公路桥梁荷载试验检测在桥梁养护中的作用分析

杨帅

（山东恒建工程检测有限公司，山东 潍坊 261057）

1 引言

在交通事业高速度发展进程中，桥梁作为交通枢纽的作用日益显著，且已成为多数区域经济发展的纽带。在桥梁运作过程中，养护作业至关重要，直接影响了桥梁运作的安全平稳性。而公路桥梁荷载试验检测是桥梁养护策略制定与实施的依据，可以为桥梁养护作业有针对性、高效率地开展提供帮助。因此，从桥梁养护层面出发，探究公路桥梁荷载试验检测手段具有非常重要的意义。

2 公路桥梁荷载试验检测在桥梁养护中的作用

2.1 保证桥梁养护作业及时开展

在公路桥梁车辆超限运输（公路运输车辆轴载重量及总质量超出限值标准）以及结构所处外界环境恶劣的影响下，公路桥梁老化加速态势日趋明显，混凝土碳化引起的钢筋锈蚀、混凝土与钢筋之间结合紧密度下降等问题持续出现，不可避免地会导致公路桥梁结构安全承载力下降[1]。而公路桥梁荷载试验检测可以对公路桥梁负荷日趋加重节点进行及时检测，发现既有公路桥梁的损伤趋势，及时进行桥梁养护作业，避免公路桥梁出现不可控的结构损坏。

2.2 提高桥梁养护方案制订的科学性

由于公路桥梁养护人员的养护理论与认识的不足，为养护作业实践埋下了隐患。而公路桥梁荷载试验检测可以以具体的最大动挠度、应变量数据以及直观发展曲线呈现连续钢构桥跨中下挠裂缝等质量通病产生的原因，提高纵向预应力筋、竖向预应力钢筋的有效预应力[2]，同时，验证公路桥梁新结构、新材料、新设计理论方法的合理性，为桥梁养护方案的科学制订提供依据。

3 桥梁养护中公路桥梁荷载试验检测常用方法

3.1 静载试验检测法

静载试验检测法主要是以公路桥梁为对象施加一定的静力载荷，通过观察公路桥梁结构的应力与变形量，判定公路桥梁的受力特性。进而通过采用与前期一致的措施得到的理论值与实测值进行对比，明确公路桥梁运行阶段的承载情况[3]。一般在试验效率达成的基础上，依据加载车辆最少且结构荷载试验效率最大的原则，进行加载位置、加载车总量的设置，以便压缩试验时间、提高试验效率，选择经纬仪、水准仪、电阻应变仪、等仪器，以及GPS测量系统，以及进行桥梁挠度、应变量等指标的测量。

3.2 动载试验检测法

动载试验检测法主要是模拟施加车辆通行、自然环境等外力因素，判定外力冲击、共振作用下的公路桥梁的结构特征与内部性能，并第一时间获知公路桥梁承载问题，及时养护，保证公路桥梁运行的安全平稳性[4]。在结构振动测试过程中，工作人员可以选择信号放大器、拾振器、光线示波器、数字信号处理机、磁电式速度传感器等仪器或电磁式测试系统、压电式测试系统，依据脉动试验、跑车试验、刹车试验、跳车试验程序进行测试。一般根据公路桥梁结构的特殊性质，需要选择不同类型的测试仪器。比如，对于自振频率超过1.00 Hz的中小跨径桥梁结构，可以选择性能稳定、使用便捷、灵敏高效的磁电式测试系统；而对于自身频率低于或等于1.00 Hz的大跨径桥梁、连续钢构桥，则可以选择压电式测试系统。

4 公路桥梁荷载试验检测案例

4.1 案例

某试验桥梁右幅全长为245.62 m，右幅起止点桩号为K5+213.21~K5+458.83，桥梁左幅全长为168.95 m，宽度为19.18 m（5.80 m人行道+11.58 m车行道+1.8 m中央分隔带），左幅起止点桩号为K5+289.88~K5+458.83。桥梁纵坡为2.86%，位于半径约为1 458.00 m的右偏圆曲线段坡（竖曲线坡长为1 025.69 m）上。桥梁上部结构为等截面普通钢筋混凝土连续箱梁与变截面预应力混凝土连续刚构、等截面普通钢筋混凝土简支箱梁，下部结构为空心薄壁墩（主桥桥墩）+双柱墩（引桥与分联墩）+重力式U形桥台。桥面铺装表层为SMA-13细粒式SBS改性沥青混凝土，厚度为7.00 cm，中间层为AMP-100防水层，基础层为C50聚丙乙烯纤维混凝土，厚度为10.00 cm。整个桥梁设计载荷为城-A级，人群载荷为3.50 kN/m2。

4.2 检测过程

应用静载试验检测法时，需要事先标定加载车辆的单轴轴重、前后轴车轴间距、车辆总重量。选择温度变化对试验影响较小的夜间进行检测，向测试截面每片梁底粘贴2个应变片，同时，在马蹄部、梁顶部、T梁分别粘贴1个、1个、4个应变片。并利用吊表法在测试截面每片梁底安装1个挠度百分表，读取各测点初始读数，按照试验计算最大加载重量的0.2~0.3倍对桥梁试验跨1/2截面进行预加载，同时，全方位检查加载安全、仪器仪表、试验人员准备以及应变片的情况。在预加载完毕后，分别在偏载加载（6级加载）、孔跨中截面对称加载（4级加载）工况下，事先准备4辆质量为40.00 t的加载车辆，检验桥梁中梁1/2纵向截面抵抗荷载产生的抗弯刚度和最大正弯矩。一般在前一级荷载下结构变位相对稳定后方可开展下一级荷载加载，加卸载稳定时间应在0.50 h以上，并在每次加载完毕且结构变位相对稳定后读数，待桥梁主梁变位处于基本稳定状态后开始下一个级别的荷载加载读数。必要情况下，也可以将试验桥梁应变校验系数、挠度校验系数分别与同类桥梁应变校验系数、挠度校验系数进行对比，判定结构变位及应变是否出现不稳定变化。

应用动载试验检测法时，需要分别开展脉动试验、跳车试验、跑车试验及刹车试验。

1）在脉动试验过程中，需要在确保试验桥梁表面无交通荷载（行人、车辆）且周边无规则振动源的前提下，依托桥梁结构动力测试系统对桥梁所处位置因随机载荷激振而出现的结构细微小水平振动响应时程，如风力载荷、地表脉动、水流载荷等，对结构脉动时程数据进行剖析，获得试验桥梁自振频率。

2）在跳车试验开展过程中，需要事先准备1辆质量为30.00 t的试验车，在试验桥梁主桥跨中位置下落后轮并垫设方木，方木厚度为0.15 m。利用试验车辆后轮下落对桥梁所产生的瞬时冲击以及引发的桥梁上下振动，获得桥梁梁部纵向1/2截面位置的动挠度最大值以及对应的激振频率。

3）跑车试验时，需要事先准备1辆或2辆质量为30.00 t的试验车辆，指挥试验车辆分别以15.00 km/h、20.00 km/h、25.00 km/h、30.00 km/h、35.00 km/h的速度均匀驶过试验桥梁，在不同速度下，车辆行驶速度激发激振力、试验桥梁结构固有频率处于相同或相近水平时，振动响应值也可以达到最高水平。

4）刹车试验时，需要事先准备1辆质量为30.00 t的车辆，以20.00 km/h的速度匀速行驶到试验桥梁1/2横向截面位置后紧急刹车，利用试验车紧急刹车对桥梁的冲击作用，在DH5922桥梁结构动力测试系统以及配套的动态传感器中，获得试验桥梁所布设测点的动挠度最大信号以及振动时程曲线，经过数字信号处理软件再次处理后，可以得到试验桥梁的系统自身频率、结构动力特性试验结果、冲击系数等数值。

4.3 检测结果

静载挠度、应变实测值见表1。

表1 静载挠度、应变实测值（均值）

由表1可知，在偏载加载、孔跨中截面对称加载下，挠度校验系数（均值）分别为0.403、0.398，较同类别桥梁偏小，表明试验桥梁具有较大的刚度以及较强的抵抗变形能力；而应变校验系数（均值）分别为0.890、1.038，稍大于同类桥梁应变校验系数常值，表明在当前运行过程中，试验桥梁承载能力已经出现了一定幅度的下滑，虽然具有良好的承载能力，但仍需制订、实施基于应变承载的养护方案。

试验桥梁在跳车、刹车、脉动、跑车试验工况下，主要测试截面最大动挠度均没有超出JTG/T J21—2017《公路桥梁承载能力检验评定规程》的规定限值，下部结构、上部结构主梁相对残余应变均在20.00%以下，表明试验桥梁结构强度与设计要求偏差不大，安全储备足够，上部主流处于弹性工作状态，暂不需进行养护。同时，分析动载测试数据（见表2），该桥跨结构在15.00 km/h、20.00 km/h、25.00 km/h、30.00 km/h、35.00 km/h的速度下，测得的自振频率超出了计算数值，表明试验桥梁结构实际刚度超出了设计刚度，且具有足够的安全储备，运行状态良好，机动车行驶时不会导致主梁出现危及结构安全的共振，不需额外养护。

表2 动载检测结果（均值）

5 结语

综上所述，以公路桥梁为对象的荷载试验检测是一种应用频率较高且富有效力的桥梁养护技术，不仅可以帮助桥梁养护决策者明确桥梁当前的承载能力，还可以为新的养护理论、养护工艺的变化更新与应用提供直观、有价值的实践资料。因此，在桥梁养护作业开展过程中，根据桥型、外界工作条件差异，可以选择不同的公路桥梁荷载试验检测仪器、方法，以便为桥梁养护工作开展提供建议和指导。