桥梁检测中荷载试验应用分析

2023-10-29黄灵色

运输经理世界 2023年19期

黄灵色

（江西省公路工程检测中心，江西南昌 330013）

0 引言

随着我国现代经济和社会的不断发展，城镇化建设加速，交通运输行业也得到了迅速发展。作为重要的交通基础设施，桥梁建设数量及规模不断提升。为保证桥梁工程的使用安全性，避免后续使用中出现安全事故，必须采用先进的检测技术对桥梁的健康状况进行检测，以全面掌握公路桥梁的各方面性能，为桥梁的管理和维护工作提供可靠参考。

1 桥梁检测中荷载试验的作用

1.1 评估承载能力

荷载试验是评估桥梁承载能力的一种重要手段。在试验过程中，通过施加不同类型和强度的荷载模拟桥梁在实际使用条件下的工作状态，通过观测和记录荷载试验过程中的桥梁变形、应力和挠度等参数，可以确定桥梁的极限承载能力，将之与设计参数进行比较分析，可以有效评估桥梁的承载能力。

1.2 验证设计参数

荷载试验还可以验证桥梁设计参数的准确性和合理性，评估桥梁在实际荷载作用下的变形和应力响应是否符合设计要求。通过施加不同类型和强度的荷载，可以模拟桥梁在使用过程中承受的各种力的作用，如行车荷载、风荷载、温度荷载等。测量和检测桥梁的变形、应变和应力，可以判断桥梁结构的稳定性和安全性。如果试验结果与设计参数存在较大差异，可能需要对设计进行修正或调整，以确保桥梁结构的安全性和稳定性。

荷载试验的结果还可用于评估桥梁的使用寿命和结构可靠性，并为后续的维护和修复工作提供参考依据[1]。

1.3 检测结构问题

荷载试验在桥梁检测中起到重要的作用，可以帮助相关工作人员发现桥梁结构中的缺陷、损伤和变形等问题。通过施加荷载并观察桥梁的变形情况，可以发现潜在的结构问题。例如，将荷载施加到桥梁上，如果有裂缝出现，意味着结构可能存在缺陷或损伤。荷载试验还可以观察桥梁的变形情况，如果变形超出允许范围或不均匀变形，表明桥梁结构设计或施工可能存在问题。

此外，荷载试验还能检测桥梁的荷载传递性能，了解荷载在桥梁结构中的分布情况，以及桥梁不同部位受力的差异性。通过及早发现和识别这些问题，可以采取相应的维修和加固措施，防止问题进一步恶化，确保桥梁安全运行，延长其使用寿命。

2 静载试验与动载试验

2.1 静载试验

桥梁结构的变形可分为整体变形和局部变形两种。整体变形通常表现为桥梁主梁结构的挠度不足或梁体结构发生位移变化；局部变形一般是局部应力和应变作用引起的。静载试验是桥梁荷载试验的重要组成部分，可以评估桥梁结构的运行性能和状态，可获取桥梁的牢固、沉降、强度等方面的参数，相关人员可通过对比静载试验结果与桥梁设计方案，确定桥梁质量是否达到标准要求。

通过静载试验进行两端位移检测时，为了提高检测结果的准确性，通常选用机械法或电测法[2]。选择检测方法时，需要根据不同桥梁工程的特点，结合桥梁的跨度、荷载、承载性能等，明确具体的检测方法和标准，进而获得准确的参数。测量桥梁应变参数时，需要使用多种检测仪器，如振弦式应变计、电阻应变仪等。按照目前我国公路桥梁荷载试验的标准要求，荷载效率在0.95～1.05 之间，方可视为合格。目前，桥梁检测中常用的静载试验方法都比较简单，按照规定程序操作即可准确获取静载试验参数，并对桥梁的性能进行判定。

2.2 动载试验

动载试验是桥梁荷载试验的另一种重要方式，主要方法是使桥梁处于动态荷载耦合效应之下，进而通过试验分析，得出冲击系数、自振力、动力特性等方面的指标。

在冲击系数检测环节，主要通过动应变和动挠度检测方法，掌握波形变化的数据信息。动挠度可以反映出整个桥梁结构的整体性能，动应变则能反映出动力性能情况，以掌握实际运行的状况。

通过自振力检测可以获取振动频率、阻尼比、振动形式等方面的数据，分析这些数据可以得出桥梁结构的振动特性，进而得出结构刚度情况。进行自振力参数检测时，需要确保桥梁处于非运营状态，且周边不会有影响监测效果的相应因素。

由于不同桥梁的结构形式不同，因此在测量过程中，振动所形成的加速度也会有差异。在具体检测环节，技术人员可通过加速度传感器采集加速度数据，然后将各项数据传输到计算机内，通过分析各项数据，即可了解桥梁的运行性能。在检测过程中，通过加速度传感器进行传感器位移、时程、曲线数据等测量，能够获得各项数据信息，进而可以掌握位移量、加速度、振幅的最大值等。利用功率谱、相位谱等分析振动信号可以得出各项检测结论，提高分析结果的精确性[3]。

3 公路桥梁检测中荷载试验的应用

3.1 静载试验具体应用

静载试验是桥梁工程检测的重要试验方法之一，可以对某些特定部位的变化以及受力情况进行试验分析，掌握桥梁是否可以满足正常使用的需要。具体应用如下：将静载荷直接固定到需要检测的部位上，可以掌握公路桥梁结构以及受力条件的变化，获取相关数据信息，掌握实时数据参数，进而分析桥梁的运行性能、结构特性等。目前，在桥梁工程质量检测中，静载试验方法的应用非常普遍，主要目的是确定桥梁结构的承载性能。通过考虑静荷载重量以及桥梁自身重量，进行试验分析，检测结束后进行各项数据的综合分析，进而掌握桥梁结构当前的运行状态，从而采取必要的养护措施，以保证桥梁的安全性和稳定性符合工程要求。

3.1.1 确定最佳静载试验方案

为了提高桥梁工程检测效果，需要在试验前对桥梁进行全面勘察，并综合多方面因素制订合理的静载试验工作计划，明确试验流程，为后续试验开展提供基础。试验方案确定之后，应制订完善的试验检测管理制度，明确试验仪器和材料，以保证试验检测顺利开展。同时，要求技术人员具备一定的试验检测经验，以确保操作过程中不会出现失误，提高试验检测的精确性和可靠性。为防止试验偏差，提高技术数据采集的准确性，并正确分析各项数据信息，提升静载试验的合理性和科学性，使试验能够真正反映桥梁的使用状况。

3.1.2 明确试验荷载

通过静载试验，可以全面了解桥梁结构的承载性能，获取各项荷载数据信息，进而掌握桥梁工程的使用情况，为后续工作的顺利开展奠定基础。静载试验是一种常用的测试方法，通过施加静态荷载于桥梁结构上，观测和记录其变形和应力响应，以评估桥梁的结构安全性、稳定性和承载能力。

在进行静载试验时，需要选择适合的试验方法，以确保有效分析桥梁结构的性能和特点。根据具体的试验目的和桥梁类型，可以选择不同的静载试验方法，如单点加载试验、均布加载试验、变载试验等。单点加载试验适用于评估桥梁某个特定位置的承载性能，均布加载试验可模拟桥梁在实际使用情况下的受力状态，而变载试验则可以模拟桥梁在荷载变化时的动态响应。

此外，在静载试验过程中，需选择合适的试验荷载，并根据设计要求和预期效果进行施加。常见的试验荷载包括静载、动载和临时荷载等。通过施加荷载后，使用传感器和测量设备对桥梁结构的变形、应力、挠度等参数进行实时监测和记录，数据可以用于分析桥梁的刚度、变形能力、破坏机制以及结构的强度和稳定性等方面的性能指标。

3.1.3 提高静载安全防护水平

最大程度地保障工作人员的生命安全，是静载试验环节的首要任务。因此进行桥梁工程的静载试验时，需严格落实安全防护措施，提高防护水平，确保试验顺利进行。因此，进行静载试验前，应制订科学合理的试验方法，明确现场安全要求，并配置相应的安全设施。

在前期准备阶段，需要充分勘察现场，了解现场可能发生的安全问题，并采取有效的安全预防措施。在现场试验阶段，应全面监督检查各环节和步骤的落实情况[4]。

静载试验环节的安全防护设施应有明确的规定，同时应定期组织管理人员进行现场安全设施检查，确保设施各方面性能合格。在静载试验的安全管理工作中，安全管理人员应严格执行上级发布的各项安全管理指令。同时，要求每项静载试验的操作行为都必须在安全标准下进行，如果遇到突发情况，应立即采取合理的应对和预防措施，进而确保静载试验顺利进行，掌握准确的数据信息，为桥梁工程的客观真实评价提供基础。

3.2 动载试验具体应用

3.2.1 动载试验方法

目前，在桥梁领域进行动载试验的主要方法是激振法。为了分析桥梁的使用情况，需要结合桥梁的结构和性能参数，选择科学合理的试验方法，从而提高动载试验参数的精准性，为分析桥梁工程运行效果提供准确依据。

动载试验方法主要包括以下几种：

第一，共振法。在共振法中，激振仪器会施加不同频率和振幅的激振力于桥梁结构上。当激振力的频率与桥梁结构的固有频率相匹配时，会发生共振现象。这时，桥梁结构会出现较大的振动响应，并在共振频率处表现出最大的振幅。通过测量和记录桥梁在不同频率下的振动响应，可以评估桥梁的动态特性和结构稳定性。共振法可以直接在实际工况下进行测试，并通过观测振动响应来了解桥梁的运行状况。它可以检测桥梁结构的自由振动频率，评估桥梁的刚度和阻尼特性，发现潜在的结构问题和缺陷。

第二，脉动法。脉动法是一种用于测定桥梁结构自有频率的方法，同时可以观察桥梁与周围环境的共振效应。此方法适用于桥梁结构两侧存在不规则振动条件的情况。通过测定桥梁的振动状态，可以了解桥梁的运动特性。此方法还可以探测周围行动物体或建筑物与桥梁之间的共振现象，有助于更全面地评估桥梁结构的稳定性。

第三，自振法。自振法主要是在自由衰减条件下观测桥梁振动行为，获取相关结构信息。该方法利用桥梁结构的固有频率和振动响应来评估其动力特性和结构性能。通过对振动信号的分析，可以得出桥梁的振动模态、频率和振型等参数，进而对其结构的稳定性、刚度和阻尼等特性进行评估[5]。

3.2.2 动载试验数据分析测定

在公路桥梁现场检测中，动力测试是一种常用的方法，可以确定桥梁的振型、阻尼和固有频率等关键参数[6-8]。

第一，测定振型。通过使用共振的方式测定关键部位的相位、振幅等，然后绘制变化曲线，了解性能的变化。

第二，测定阻尼。阻尼直接影响桥梁工程的动力性能，因此在桥梁检测中阻尼值计算极为重要。半功率宽带法和功率谱法是常用的阻尼测定方法，检测过程中可以利用计算机获取相关数据信息。如果阻尼值比较大，还需要结合现场的裂缝实际情况进行分析，以得出更为准确的参数[9-10]。

第三，测定固有频率。该方法主要是通过时域里程曲线、峰值、图纸等掌握桥梁动力刚度性能[11]。如果固有频率参数较小，可以认为桥梁的寿命、刚度合格，达到结构稳定标准[12]。