摘 要：通過對靜載試驗的理論計算分析、工況設(shè)置、測點布置、荷載布置，以及動載試驗的橋梁模態(tài)試驗和行車試驗試等內(nèi)容的介紹，為橋梁靜、動荷載試驗方案和試驗提供參考。

關(guān)鍵詞：靜載試驗；動載試驗；工況；荷載；模態(tài)試驗

中圖分類號：U446 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）23-0066-06

Abstract： Through the introduction of the theoretical calculation and analysis， working condition setting， measuring point layout， load layout of the static load test， as well as the bridge modal test and driving test of the dynamic load test， this paper provides a reference for the static and dynamic load test scheme and test of the bridge.

Keywords： static load test; dynamic load test; working condition; load; modal test

隨著中國社會經(jīng)濟的進(jìn)步和人民生活品質(zhì)的提升，公路橋梁建設(shè)對于推動我國現(xiàn)代化的步伐、實施農(nóng)村復(fù)興策略以及加強地區(qū)間的經(jīng)濟文化交流具有極其關(guān)鍵的戰(zhàn)略影響。橋梁可以很好地解決跨水、越谷等問題，提高通行效率，增大交通便利性。

為了更好地掌握橋梁結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量、受力性能、實際承載能力。通過荷載試驗，掌握現(xiàn)有橋梁結(jié)構(gòu)的成橋質(zhì)量，評估結(jié)構(gòu)承載力，判斷橋梁實際工作狀況是否正常，了解橋梁結(jié)構(gòu)本身的動力特性，掌握車致振動或其他荷載動力響應(yīng)，為保障橋梁工程的安全使用、交竣工驗收及后期維護(hù)提供參考依據(jù)。

1 荷載試驗

荷載試驗已經(jīng)變成了一種有效的橋梁結(jié)構(gòu)檢測方法，根據(jù)荷載性質(zhì)被劃分為2大類：靜載試驗和動載試驗。

1.1 靜載試驗

橋梁靜態(tài)荷載測試主要目的在于，監(jiān)測在靜態(tài)荷載影響下橋梁各主控截面的應(yīng)力狀態(tài)和結(jié)構(gòu)形變，根據(jù)試驗?zāi)康拇_定控制荷載。通過對比理論計算與試驗結(jié)果，驗證是否滿足設(shè)計要求。

靜載試驗效率：ηq=ss/s（1+μ），ηq一般采用0.95～1.05。Ss為最大計算效應(yīng)值，S為最不利效應(yīng)計算值，μ為沖擊系數(shù)。

載荷試驗分軸心、偏心載荷2種形式。試驗開始前于橋面上標(biāo)明加載車輛的具體位置。

通過有限元模擬分析，以獲得設(shè)計載荷下最不利荷載效應(yīng)，即內(nèi)力包絡(luò)曲線圖的最大不利值。

為分析結(jié)構(gòu)形變與應(yīng)力的變化規(guī)律，通過分析選定試驗工況，根據(jù)試驗荷載總量和荷載分級增量逐級加載。

測點根據(jù)測試內(nèi)容合理布置，如橋面已完成鋪裝，則橋面板的上層表面不宜設(shè)置測點。

根據(jù)靜載試驗荷載效率及橋梁控制截面的設(shè)計彎矩值，并考慮加載車輛軸距及方便實施等因素，選擇試驗加載車輛。

1.2 動載試驗

橋梁動載試驗是通過激振的方式獲取結(jié)構(gòu)諸如自振頻率、沖擊系數(shù)、振型、阻尼比和動撓度等關(guān)鍵參數(shù)，進(jìn)而全面評估橋梁結(jié)構(gòu)剛度和動力特性的試驗手段。

可利用自由振法、強迫振動（共振）、環(huán)境隨機振動等方法采集橋梁振動的響應(yīng)信號，獲得橋梁結(jié)構(gòu)動力特性參數(shù)（自振頻率、陣型、阻尼比等），動力特性參數(shù)僅與結(jié)構(gòu)自身形式和材料性能有關(guān)。

可通過自由振動法、強迫共振法以及環(huán)境隨機振動法獲取橋梁振動的響應(yīng)信號，得到橋梁結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性參數(shù)（包括自振頻率、模態(tài)、阻尼比）。

速度傳感器的布置一般應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)振動模態(tài)，避開各階振型節(jié)點，布設(shè)于變位較大位置。

使用動態(tài)應(yīng)變檢測儀對行車試驗下的動應(yīng)變時程響應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。動力響應(yīng)試驗主要包括無障礙跑車、跳車試驗、剎車試驗。

2 工程實例

某橋上部采用2×20 m結(jié)構(gòu)簡支橋面連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁，鉆孔灌注樁輕型橋臺，采用柱式墩接蓋梁橋墩，如圖1、圖2所示。

主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：①設(shè)計荷載為汽車荷載（城-A級）、人群荷載（4.0 kPa）；②抗震設(shè)防類別為丙類，按6度設(shè)防。

本次荷載試驗對象為左右幅的1#跨。

3 靜載試驗

3.1 試驗工況

為檢測試驗橋跨的工程質(zhì)量和結(jié)構(gòu)的安全性，按照城-A級設(shè)計荷載進(jìn)行靜載試驗，經(jīng)過分析，在設(shè)計荷載及試驗荷載作用下，確定2個主要內(nèi)力控制截面（分左右兩幅），如圖3所示，確定4個靜載試驗工況，見表1。

3.2 荷載確定

按照試驗構(gòu)件截面“等效內(nèi)力”的原則，確定加載車輛的總數(shù)量和排列位置，使加載車輛組成的行列荷載與設(shè)計荷載在該截面產(chǎn)生的內(nèi)力基本相等。對各測試截面荷載內(nèi)力進(jìn)行計算分析，同時確定靜載試驗時荷載的大小。

根據(jù)“等效內(nèi)力”原則，設(shè)定加載汽車的總數(shù)及其位置，使加載車輛組成的行列荷載與設(shè)計荷載在該截面產(chǎn)生的內(nèi)力基本相等。對測試截面荷載內(nèi)力分析，確定靜載試驗時荷載的大小。經(jīng)計算，需6輛總重360 kN的加載車輛。

3.3 測點布置

在控制截面的主梁布設(shè)應(yīng)變測點，測點如圖4所示。

3.4 試驗實施

1）試驗加載車輛。試驗車輛軸距、軸重詳見表2，各工況下所需加載車輛的數(shù)量，根據(jù)設(shè)計荷載作用下工況的最不利效應(yīng)值按照荷載效率系數(shù)換算。

2）各工況車輛荷載布置。具體工況和車輛荷載分級詳見表3，車輛布置如圖5所示。

本次靜載試驗荷載效率系數(shù)詳見表4。

設(shè)計荷載作用下測試跨主梁的彎矩包絡(luò)圖及各工況試驗荷載作用下的彎矩內(nèi)力圖如圖6、圖7所示。

3.5 試驗結(jié)果

本節(jié)列舉工況1的靜載試驗結(jié)果，工況2—4與之類似。測點的應(yīng)變測試結(jié)果詳見表5，應(yīng)變理論值與實測值對比如圖8所示。撓度理論值與實測值對比如圖9所示，測點撓度測試結(jié)果詳見表6。

4 動載試驗

COuprhhgrDNDDHKBoJ9Uog==在無荷載作用下，采集脈動信號進(jìn)行頻譜分析，從而得出橋梁的自振頻率。表7是實測頻率和理論頻率對比。理論頻率fl計算結(jié)果截圖如圖10所示。

在10、20、30、40 km/h車速下進(jìn)行無障礙跑車試驗，采集跑車過程應(yīng)變信號時程曲線進(jìn)行沖擊系數(shù)分析，從而得出橋梁的沖擊系數(shù)。圖11、圖12是各速度跑車試驗時程曲線；表8是跑車試驗沖擊系數(shù)對比表。

5 結(jié)論

通過荷載試驗的數(shù)據(jù)分析可以看出：靜載試驗的荷載試驗效率介于0.85～1.05，滿足規(guī)范要求。靜載試驗工況荷載，實測撓度、實測應(yīng)變均小于理論計算值，撓度校驗系數(shù)最大值、應(yīng)變校驗系數(shù)最大值均不大于1；卸載后的殘余變位、應(yīng)變較小，相對殘余變位、應(yīng)變不超過20%；各跨跨中的變形小于L/600；均滿足規(guī)范要求。動載試驗表明，沖擊系數(shù)測試的結(jié)果正常，實測沖擊系數(shù)小于規(guī)范計算值；實測一階豎向固有頻率高于理論計算值，表明測試跨的結(jié)構(gòu)動力特性正常，橋梁的動剛度滿足設(shè)計要求。

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第一作者簡介：石立君（1981-），男，博士，高級工程師。研究方向為土木工程、工程檢測鑒定。