別宗霖

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0 引言

橋梁工程施工工藝和設(shè)計(jì)方案復(fù)雜，通常需結(jié)合實(shí)際地形地勢(shì)情況進(jìn)行選線設(shè)計(jì)，同時(shí)在相應(yīng)節(jié)點(diǎn)位置設(shè)定規(guī)模、數(shù)量適合的梁場(chǎng)，確保施工材料能供應(yīng)充分和及時(shí)。另外，由于橋梁施工周期較長(zhǎng)且具有連續(xù)性和繁瑣性，因此在橋梁結(jié)構(gòu)施工時(shí)應(yīng)對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，以提高整體剛度和穩(wěn)定性。本文為研究動(dòng)靜載試驗(yàn)在橋梁工程中的應(yīng)用，首先闡述了動(dòng)靜載試驗(yàn)應(yīng)用原理和工程特性，并闡述其在具體橋梁工程中的應(yīng)用實(shí)例。

1 橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)靜載試驗(yàn)

1.1 靜載試驗(yàn)

橋梁靜載試驗(yàn)主要應(yīng)用原理為：先在橋梁工程中需檢測(cè)的區(qū)域施加一定的靜止荷載，一段時(shí)間后對(duì)區(qū)域內(nèi)的位移、應(yīng)變及裂縫等參量進(jìn)行測(cè)試和觀察，結(jié)合試驗(yàn)分析得出在荷載作用下整個(gè)橋梁工程的工作性質(zhì)和使用狀況[1]。因?yàn)楹奢d作用主要以靜力荷載為主，所以在試驗(yàn)操作時(shí)可采用重力或加載設(shè)備來(lái)施作荷載，加載設(shè)備常用沙袋、車輛、水箱等。靜載試驗(yàn)的加載應(yīng)從零開(kāi)始遞加，直至滿足試驗(yàn)要求，其具體加載步驟如下。

（1）試驗(yàn)孔的選擇與控制截面的確定

針對(duì)多孔結(jié)構(gòu)中跨徑相同部位選取若干典型橋梁進(jìn)行荷載試驗(yàn)，以此選定試驗(yàn)控制截面?？商崆皩?duì)橋梁工程中損壞部位、薄弱截面進(jìn)行調(diào)查和驗(yàn)算，再設(shè)置控制截面，常見(jiàn)橋梁結(jié)構(gòu)的控制截面加載試驗(yàn)項(xiàng)目如表1所示。

表1 各種形式橋梁控制截面加載試驗(yàn)項(xiàng)目

表1 （續(xù)）

（2）試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)設(shè)置

根據(jù)荷載工況合理布置試驗(yàn)觀測(cè)點(diǎn)，應(yīng)結(jié)合具體工況在固定區(qū)域設(shè)置不同的試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)。常見(jiàn)橋型檢測(cè)部位設(shè)置如表2所示。

表2 常見(jiàn)橋型檢測(cè)部位及項(xiàng)目

（3）試驗(yàn)加載

進(jìn)行加載試驗(yàn)時(shí)嚴(yán)格控制荷載截面的內(nèi)力由小到大增加，技術(shù)人員及時(shí)做好荷載的卸載和加載工作，且在加載試驗(yàn)中需確保控制測(cè)點(diǎn)的變位在規(guī)范值和理論計(jì)算值的規(guī)定范圍內(nèi)。同時(shí)定期檢測(cè)裂縫問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)應(yīng)及時(shí)停止試驗(yàn)。這種情況可總結(jié)為荷載作用下控制點(diǎn)應(yīng)變穩(wěn)定性較差，且測(cè)點(diǎn)的撓度和應(yīng)變超出規(guī)范允許范圍。另外，若在加載過(guò)程中裂縫寬度變大，會(huì)直接影響結(jié)構(gòu)使用壽命，使墩臺(tái)變位穩(wěn)定性差且超出規(guī)范允許值。以上情況均需要立即停止試驗(yàn)[2]。

（4）靜載試驗(yàn)結(jié)果分析與評(píng)價(jià)

橋梁結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)加載完畢后，綜合分析試驗(yàn)結(jié)果，得出諸變量間的相互關(guān)系，總結(jié)出相關(guān)表達(dá)式并找出必要數(shù)據(jù)，以評(píng)價(jià)橋梁結(jié)構(gòu)的安全可靠程度。

1.2 動(dòng)載試驗(yàn)

動(dòng)載試驗(yàn)可準(zhǔn)確檢測(cè)出橋梁工程的動(dòng)力特性，進(jìn)而得出橋梁工程的承載力和結(jié)構(gòu)工作性能。動(dòng)載試驗(yàn)橋梁檢測(cè)具體作用如下。

（1）測(cè)定橋梁模態(tài)參數(shù)及動(dòng)力特性

進(jìn)行成橋試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)重載車輛從低速到高速進(jìn)行橋梁行駛時(shí)，橋梁會(huì)產(chǎn)生不同頻率的振動(dòng)，車輛行駛速度產(chǎn)生的激振力頻率與橋梁結(jié)構(gòu)固有頻率接近時(shí)會(huì)導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)共振現(xiàn)象。而當(dāng)重載車輛駛離橋梁時(shí)，結(jié)構(gòu)振動(dòng)會(huì)逐漸衰減，根據(jù)繪制的波形曲線可得到橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性參數(shù)，曲線會(huì)詳細(xì)記載橋梁結(jié)構(gòu)的振幅、沖擊系數(shù)、頻率、撓度等，通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果分析后可對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特征進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

（2）評(píng)定橋梁承載能力

基于動(dòng)載試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)來(lái)評(píng)價(jià)橋梁工程的結(jié)構(gòu)承載能力，主要應(yīng)用原理為對(duì)橋梁動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行檢測(cè)，得出橋梁結(jié)構(gòu)在動(dòng)載作用影響下的強(qiáng)迫響應(yīng)振動(dòng)特征，分析出橋梁振幅、損傷及沖擊系數(shù)等參數(shù)的變化特點(diǎn)，進(jìn)而對(duì)橋梁工程結(jié)構(gòu)的使用狀況和承載能力進(jìn)行評(píng)價(jià)[3]。

（3）模擬地震試驗(yàn)和橋上荷載識(shí)別

橋梁結(jié)構(gòu)為交通運(yùn)輸系統(tǒng)的重要樞紐工程，應(yīng)重點(diǎn)考慮其防災(zāi)減災(zāi)作用。采用動(dòng)載試驗(yàn)可識(shí)別橋上的移動(dòng)荷載，由于地震的隨機(jī)性和復(fù)雜性，不同的地震波影響下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算結(jié)果不一致，采用動(dòng)載試驗(yàn)?zāi)M地震效果，可得出不同地震波下橋梁結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，進(jìn)而評(píng)價(jià)橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。

（4）橋梁狀態(tài)評(píng)估與健康監(jiān)測(cè)

橋梁健康監(jiān)測(cè)有助大跨度的橋梁設(shè)計(jì)，采用動(dòng)載試驗(yàn)監(jiān)測(cè)橋梁狀態(tài)，可節(jié)約橋梁維修成本。

2 工程應(yīng)用

2.1 工程概況

某高速公路建設(shè)項(xiàng)目全線長(zhǎng)54.62km，路基寬度為19.5m，全線橋隧比設(shè)計(jì)為80.7%，共包含10座特大橋。以該公路第二合同段內(nèi)的某特大橋?yàn)槔瑸樘岣邩蛄航Y(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，在橋面系施工完畢后，對(duì)橋梁的承載能力和動(dòng)力特性進(jìn)行分析研究，以為其他橋梁結(jié)構(gòu)施工提供參考。施工單位經(jīng)研究決定采用動(dòng)靜載試驗(yàn)技術(shù)對(duì)橋梁進(jìn)行檢測(cè)，選定若干典型測(cè)點(diǎn)，采用橋梁跑車、跳車、剎車試驗(yàn)進(jìn)行動(dòng)靜載試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。

2.2 靜載試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

通過(guò)靜載試驗(yàn)測(cè)試橋梁結(jié)構(gòu)撓度。在試驗(yàn)荷載工況設(shè)定情況下，橋梁上各測(cè)點(diǎn)處的彈性撓度實(shí)測(cè)值和理論計(jì)算值之間的比值在0.76～0.84范圍內(nèi)，且彈性撓度最大實(shí)測(cè)值測(cè)定為2.20mm，理論撓度計(jì)算值為2.50mm，對(duì)比比值為0.83，滿足試驗(yàn)方法和效驗(yàn)系數(shù)設(shè)計(jì)要求。

2.3 動(dòng)載試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

通過(guò)對(duì)該橋梁進(jìn)行動(dòng)載試驗(yàn)，對(duì)橋上的跑車、跳車、剎車等工況進(jìn)行加速度實(shí)測(cè)，將動(dòng)載試驗(yàn)的實(shí)測(cè)基頻設(shè)定為13.30Hz，阻尼比β在1.15%～1.47%范圍內(nèi)，分析得到在橋上跑車、跳車及剎車等試驗(yàn)時(shí)其實(shí)測(cè)頻率與脈動(dòng)試驗(yàn)相接近，這表明在激振作用下橋梁整體結(jié)構(gòu)的剛度無(wú)變化，且其動(dòng)力響應(yīng)良好。

3 結(jié)語(yǔ)

在橋梁施工過(guò)程中應(yīng)對(duì)其進(jìn)行必要的試驗(yàn)檢測(cè)，現(xiàn)階段動(dòng)靜載試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用較為廣泛。本文圍繞橋梁工程中的動(dòng)靜載試驗(yàn)應(yīng)用原理和工程特性進(jìn)行闡述，并對(duì)實(shí)際工程中動(dòng)靜載試驗(yàn)的應(yīng)用進(jìn)行探析。研究結(jié)果表明，采用動(dòng)靜載試驗(yàn)進(jìn)行橋梁工程檢測(cè)，可實(shí)時(shí)、有效監(jiān)測(cè)橋梁的整體質(zhì)量，保證橋梁工程施工的整體穩(wěn)定性和強(qiáng)度。