邱愉明

（東莞市交業(yè)工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，廣東東莞523125）

0 引言

橋梁建設(shè)活動(dòng)的大規(guī)模發(fā)展，極大地促進(jìn)了不同區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的溝通，我國(guó)當(dāng)前存在大中型規(guī)模橋梁大約4 萬(wàn)多座，小型橋梁數(shù)量達(dá)到了30 多萬(wàn)座，橋梁建設(shè)程度基本上和國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家保持一致，但是橋梁建設(shè)的質(zhì)量卻仍舊存在一些問題和不足。橋梁是涉及多種綜合技術(shù)應(yīng)用、多種不同類別項(xiàng)目捆綁的大型工程，橋梁的安全運(yùn)行是確保社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展的基礎(chǔ)。橋梁動(dòng)靜載試驗(yàn)的開展具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義，通過試驗(yàn)?zāi)M大量車輛通過橋梁結(jié)構(gòu)時(shí)，其中產(chǎn)生的振動(dòng)幅度和強(qiáng)度是否在可控制范圍之內(nèi)，以此來(lái)判斷橋梁質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)，保證橋梁施工質(zhì)量。

1 靜載試驗(yàn)技術(shù)要求

橋梁靜載試驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)主要依賴橋梁靜止模型上固定位置處的等車輛重量荷載施加，繼而獲取橋梁危險(xiǎn)界面處的撓度和應(yīng)力值，并且對(duì)其破壞危險(xiǎn)程度進(jìn)行可容納性判斷。靜載試驗(yàn)開展主要分為橋梁裂縫的檢測(cè)、應(yīng)力發(fā)展變化的測(cè)試和撓度發(fā)展的測(cè)試。在撓度測(cè)試過程中，撓度試驗(yàn)參數(shù)的獲取主要依賴荷載面按照相應(yīng)設(shè)計(jì)負(fù)載面進(jìn)行加載，如果撓度參數(shù)相較于橋梁規(guī)范允許范圍要偏小，則橋梁撓度試驗(yàn)合格。靜力加載情況的計(jì)算一般在試驗(yàn)開展之前進(jìn)行，試驗(yàn)測(cè)量值需要和計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比，試驗(yàn)測(cè)量荷載需要控制在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)荷載的0.9～1.1 倍。技術(shù)人員在開展靜載試驗(yàn)時(shí)，還需要考慮到試驗(yàn)溫度環(huán)境的變化，荷載的施加必須分級(jí)，這樣才能確保試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。靜載試驗(yàn)應(yīng)力檢測(cè)階段，一般需要在主梁截面位置處設(shè)置電阻應(yīng)變片或者振弦式應(yīng)變片；設(shè)置應(yīng)變片的目的主要是實(shí)施動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)應(yīng)力變化，在一些成對(duì)稱性的橋梁中，應(yīng)變片可以設(shè)置在橋梁半跨處，以便減少測(cè)量成本。橋梁變位的檢測(cè)可以采取變形觀測(cè)網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的獲取，也可以通過電子傳感器對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)位移程度和應(yīng)力變化進(jìn)行測(cè)量，繼而獲取負(fù)荷力作用下橋梁截面的變位。橋梁理論撓度計(jì)算值需要大于實(shí)際測(cè)量的數(shù)據(jù)，橋梁承載力才滿足相關(guān)要求[1]。

2 動(dòng)載試驗(yàn)技術(shù)要求

橋梁動(dòng)載試驗(yàn)采取的激振方法包含如下三類，即共振、自振、脈動(dòng)法。

共振法主要依賴于振動(dòng)激發(fā)關(guān)聯(lián)設(shè)備對(duì)橋梁的主要受力結(jié)構(gòu)位置處進(jìn)行動(dòng)力情況的檢測(cè)；自振法則是利用橋梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)衰減來(lái)繪制振動(dòng)變化曲線圖，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)的多重影響進(jìn)行分析；脈動(dòng)法則主要利用能夠模擬出實(shí)際運(yùn)動(dòng)車輛狀態(tài)導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)的外部沖擊荷載，對(duì)橋梁振動(dòng)頻率進(jìn)行分析。

橋梁動(dòng)載試驗(yàn)中關(guān)鍵數(shù)據(jù)的測(cè)定和分析則按照如下要求進(jìn)行，橋梁振動(dòng)頻率的測(cè)定需要結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果中的頻率圖譜、真實(shí)曲線數(shù)據(jù)信息，對(duì)實(shí)際運(yùn)行車輛過程進(jìn)行真實(shí)環(huán)境測(cè)試模擬，橋梁中起到承載作用的結(jié)構(gòu)的動(dòng)剛度范圍則可以根據(jù)相關(guān)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行推定，頻率測(cè)試需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇不同階（一階、二階）。如果設(shè)計(jì)值要大于測(cè)試值，則有理由認(rèn)定該橋梁結(jié)構(gòu)具備較好的可靠安全性；橋梁結(jié)構(gòu)阻尼比的測(cè)定則需要合理選用計(jì)算方法，也可以通過先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)軟件進(jìn)行測(cè)定，對(duì)于阻尼比的數(shù)值波動(dòng)范圍不能過高或者過低，一旦超出合理范圍則表示橋梁結(jié)構(gòu)具備較差的緩沖、抗壓能力；對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)不同振動(dòng)類型的測(cè)定需要合理布置相關(guān)振動(dòng)控制設(shè)備，一般采取強(qiáng)迫式振動(dòng)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)橋梁不同位置的同時(shí)起振，繼而對(duì)振動(dòng)頻率數(shù)據(jù)進(jìn)行保存和不同結(jié)構(gòu)位置的比較[2]。

3 橋梁動(dòng)靜載試驗(yàn)檢測(cè)分析

某橋梁工程位于高速路段，橋梁結(jié)構(gòu)為長(zhǎng)達(dá)35m的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T 梁，四跨形式，共具備五片T梁，采取先簡(jiǎn)支后連續(xù)的施工方式，T 梁間距為2.5m，高度達(dá)到了3m，橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為單幅雙車道，設(shè)計(jì)行車速度為60km/h，公路I 級(jí)荷載。其中，橋梁結(jié)構(gòu)橋面、濕接縫、主梁、現(xiàn)澆混凝土段等都采取了C40 混凝土，橋面防水層則施加了15cm 厚的瀝青混凝土，T 梁橋墩臺(tái)基礎(chǔ)則主要采取C40 混凝土，在該橋梁的0、4號(hào)橋臺(tái)處設(shè)置了四氟滑板式橡膠支座，單縫式伸縮縫分別設(shè)置在該結(jié)構(gòu)中；橋梁整體為連續(xù)鋼構(gòu)體系，1-3號(hào)橋墩和T 梁固結(jié)結(jié)合。

3.1 靜載試驗(yàn)

靜載試驗(yàn)開展中應(yīng)變測(cè)點(diǎn)的設(shè)置不應(yīng)該過多，整體應(yīng)變觀測(cè)質(zhì)量要得到確保，應(yīng)變布設(shè)點(diǎn)位需要能夠表現(xiàn)出應(yīng)變沿著梁高的分布規(guī)律及結(jié)構(gòu)應(yīng)變的最大值；考慮到橋面鋪裝構(gòu)造，應(yīng)變布設(shè)點(diǎn)位一般不設(shè)置在橋面位置處，現(xiàn)場(chǎng)需要對(duì)各控制截面進(jìn)行應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置；橋梁撓度需要結(jié)合實(shí)際環(huán)境采取精密水準(zhǔn)設(shè)備進(jìn)行測(cè)定，撓度測(cè)點(diǎn)一般布置在不同工況控制截面處的橋面位置上，沉降支測(cè)點(diǎn)一般設(shè)置在墩臺(tái)頂，撓度布設(shè)點(diǎn)需要距離人行道20cm 左右，并且對(duì)其進(jìn)行編號(hào)。為了分析不同工況下主梁結(jié)構(gòu)撓度監(jiān)測(cè)點(diǎn)在荷載逐級(jí)施加過程中的變化，荷載在不同階段施加后都需要進(jìn)行撓度測(cè)定。荷載的設(shè)置需要考慮到效率系數(shù)，試驗(yàn)加載位置及荷載的確定需要通過試驗(yàn)效率進(jìn)行控制，這有助于保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，效率系數(shù)一般設(shè)定為0.8～1.05，根據(jù)外觀檢查及結(jié)構(gòu)驗(yàn)算分析，橋面上需要標(biāo)記考慮加載車輛軸載狀態(tài)的加載位置。

本文所采取的加載、卸載程序及加載車輛如下，采取9 輛后八輪載重車輛進(jìn)行加載模擬，總質(zhì)量大約為300t。根據(jù)控制內(nèi)力影響線及加載等級(jí)，采取50kN試驗(yàn)車輛加載的荷載效應(yīng)要能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求下的荷載控制效應(yīng)極限；靜載試驗(yàn)的開展基本不會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的使用耐久性造成一定危險(xiǎn)，技術(shù)人員需要持續(xù)地讀取橋梁控制界面的應(yīng)變發(fā)展趨勢(shì)，如果出現(xiàn)突變階段，則要立即停止靜載試驗(yàn)；試驗(yàn)加載一般可以分為1-3 級(jí)，荷載逐級(jí)增加需要從0 開始，不斷增大到最大荷載，并且之后再逐級(jí)卸載[3]。

3.2 動(dòng)載試驗(yàn)

橋梁動(dòng)載試驗(yàn)的內(nèi)容包含以下幾個(gè)方面。脈動(dòng)試驗(yàn)的開展需要在橋梁結(jié)構(gòu)附近不存在任何振動(dòng)源的情況下對(duì)一些隨機(jī)荷載（地脈動(dòng)、風(fēng)荷載、水流沖擊等）激振引起微小振動(dòng)，該微小振動(dòng)主要通過靈敏度較高的動(dòng)力測(cè)試設(shè)備測(cè)定，獲取的參數(shù)主要為阻尼比、自振頻率等；橋面振動(dòng)信號(hào)的現(xiàn)場(chǎng)采集主要依賴東華動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)（型號(hào)DH5922）配合伺服式拾振器；跑車試驗(yàn)采取單輛重360kN 以10km/h～50km/h分級(jí)速度進(jìn)行橋梁路面的勻速行駛，繼而對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的跨中動(dòng)態(tài)增量和動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行測(cè)定，常見的動(dòng)應(yīng)變時(shí)程響應(yīng)曲線如圖1所示；剎車試驗(yàn)則主要采取單輛重360kN 的車，并且控制在勻速20km/h 橋梁中線行駛，通過在橋梁控制截面處剎車引發(fā)的振動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)響應(yīng)的測(cè)試。

圖1 動(dòng)應(yīng)變時(shí)程響應(yīng)曲線

3.3 動(dòng)靜載試驗(yàn)結(jié)果分析

靜載試驗(yàn)中，技術(shù)人員針對(duì)變位檢測(cè)和應(yīng)力檢測(cè)、裂縫觀測(cè)實(shí)施了較好的數(shù)據(jù)分析，原有橋梁的裂縫在靜載情況下并沒有出現(xiàn)擴(kuò)展，且裂縫數(shù)量并沒有增多，應(yīng)力和變位數(shù)據(jù)發(fā)展均在設(shè)計(jì)要求的允許范圍之內(nèi)，橋梁結(jié)構(gòu)在靜載試驗(yàn)下具備較高的強(qiáng)度。

動(dòng)載試驗(yàn)中根據(jù)控制截面的布置，實(shí)現(xiàn)了橋梁結(jié)構(gòu)在多種類型車輛通行及制動(dòng)下的分析，并且獲取了相關(guān)技術(shù)結(jié)論，橋梁的振動(dòng)力通過車輛進(jìn)行施加，獲得的脈沖信號(hào)和振動(dòng)表明橋梁工程結(jié)構(gòu)頻率規(guī)劃較為合理，可以為施工開展提供支撐；對(duì)于脈沖信號(hào)分析中關(guān)聯(lián)的振動(dòng)頻率（一階、二階）大于設(shè)計(jì)理論數(shù)值，這表明橋梁結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度穩(wěn)定性滿足使用要求，且相關(guān)阻尼比要大于設(shè)計(jì)理論數(shù)值，橋梁結(jié)構(gòu)具備抵抗車輛沖擊荷載的適應(yīng)力。

4 結(jié)語(yǔ)

城市現(xiàn)代化的建設(shè)導(dǎo)致橋梁建設(shè)速度不斷加快，這也促進(jìn)了人們對(duì)于橋梁建設(shè)質(zhì)量的重視。通過橋梁動(dòng)靜載試驗(yàn)的開展，對(duì)城市復(fù)雜交通環(huán)境中車輛行駛現(xiàn)狀進(jìn)行模擬，也可以在橋梁上增加阻礙物，調(diào)整不同的動(dòng)靜載檢測(cè)環(huán)境，采取先進(jìn)的監(jiān)測(cè)設(shè)備，對(duì)橋梁的應(yīng)力、變位、裂縫、強(qiáng)度、剛度等重要指標(biāo)進(jìn)行必要的分析。動(dòng)靜載檢測(cè)方式需要嚴(yán)格結(jié)合實(shí)際交通環(huán)境，對(duì)于一些設(shè)計(jì)年限較為久遠(yuǎn)的橋梁則可以適當(dāng)加強(qiáng)檢測(cè)力度，保證其使用耐久性。