动静荷载试验在桥梁检测中的应用

刘 磊

(山西省公路工程质量检测中心，山西 太原 030006)

动静荷载试验在桥梁检测中的应用

刘 磊

(山西省公路工程质量检测中心，山西 太原 030006)

针对某桥梁工程实际情况，分析了静荷载试验与动荷载试验的具体方法，并根据结构物在加载条件下的相关数据，结合数据分析结果，掌握了桥梁结构在不同荷载情况下的实际工作形态，继而对结构安全状态与承载力水平进行综合评价，以此为桥梁加固与维修提供可靠的依据，实现提高桥梁加固针对性与有效性的目标。

桥梁检测，动荷载试验，静荷载试验

0 引言

近年来，国内桥梁设施经常发生安全事故，严重影响了道路桥梁的正常通行，造成不同程度的经济损失与人员伤亡。为确保现役桥梁处在最佳的安全和技术状态，应对其实施综合的试验检测与分析判断。对绝大多数桥梁而言，试验检测内容主要有：外观试验检测与实体试验检测。其中，外观试验检测还包括：桥面及上下部结构；实体试验检测包括：结构尺寸、碳化深度、锈蚀程度与保护层厚度等。其对应的检测方法主要为动静荷载试验。基于此，围绕桥梁的实际情况，分别论述在此桥梁检测过程中动荷载试验与静荷载试验的具体应用方法。

1 桥梁工程概况

某桥为两座不同时期建造的并列桥梁，其总长约155 m，结构采用简支梁，横向两桥并列，间距为3.35 m，跨径一致。桥梁下部采用双柱式加盖梁墩、台和双柱式钻孔灌注桩基础，两桥墩柱直径有所不同，上游桥墩柱直径为0.8 m；下游桥墩柱直径为1.0 m。桥面表面为双向四车道，南北两侧人行道宽1.0 m和0.7 m，中央分隔带宽3.35 m，双向车道宽7.0 m和9.0 m。经调查，本桥避免出现若干坑槽，结构损坏情况较为严重，初步断定已属危桥。现围绕本桥上游桥实际情况，对动静荷载试验方法进行分析。

2 桥梁试验检测

2.1 基本内容

1)桥跨主体结构工作性能；

2)主梁承载力；

3)主梁动载试验。

2.2 测点布置

将市区方向作为0号台，反方向作为13号桥台，墩台编号为1～12。按从北至南的方向对主梁进行编号。结合检测方案，根据现场观测结果，将10号跨与11号跨作为主要检测单元。在跨中截面点和简支梁支点分别设置位移测点；在两检测单元的1号和2号工字梁肋部跨中的侧面分别设置应变测点，主应力测点设置在理论支撑线以外40 cm处。

2.3 试验加载

1)桥跨主体结构工作性能的试验加载为：单—20 t跨中加载。

2)主梁承载力的试验加载为：采用20 t,30 t和40 t加载车，数量均为2辆。

3 静荷载试验检测结果及分析

3.1 荷载分布

1)分布系数。

a.根据关键数据计算结果制定计算说明书[1]。

b.采用弹性连续梁的计算方法对跨中截面进行计算。

c.结构荷载包括人群荷载与汽车荷载，分别为3 kN/m2和汽车—15级。系数的计算结果为：1号梁汽车荷载、人群荷载分布系数为0.470,0.713；2号梁汽车荷载、人群荷载分布系数为0.476,0.457；3号梁汽车荷载、人群荷载分布系数为0.400,0.200。

2)结果分析。

由结果可知，在偏载情况下荷载一般传递在三个梁之间，印证桥梁的横向刚度较差。从实测结果可以看出，计算的横向分布结果和实测结果偏离，且荷载通常是在相邻的梁上进行传递，远距梁几乎不具备承担荷载能力。

3.2 主梁承载力试验检测

1)对各个主梁在加载情况下的弯矩大小进行计算。

2)试验荷载的实际效率保持在0.96～1.18范围内，在弯矩达到最大的情况下对应效率值为1.18，满足相应规范提出的要求[2]。

3)从位移测试得出的结果中可知，实际加载效率可以满足现行桥梁检定规程的各项要求，挠度校验系数的实测结果保持在0.621～1.280范围内，说明本桥承载力无法支撑20 t汽车，即通行荷载必须控制15 t以下。

3.3 应力应变

对于应力应变的试验检测，主要使用的是电阻应变片及数据实时采集系统。此次检测主要是对10号跨与11号跨的边侧混凝土实施检测，共设五个检测点。根据应力应变的测试成果，跨中应变的最大值比计算值大，说明现有承载力无法满足基本荷载要求；在中性轴的高度方面，理论值小于实测值。

3.4 混凝土应变的试验检测

混凝土应变主要使用应变测试分析系统及电阻应变片进行试验检测。此次检测主要是对10号跨与11号跨的边侧混凝土实施检测，共设五个检测点。根据应力应变的测试成果，跨中应变的最大值和计算值非常接近，说明实际承载力大于设计荷载；而在中性轴的高度方面，理论值小于实测值。由于混凝土拉应力的最大实测值远远超出抗拉极限，因此断定混凝土已经发生开裂。

3.5 综合评定

1)本桥的实际承载力无法满足规范要求，有发生特大事故的可能，相比正常桥梁，发生事故的几率相对较大，如果未进行有效处理，将引发灾难性事故。

2)本桥实际荷载通行能力已低于设计标准，即无法满足汽车—10级的要求。

3)通过本桥的实际平均荷载已达到超载水平，使桥梁结构受到不同程度的影响，继而出现损坏。

4 动荷载试验检测结果及分析

4.1 基本内容

1)桥梁在动荷载条件下的自振频率；

2)汽车对桥梁造成的冲击系数。

仍以10号跨与11号跨为主要试验对象，由载重汽车进行行驶激振，其行驶速度分为三等：20 km/h,40 km/h和60 km/h，按照对称的方式行驶，对桥梁的振动特性进行采集分析[3]。

4.2 自振频率和阻尼比

桥梁自身动力性能主要由自谱分析求得。当载重汽车的行驶速度为20 km/h时进行时域波形与自谱分析；当载重汽车的行驶速度为40 km/h时进行时域波形与自谱分析。基于脉动条件，频率的主要成分为：2.483 Hz～3.422 Hz，其对应的阻尼比保持在0.036～0.111范围内；基于车载条件，频率的主要成分为3.5 Hz，其对应的阻尼比保持在0.012 3左右。

根据相关规范的要求，本桥结构的自振频率应当达到10.31 Hz，但计算值大于实测值；阻尼比的正常范围为0.01～0.08，实测值为0.121，超出标准。由于桥梁的理论频率比实测频率大，所以桥梁刚度相对较差[4]。

4.3 汽车冲击系数

在进行动荷载位移与应变测量过程中，从所有测点当中选择有良好信号的3个测点实施重点分析。根据应变波形，汽车冲击系数的计算结果为1.21；根据动荷载应变测量，测量结果为1.26。

4.4 试验检测结果分析

汽车冲击系数应保持在1.17～1.22范围内，当实测基频等于3.54 Hz时，冲击系数经计算等于1.22，说明桥梁的频率相对较低，不具良好的整体性能。根据以上各项实测结果可以看出，桥梁主梁频率不均匀，通过与规范的比较，本桥梁结构实际损伤较为严重，承载力正不断降低[5]。

5 桥梁的动静荷载试验结果

1)按照现行规范进行验算，本桥无法满足设计荷载要求，在特殊条件下工字梁单独受力，混凝土不再受力，桥跨的主体结构无法满足汽车—10级荷载要求。

2)主梁支点截面的最大承载力低于荷载要求，造成这一现象的原因为工字梁腹板较小，会对桥梁整体安全带来十分严重的危害。

3)本桥无法满足公路—Ⅱ级荷载要求，因这一标准于2004年就已提出，所以现役的所有桥梁都必须满足这一标准，而本桥不满足，故断定属于危桥。

6 结语

桥梁试验检测过程中的动静荷载试验不仅在理论上十分成熟，而且在实践中也有着极为广泛的应用。除了可以为新建桥梁承载力判定给予支持，还能为旧桥使用状况及安全水平评价提供科学的方法，是现阶段主流的桥梁试验方法，在桥梁综合评价方面发挥着至关重要的作用。

[1] 闫玉民.动静荷载试验在桥梁检测中的应用[J].中国建设信息，2013(16):54-59.

[2] 赵赛雷.论动静荷载试验在桥梁检测中的应用[J].黑龙江交通科技，2014(3):158，160.

[3] 邱晓明.桥梁荷载试验在厦门BRT高架桥检测中的应用[J].福建建材，2016(3):23-25，61.

[4] 俞敏明.公路桥梁检测中荷载试验的应用[J].建材与装饰，2016(38):239-240.

[5] 魏丽华，岳渠德，姜福香.桥梁结构延性抗震分析[J].青岛理工大学学报，2015(6):27-29.

The application of static and dynamic load test in bridge detection

Liu Lei

(ShanxiHighwayEngineeringQualityInspectionCenter,Taiyuan030006,China)

According to the actual situation of a bridge engineering, this paper analyzed the specific method of static load test and dynamic load test, and according to the relevant data of structure under loading situation, combining with the data analysis results, learned the actual work form of bridge structure under different load conditions, and then comprehensive evaluated the structure safety state and bearing capacity level, provided reliable basis for bridge reinforcement and maintenance, achieved the pertinency and effectiveness goal to improve the bridge reinforcement.

bridge detection, dynamic load test, static load test

1009-6825(2017)22-0175-03

2017-05-23

刘 磊(1981- )，男，工程师

U446

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