大桥动静载试验测试与分析

邱愉明

（东莞市交业工程质量检测有限公司，广东东莞523125）

0 引言

桥梁建设活动的大规模发展，极大地促进了不同区域社会经济活动的沟通，我国当前存在大中型规模桥梁大约4 万多座，小型桥梁数量达到了30 多万座，桥梁建设程度基本上和国外发达国家保持一致，但是桥梁建设的质量却仍旧存在一些问题和不足。桥梁是涉及多种综合技术应用、多种不同类别项目捆绑的大型工程，桥梁的安全运行是确保社会稳定发展的基础。桥梁动静载试验的开展具有极其重要的现实意义，通过试验模拟大量车辆通过桥梁结构时，其中产生的振动幅度和强度是否在可控制范围之内，以此来判断桥梁质量是否达标，保证桥梁施工质量。

1 静载试验技术要求

桥梁静载试验的实现主要依赖桥梁静止模型上固定位置处的等车辆重量荷载施加，继而获取桥梁危险界面处的挠度和应力值，并且对其破坏危险程度进行可容纳性判断。静载试验开展主要分为桥梁裂缝的检测、应力发展变化的测试和挠度发展的测试。在挠度测试过程中，挠度试验参数的获取主要依赖荷载面按照相应设计负载面进行加载，如果挠度参数相较于桥梁规范允许范围要偏小，则桥梁挠度试验合格。静力加载情况的计算一般在试验开展之前进行，试验测量值需要和计算值进行对比，试验测量荷载需要控制在设计标准荷载的0.9～1.1 倍。技术人员在开展静载试验时，还需要考虑到试验温度环境的变化，荷载的施加必须分级，这样才能确保试验测量数据的准确度。静载试验应力检测阶段，一般需要在主梁截面位置处设置电阻应变片或者振弦式应变片；设置应变片的目的主要是实施动态的监测应力变化，在一些成对称性的桥梁中，应变片可以设置在桥梁半跨处，以便减少测量成本。桥梁变位的检测可以采取变形观测网来实现数据的获取，也可以通过电子传感器对桥梁结构位移程度和应力变化进行测量，继而获取负荷力作用下桥梁截面的变位。桥梁理论挠度计算值需要大于实际测量的数据，桥梁承载力才满足相关要求[1]。

2 动载试验技术要求

桥梁动载试验采取的激振方法包含如下三类，即共振、自振、脉动法。

共振法主要依赖于振动激发关联设备对桥梁的主要受力结构位置处进行动力情况的检测；自振法则是利用桥梁结构振动衰减来绘制振动变化曲线图，对桥梁结构振动的多重影响进行分析；脉动法则主要利用能够模拟出实际运动车辆状态导致桥梁结构振动的外部冲击荷载，对桥梁振动频率进行分析。

桥梁动载试验中关键数据的测定和分析则按照如下要求进行，桥梁振动频率的测定需要结合试验结果中的频率图谱、真实曲线数据信息，对实际运行车辆过程进行真实环境测试模拟，桥梁中起到承载作用的结构的动刚度范围则可以根据相关结果数据进行推定，频率测试需要根据实际情况进行选择不同阶（一阶、二阶）。如果设计值要大于测试值，则有理由认定该桥梁结构具备较好的可靠安全性；桥梁结构阻尼比的测定则需要合理选用计算方法，也可以通过先进检测技术软件进行测定，对于阻尼比的数值波动范围不能过高或者过低，一旦超出合理范围则表示桥梁结构具备较差的缓冲、抗压能力；对于桥梁结构不同振动类型的测定需要合理布置相关振动控制设备，一般采取强迫式振动方式来实现桥梁不同位置的同时起振，继而对振动频率数据进行保存和不同结构位置的比较[2]。

3 桥梁动静载试验检测分析

某桥梁工程位于高速路段，桥梁结构为长达35m的预应力混凝土连续T 梁，四跨形式，共具备五片T梁，采取先简支后连续的施工方式，T 梁间距为2.5m，高度达到了3m，桥梁结构设计为单幅双车道，设计行车速度为60km/h，公路I 级荷载。其中，桥梁结构桥面、湿接缝、主梁、现浇混凝土段等都采取了C40 混凝土，桥面防水层则施加了15cm 厚的沥青混凝土，T 梁桥墩台基础则主要采取C40 混凝土，在该桥梁的0、4号桥台处设置了四氟滑板式橡胶支座，单缝式伸缩缝分别设置在该结构中；桥梁整体为连续钢构体系，1-3号桥墩和T 梁固结结合。

3.1 静载试验

静载试验开展中应变测点的设置不应该过多，整体应变观测质量要得到确保，应变布设点位需要能够表现出应变沿着梁高的分布规律及结构应变的最大值；考虑到桥面铺装构造，应变布设点位一般不设置在桥面位置处，现场需要对各控制截面进行应变测点布置；桥梁挠度需要结合实际环境采取精密水准设备进行测定，挠度测点一般布置在不同工况控制截面处的桥面位置上，沉降支测点一般设置在墩台顶，挠度布设点需要距离人行道20cm 左右，并且对其进行编号。为了分析不同工况下主梁结构挠度监测点在荷载逐级施加过程中的变化，荷载在不同阶段施加后都需要进行挠度测定。荷载的设置需要考虑到效率系数，试验加载位置及荷载的确定需要通过试验效率进行控制，这有助于保证试验数据的准确性，效率系数一般设定为0.8～1.05，根据外观检查及结构验算分析，桥面上需要标记考虑加载车辆轴载状态的加载位置。

本文所采取的加载、卸载程序及加载车辆如下，采取9 辆后八轮载重车辆进行加载模拟，总质量大约为300t。根据控制内力影响线及加载等级，采取50kN试验车辆加载的荷载效应要能够达到设计要求下的荷载控制效应极限；静载试验的开展基本不会对桥梁结构的使用耐久性造成一定危险，技术人员需要持续地读取桥梁控制界面的应变发展趋势，如果出现突变阶段，则要立即停止静载试验；试验加载一般可以分为1-3 级，荷载逐级增加需要从0 开始，不断增大到最大荷载，并且之后再逐级卸载[3]。

3.2 动载试验

桥梁动载试验的内容包含以下几个方面。脉动试验的开展需要在桥梁结构附近不存在任何振动源的情况下对一些随机荷载（地脉动、风荷载、水流冲击等）激振引起微小振动，该微小振动主要通过灵敏度较高的动力测试设备测定，获取的参数主要为阻尼比、自振频率等；桥面振动信号的现场采集主要依赖东华动态测试系统（型号DH5922）配合伺服式拾振器；跑车试验采取单辆重360kN 以10km/h～50km/h分级速度进行桥梁路面的匀速行驶，继而对桥梁结构的跨中动态增量和动力响应进行测定，常见的动应变时程响应曲线如图1所示；刹车试验则主要采取单辆重360kN 的车，并且控制在匀速20km/h 桥梁中线行驶，通过在桥梁控制截面处刹车引发的振动来实现振动响应的测试。

图1 动应变时程响应曲线

3.3 动静载试验结果分析

静载试验中，技术人员针对变位检测和应力检测、裂缝观测实施了较好的数据分析，原有桥梁的裂缝在静载情况下并没有出现扩展，且裂缝数量并没有增多，应力和变位数据发展均在设计要求的允许范围之内，桥梁结构在静载试验下具备较高的强度。

动载试验中根据控制截面的布置，实现了桥梁结构在多种类型车辆通行及制动下的分析，并且获取了相关技术结论，桥梁的振动力通过车辆进行施加，获得的脉冲信号和振动表明桥梁工程结构频率规划较为合理，可以为施工开展提供支撑；对于脉冲信号分析中关联的振动频率（一阶、二阶）大于设计理论数值，这表明桥梁结构的刚度、强度稳定性满足使用要求，且相关阻尼比要大于设计理论数值，桥梁结构具备抵抗车辆冲击荷载的适应力。

4 结语

城市现代化的建设导致桥梁建设速度不断加快，这也促进了人们对于桥梁建设质量的重视。通过桥梁动静载试验的开展，对城市复杂交通环境中车辆行驶现状进行模拟，也可以在桥梁上增加阻碍物，调整不同的动静载检测环境，采取先进的监测设备，对桥梁的应力、变位、裂缝、强度、刚度等重要指标进行必要的分析。动静载检测方式需要严格结合实际交通环境，对于一些设计年限较为久远的桥梁则可以适当加强检测力度，保证其使用耐久性。