荷载试验在桥梁检测中的应用

1、荷载试验在桥梁检测中的应用【摘要】桥梁荷载试验的目的是对新建桥梁进行竣工验收和对已建桥梁的运营进行承载力的评定，桥梁荷载试验是一项复杂而细致的工作，技术含量高，涉及面广。因此加强对其的认识和研究具有重要意义，本文作者对此相关问题进行了探讨。 【关键词】荷载试验；桥梁检测；动力荷载 【 abstract 】 bridge load test purpose is a bridge for the completion acceptance and to build Bridges to the operation has the bearing capacity of evaluation, b

2、ridge load test is a complex and meticulous work, with high technical content, involve wide. So to strengthen the understanding and research of its importance, this paper the author questions are discussed. 【 keywords 】 load test; Bridge detection; Dynamic loading 中图分类号：C33文献标识码：A 文章编号： 引言 我国现有桥梁中，部

3、分建造年代久远，常年缺乏应有的维修保养，造成桥梁损坏严重、承载力下降，给交通运输造成很多事故隐患。近年来，随着国民经济的飞速发展，大量低等级的公路被改建、扩建，同时许多桥梁的承载能力和通行能力已远远不能适应现时交通状况的要求，如果对这部分桥梁都进行拆除重建，势必需要投入大量的资金和人力，严重影响现行的交通秩序，同时产生大量的建筑垃圾，造成巨大的资源浪费。如果能够充分利用现有桥梁资源，通过可靠的检测评估手段，对这些桥梁进行科学的加固改造，既能保证或提高桥梁的承载能力和运行条件，又能最大限度地保持现行交通少受干扰； 这对降低成本、预防灾害、保证社会交通正常运行都有着非常重要的意义。另外，公路工程建

4、设的质量也越来越得到重视，竣工桥梁的质量能否达到设计和规范的要求，也需要有相应的评定标准。对服役桥梁结构及新建桥梁承载能力评定最有效、最直接的方法就是桥梁荷载试验，包括动力荷载、静载试验。 一、荷载试验对象的选定 荷载试验对象多为旧桥，在特殊情况下有些新桥也要求做检测工作，综合起来荷载试验桥梁选定的依据为：1)缺乏设计、施工资料的桥梁。2)施工质量较差，不符合设计要求的桥梁。3)桥梁竣工经过运营一段时间后发现较严重的病害，影响其承载能力。4)桥梁施工质量较好，运营情况也良好，但希望提高其允许的承载能力。5)需要通过超过设计标准的特殊荷载车辆的桥梁。还有一些桥梁是因为一些特殊原因而需要做检测工作

5、，比如修复、改建或加固的桥梁，为了验证工程效果，需进行验收或鉴定性荷载试验等。 二、桥梁动力荷载试验的目的及项目 2.1 桥梁动力荷载试验的目的 桥梁动力荷载试验的目的是测定桥梁结构的动力特性，即桥梁结构的自振频率、振型、阻尼比等桥梁结构模态参数；测定桥梁结构在动荷载作用下的强迫振动响应，即桥梁结构的动位移、动应力、冲击系数等。通过动载试验和理论分析来了解桥梁结构在试验荷载作用下的实际工作状态，判断和评价桥梁结构的承载能力和使用条件，分析桥梁病害成因并掌握其变化规律，分析桥梁病害对桥梁各项性能的影响。结合桥梁静力荷载试验结果，对桥梁质量做出合理的评价，为桥梁运营管理及改造提供科学的依据。 2.

6、2 桥梁动力荷载试验的项目 根据测试目的的不同，桥梁动力荷载试验一般分为脉动试验、跳车试验 （冲击试验）、跑车试验等。 （1）脉动试验是指当桥面上无汽车行驶和其他的周期性干扰力时，在风、地面微振等环境因素的作用下，桥梁所受的激励是平稳的各态历经宽带随机激励。结构响应的主谐量，是在其固有频率附近的振动，从而通过脉动测试可以确定结构的固有频率。 （2）跳车试验（冲击试验）：跳车试验测试汽车跨过15cm高跳板后制动，测量此时桥跨结构在附加汽车质量情况下的衰减振动，确定桥梁的冲击系数，用以分析桥梁结构的振动性质。 （3）跑车试验是指桥上跑车试验主要是测试试验汽车在桥上通过时，桥梁结构的强迫振动响应，以

7、及激励后（车辆通过后）振动衰减情况。 三、桥梁静载试验 3.1 静载试验内力或位移控制的选定 在外观检测基础上选择桥梁施工质量较差、缺陷较多或病害较严重且计算受力最不利的孔或墩为荷载试验孔。几种常见主要桥型的加载试验截面及内容如表l所示。 表1 几种主要桥型的加载试验截面及内容 斜拉桥 主粱跨中截面正弯矩及挠度、粱端斜截面剪力 支点负弯矩、中跨跨中正弯矩及搬、边跨1/4L正弯矩及挠度、边跨粱端剪力 支点负弯矩、悬臂端挠度、挂孔主梁跨中弯矩及挠度、锚固跨最大正弯矩及挠度、梁端剪力 拱顶弯矩及挠度、1/4L(或3/8L)弯矩及挠度、拱脚弯矩 中跨跨中正弯矩及挠度、边跨1/4L正弯矩及挠度、墩项水平

8、位移、墩底弯矩 加劲梁跨中、1/8L、3/8L内力及挠度、塔脚截面内力及主缆内力 中跨跨中弯矩及挠度、支点沉降、塔顶水平位移、塔脚内力、索力 3.2 试验荷载的确定 在确定试验控制荷载时，应先计算出桥梁结构在设计或期望荷载下控制截面所产生内力(或变形)的最不利组合值作为对应截面的控制荷载，并求出该截面的荷载内力影响线；然后在试验条件允许的情况下尽量选用与控制荷载相同类型的荷载，利用其内力影响线对结构进行最不利布载，即可求出试验荷载。为保证试验效果，一般要求试验荷载在结构主要控制截面上所产生的效应与设计荷载所产生的相应效应接近，其接近程度采用试验荷载效率系数表示，一般应满足0.8-1.05。 3

9、.3 静载试验结果分析与评价 校验系数是桥梁结构静载试验的主要评价指标。所谓校验系数，是指某一测点处静载的实测值与理论计算值的比值。当=1时，说明实测值与理论值完全相符；当1时，说明结构工作性能差，安全储备不足。常见桥梁校验系数如表2所示。 表2 常见桥梁校验系数 四、桥梁动力荷载试验在工程中的应用实例 4.1 工程相关情况介绍 在桥梁检测评估中，利用先进的设备进行数据的自动采集及分析。数据采集过程：分布在桥面不同位置的传感器采集位移或加速度信号，利用屏蔽导线输入信号采集系统进行采集、储存；然后对储存的信号进行处理，选择其中的有效信号进行分析，得到桥梁结构的自振频率、振型和冲击系数等参数的实测

10、值。 某市区预应力混凝土连续梁桥，全长286m， 桥面宽度为20m，其中行车道宽16m，两侧人行道各宽2m，上部结构为三联十跨预应力混凝土连续箱梁，跨径设置为（28+30+28）m+（27+28+30+29）m+（28+30+28）m。箱梁结构为单箱三室，箱宽14m，顶板悬臂3m，梁高1.6m。为检验竣工桥梁的质量能否达到设计和规范的要求，进行了桥梁荷载试验，试验采用INV振动测试系统。 4.2 检测过程及分析 对该桥进行了脉动试验、跳车试验（冲击试验）、跑车试验，通过对脉动信号作频谱分析，得到各测点的位移功率谱（如图1所示），可以看出该桥的模态比较密集，谱成分较丰富。进一步做出第3跨中和第4

11、跨中的竖向（横向）振动的互功率谱（如图2所示），可以识别出该桥的竖向基频为4.1Hz，横向基频为2.15Hz。当试验车辆以不同车速通过桥梁时，测得桥梁的振动时程曲线如图3、图4所示，经频谱分析，发现各种车速下桥梁结构主频基本上没有变化，横向基频为2.08-2.12Hz，竖向基频为3.9-4.05Hz。 图1 桥梁脉动测点功率谱 图2 脉动测试结构反应互功率谱 图3 跑车30km/h桥梁竖向响应时程曲线和幅值谱 图4 跑车50km/h桥梁竖向响应时程曲线和幅值谱 从动力荷载试验的结果及数据分析来看，该桥的竖向自振基频、阻尼比，在跑车试验时与脉动试验时所测结果基本相同。所测的基频均不小于相应的理论计算值，表明所试验的桥梁有着较好的刚度。从自振频率的角度看，结构是安全的；所得该桥的冲击系数介于0.14-0.24，小于城市道路荷载规范规定值，说明桥梁对汽车荷载的反应在安全范围之内。 4.3 工程感受 桥梁动力荷载试验理论上基本成熟， 在实际桥梁的检测评估中得到了广泛应用，对超期服役桥梁结构及新建桥梁承载能力评定提供了有效、最直接的方法。 （1）桥梁动力荷载试验能够得到桥梁结构的模态参数及强迫振动响应，结果准确、可靠，能够利用其结果来判断桥梁的健康状况，为桥梁的评估提供依据