譚偉

摘要：本文介紹了當(dāng)前工程實(shí)踐中所常用的幾種橋梁檢測方法，并闡述了每種方法的適用條件。并以橋梁模態(tài)試驗(yàn)為基礎(chǔ)，提出了一種針對未開裂混凝土梁橋的，以自振頻率校驗(yàn)系數(shù)直接評定橋梁承載能力的方法。使用此種方法代替橋梁靜載試驗(yàn)方法，可大大降低檢測成本。

關(guān)鍵詞：橋梁；荷載試驗(yàn)；校驗(yàn)系數(shù)；自振頻率

1橋梁檢測

橋梁作為道路跨越障礙物的重要結(jié)構(gòu)，一般設(shè)計(jì)使用年限為100年。橋梁使用過程中，橋梁結(jié)構(gòu)主體會(huì)受到車輛超載荷載、地震荷載、所在環(huán)境侵蝕、流冰撞擊等設(shè)計(jì)中所不能完全考慮到的不利荷載因素。隨著車輛荷載的增大，部分老橋已不能適應(yīng)新規(guī)范的承載能力需求，因此，對老橋的檢測以及承載能力評定，是橋梁養(yǎng)護(hù)過程中的一項(xiàng)重要工作。

2檢測方法

目前橋梁檢測方法主要包括：外觀法、無損法與荷載試驗(yàn)方法。

2.1外觀法

外觀法即專業(yè)人員根據(jù)城市或公路橋梁檢測評定規(guī)范，對于橋梁出現(xiàn)的每一個(gè)病害根據(jù)其危害程度進(jìn)行扣分，最后根據(jù)總得分將橋梁分類的方法。此方法為使用最廣泛的一種方法，方法簡單，對人員設(shè)備要求低，可以用于檢測大部分常規(guī)正常運(yùn)營的橋梁。

2.2無損法

無損法即使用專用檢測設(shè)備，對橋梁混凝土、鋼筋的性能進(jìn)行無損檢測，判斷其是否滿足設(shè)計(jì)及使用要求的檢測方法。橋梁一旦建成，組成橋梁結(jié)構(gòu)的原材料的各項(xiàng)無損參數(shù)（強(qiáng)度、鋼保、電阻率等）也隨之固定，通過這些參數(shù)的變化可以判斷橋梁病害發(fā)生的原因，并可以對癥下藥，修復(fù)一些常規(guī)的破損、銹蝕、非結(jié)構(gòu)性裂縫等病害。

2.3荷載試驗(yàn)方法

2.3.1靜載試驗(yàn)法

靜載試驗(yàn)是在封閉正常交通的情況下，在橋上施加等效于設(shè)計(jì)荷載的靜力荷載，使得橋梁達(dá)到0.85～1.05的工作效率，通過橋梁關(guān)鍵截面的位移及應(yīng)力變化值判斷橋梁工作狀態(tài)。靜載試驗(yàn)方法是當(dāng)前最準(zhǔn)確的評定橋梁承載能力的一種方法，此方法實(shí)施過程中需要封閉正常交通，影響道路正常通行。前期試驗(yàn)準(zhǔn)備階段以及荷載試驗(yàn)過程中需要投入大量的人工及機(jī)械儀器設(shè)備，一般在橋梁外觀檢查不能評定橋梁狀況以及擬提高通行荷載的情況下使用。

2.3.1動(dòng)載試驗(yàn)法

動(dòng)載試驗(yàn)是在橋上施加等效于橋梁實(shí)際承受荷載的動(dòng)力荷載，在其關(guān)鍵截面測試其動(dòng)力響應(yīng)參數(shù)（振幅、振動(dòng)速度、振動(dòng)加速度等）與動(dòng)力特性參數(shù)（模態(tài)振型、自振頻率、阻尼比）的一種方法。后者也被稱為模態(tài)參數(shù)，是橋梁結(jié)構(gòu)所固有的性質(zhì)，只要結(jié)構(gòu)一產(chǎn)生，就不會(huì)變化。也就是說橋梁結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化，模態(tài)參數(shù)不會(huì)變。模態(tài)參數(shù)一旦發(fā)生改變，橋梁結(jié)構(gòu)就發(fā)生了變化。所以測試模態(tài)參數(shù)，看其是否變化也可以判斷橋梁結(jié)構(gòu)在使用過程中有沒發(fā)生改變。

3自振頻率的實(shí)際值與理論值

模態(tài)參數(shù)中最準(zhǔn)確且最易獲得的是結(jié)構(gòu)自振頻率。在不封閉交通的情況下，使用速度（或加速度）拾振器置于關(guān)鍵截面即可測到橋梁的速度——時(shí)程曲線，該信號經(jīng)過FFT（快速傅里葉變換）即可得到速度——頻率曲線（自振頻譜圖），自振頻譜圖中各個(gè)峰值點(diǎn)處頻率值即為橋梁可能存在的各階自振頻率。作為模態(tài)參數(shù)的一部分，橋梁自振頻率的變化，也說明橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。

工程實(shí)踐中，橋梁自振頻率的理論值通常使用有限元軟件Midas civil建立實(shí)橋模型，進(jìn)行特征值分析得到，此方法精度滿足工程要求。

4自振頻率與截面剛度的關(guān)系

對于等截面混凝土簡支梁，一階頻率計(jì)算公式如下：

上式表明，對于等截面混凝土簡支梁橋，一階頻率校驗(yàn)系數(shù)的平方等于撓度校驗(yàn)系數(shù)的倒數(shù)。由于公式9推導(dǎo)過程中默認(rèn)了實(shí)際橋梁的截面剛度EI等于理論模型中橋梁截面剛度EI，所以公式9只對于未開裂的等截面簡支梁橋適用。

工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，對于二階自振頻率，公式9依然適用。對于連續(xù)梁橋以及變截面梁橋，公式9近似適用。

7 總結(jié)

本文簡單介紹了現(xiàn)行橋梁檢測的幾種方法，并推導(dǎo)出靜載試驗(yàn)中撓度校驗(yàn)系數(shù)與自振頻率校驗(yàn)系數(shù)的關(guān)系。對于未開裂的混凝土梁橋，一階（或二階）自振頻率校驗(yàn)系數(shù)的平方等于撓度校驗(yàn)系數(shù)的倒數(shù)。橋梁檢測過程中，對于未開裂的混凝土梁橋，可以通過自振頻率校驗(yàn)系數(shù)，結(jié)合《公路橋梁承載能力檢測平定規(guī)程》（JTG/T J21-2011）8.3.1條中的內(nèi)容直接判定橋梁承載能力是否滿足要求。省去了做靜載試驗(yàn)的巨大工作量，大大節(jié)約了養(yǎng)護(hù)與檢測的成本，為橋梁檢測項(xiàng)目增值。

參考文獻(xiàn)：

[1]譚國金，中小跨徑梁式橋動(dòng)力檢測技術(shù)及損傷識別方法研究[D]，吉林大學(xué)，2009.

[2]呂立寧，基于模態(tài)參數(shù)的橋梁狀態(tài)快速測試與分析[J]，山西交通科技，2018（1）：49-50.

[3]鄧焱，梁及橋梁應(yīng)變模態(tài)與損傷測量的新方法[J]，清華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2000（11）：123-127.

[4]交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院，JTG/T J21-2011公路橋梁承載能力檢測平定規(guī)程[s]，北京：人民交通出版社，2011.

（作者單位：江蘇乾程工程技術(shù)有限公司）