黃靈色

（江西省公路工程檢測中心，江西南昌 330013）

0 引言

隨著我國現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的不斷發(fā)展，城鎮(zhèn)化建設(shè)加速，交通運(yùn)輸行業(yè)也得到了迅速發(fā)展。作為重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施，橋梁建設(shè)數(shù)量及規(guī)模不斷提升。為保證橋梁工程的使用安全性，避免后續(xù)使用中出現(xiàn)安全事故，必須采用先進(jìn)的檢測技術(shù)對橋梁的健康狀況進(jìn)行檢測，以全面掌握公路橋梁的各方面性能，為橋梁的管理和維護(hù)工作提供可靠參考。

1 橋梁檢測中荷載試驗(yàn)的作用

1.1 評估承載能力

荷載試驗(yàn)是評估橋梁承載能力的一種重要手段。在試驗(yàn)過程中，通過施加不同類型和強(qiáng)度的荷載模擬橋梁在實(shí)際使用條件下的工作狀態(tài)，通過觀測和記錄荷載試驗(yàn)過程中的橋梁變形、應(yīng)力和撓度等參數(shù)，可以確定橋梁的極限承載能力，將之與設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行比較分析，可以有效評估橋梁的承載能力。

1.2 驗(yàn)證設(shè)計(jì)參數(shù)

荷載試驗(yàn)還可以驗(yàn)證橋梁設(shè)計(jì)參數(shù)的準(zhǔn)確性和合理性，評估橋梁在實(shí)際荷載作用下的變形和應(yīng)力響應(yīng)是否符合設(shè)計(jì)要求。通過施加不同類型和強(qiáng)度的荷載，可以模擬橋梁在使用過程中承受的各種力的作用，如行車荷載、風(fēng)荷載、溫度荷載等。測量和檢測橋梁的變形、應(yīng)變和應(yīng)力，可以判斷橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。如果試驗(yàn)結(jié)果與設(shè)計(jì)參數(shù)存在較大差異，可能需要對設(shè)計(jì)進(jìn)行修正或調(diào)整，以確保橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。

荷載試驗(yàn)的結(jié)果還可用于評估橋梁的使用壽命和結(jié)構(gòu)可靠性，并為后續(xù)的維護(hù)和修復(fù)工作提供參考依據(jù)[1]。

1.3 檢測結(jié)構(gòu)問題

荷載試驗(yàn)在橋梁檢測中起到重要的作用，可以幫助相關(guān)工作人員發(fā)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)中的缺陷、損傷和變形等問題。通過施加荷載并觀察橋梁的變形情況，可以發(fā)現(xiàn)潛在的結(jié)構(gòu)問題。例如，將荷載施加到橋梁上，如果有裂縫出現(xiàn)，意味著結(jié)構(gòu)可能存在缺陷或損傷。荷載試驗(yàn)還可以觀察橋梁的變形情況，如果變形超出允許范圍或不均勻變形，表明橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或施工可能存在問題。

此外，荷載試驗(yàn)還能檢測橋梁的荷載傳遞性能，了解荷載在橋梁結(jié)構(gòu)中的分布情況，以及橋梁不同部位受力的差異性。通過及早發(fā)現(xiàn)和識別這些問題，可以采取相應(yīng)的維修和加固措施，防止問題進(jìn)一步惡化，確保橋梁安全運(yùn)行，延長其使用壽命。

2 靜載試驗(yàn)與動(dòng)載試驗(yàn)

2.1 靜載試驗(yàn)

橋梁結(jié)構(gòu)的變形可分為整體變形和局部變形兩種。整體變形通常表現(xiàn)為橋梁主梁結(jié)構(gòu)的撓度不足或梁體結(jié)構(gòu)發(fā)生位移變化；局部變形一般是局部應(yīng)力和應(yīng)變作用引起的。靜載試驗(yàn)是橋梁荷載試驗(yàn)的重要組成部分，可以評估橋梁結(jié)構(gòu)的運(yùn)行性能和狀態(tài)，可獲取橋梁的牢固、沉降、強(qiáng)度等方面的參數(shù)，相關(guān)人員可通過對比靜載試驗(yàn)結(jié)果與橋梁設(shè)計(jì)方案，確定橋梁質(zhì)量是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

通過靜載試驗(yàn)進(jìn)行兩端位移檢測時(shí)，為了提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，通常選用機(jī)械法或電測法[2]。選擇檢測方法時(shí)，需要根據(jù)不同橋梁工程的特點(diǎn)，結(jié)合橋梁的跨度、荷載、承載性能等，明確具體的檢測方法和標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而獲得準(zhǔn)確的參數(shù)。測量橋梁應(yīng)變參數(shù)時(shí)，需要使用多種檢測儀器，如振弦式應(yīng)變計(jì)、電阻應(yīng)變儀等。按照目前我國公路橋梁荷載試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)要求，荷載效率在0.95～1.05 之間，方可視為合格。目前，橋梁檢測中常用的靜載試驗(yàn)方法都比較簡單，按照規(guī)定程序操作即可準(zhǔn)確獲取靜載試驗(yàn)參數(shù)，并對橋梁的性能進(jìn)行判定。

2.2 動(dòng)載試驗(yàn)

動(dòng)載試驗(yàn)是橋梁荷載試驗(yàn)的另一種重要方式，主要方法是使橋梁處于動(dòng)態(tài)荷載耦合效應(yīng)之下，進(jìn)而通過試驗(yàn)分析，得出沖擊系數(shù)、自振力、動(dòng)力特性等方面的指標(biāo)。

在沖擊系數(shù)檢測環(huán)節(jié)，主要通過動(dòng)應(yīng)變和動(dòng)撓度檢測方法，掌握波形變化的數(shù)據(jù)信息。動(dòng)撓度可以反映出整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的整體性能，動(dòng)應(yīng)變則能反映出動(dòng)力性能情況，以掌握實(shí)際運(yùn)行的狀況。

通過自振力檢測可以獲取振動(dòng)頻率、阻尼比、振動(dòng)形式等方面的數(shù)據(jù)，分析這些數(shù)據(jù)可以得出橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性，進(jìn)而得出結(jié)構(gòu)剛度情況。進(jìn)行自振力參數(shù)檢測時(shí)，需要確保橋梁處于非運(yùn)營狀態(tài)，且周邊不會(huì)有影響監(jiān)測效果的相應(yīng)因素。

由于不同橋梁的結(jié)構(gòu)形式不同，因此在測量過程中，振動(dòng)所形成的加速度也會(huì)有差異。在具體檢測環(huán)節(jié)，技術(shù)人員可通過加速度傳感器采集加速度數(shù)據(jù)，然后將各項(xiàng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)內(nèi)，通過分析各項(xiàng)數(shù)據(jù)，即可了解橋梁的運(yùn)行性能。在檢測過程中，通過加速度傳感器進(jìn)行傳感器位移、時(shí)程、曲線數(shù)據(jù)等測量，能夠獲得各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而可以掌握位移量、加速度、振幅的最大值等。利用功率譜、相位譜等分析振動(dòng)信號可以得出各項(xiàng)檢測結(jié)論，提高分析結(jié)果的精確性[3]。

3 公路橋梁檢測中荷載試驗(yàn)的應(yīng)用

3.1 靜載試驗(yàn)具體應(yīng)用

靜載試驗(yàn)是橋梁工程檢測的重要試驗(yàn)方法之一，可以對某些特定部位的變化以及受力情況進(jìn)行試驗(yàn)分析，掌握橋梁是否可以滿足正常使用的需要。具體應(yīng)用如下：將靜載荷直接固定到需要檢測的部位上，可以掌握公路橋梁結(jié)構(gòu)以及受力條件的變化，獲取相關(guān)數(shù)據(jù)信息，掌握實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)參數(shù)，進(jìn)而分析橋梁的運(yùn)行性能、結(jié)構(gòu)特性等。目前，在橋梁工程質(zhì)量檢測中，靜載試驗(yàn)方法的應(yīng)用非常普遍，主要目的是確定橋梁結(jié)構(gòu)的承載性能。通過考慮靜荷載重量以及橋梁自身重量，進(jìn)行試驗(yàn)分析，檢測結(jié)束后進(jìn)行各項(xiàng)數(shù)據(jù)的綜合分析，進(jìn)而掌握橋梁結(jié)構(gòu)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，從而采取必要的養(yǎng)護(hù)措施，以保證橋梁的安全性和穩(wěn)定性符合工程要求。

3.1.1 確定最佳靜載試驗(yàn)方案

為了提高橋梁工程檢測效果，需要在試驗(yàn)前對橋梁進(jìn)行全面勘察，并綜合多方面因素制訂合理的靜載試驗(yàn)工作計(jì)劃，明確試驗(yàn)流程，為后續(xù)試驗(yàn)開展提供基礎(chǔ)。試驗(yàn)方案確定之后，應(yīng)制訂完善的試驗(yàn)檢測管理制度，明確試驗(yàn)儀器和材料，以保證試驗(yàn)檢測順利開展。同時(shí)，要求技術(shù)人員具備一定的試驗(yàn)檢測經(jīng)驗(yàn)，以確保操作過程中不會(huì)出現(xiàn)失誤，提高試驗(yàn)檢測的精確性和可靠性。為防止試驗(yàn)偏差，提高技術(shù)數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性，并正確分析各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，提升靜載試驗(yàn)的合理性和科學(xué)性，使試驗(yàn)?zāi)軌蛘嬲从硺蛄旱氖褂脿顩r。

3.1.2 明確試驗(yàn)荷載

通過靜載試驗(yàn)，可以全面了解橋梁結(jié)構(gòu)的承載性能，獲取各項(xiàng)荷載數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而掌握橋梁工程的使用情況，為后續(xù)工作的順利開展奠定基礎(chǔ)。靜載試驗(yàn)是一種常用的測試方法，通過施加靜態(tài)荷載于橋梁結(jié)構(gòu)上，觀測和記錄其變形和應(yīng)力響應(yīng)，以評估橋梁的結(jié)構(gòu)安全性、穩(wěn)定性和承載能力。

在進(jìn)行靜載試驗(yàn)時(shí)，需要選擇適合的試驗(yàn)方法，以確保有效分析橋梁結(jié)構(gòu)的性能和特點(diǎn)。根據(jù)具體的試驗(yàn)?zāi)康暮蜆蛄侯愋?，可以選擇不同的靜載試驗(yàn)方法，如單點(diǎn)加載試驗(yàn)、均布加載試驗(yàn)、變載試驗(yàn)等。單點(diǎn)加載試驗(yàn)適用于評估橋梁某個(gè)特定位置的承載性能，均布加載試驗(yàn)可模擬橋梁在實(shí)際使用情況下的受力狀態(tài)，而變載試驗(yàn)則可以模擬橋梁在荷載變化時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

此外，在靜載試驗(yàn)過程中，需選擇合適的試驗(yàn)荷載，并根據(jù)設(shè)計(jì)要求和預(yù)期效果進(jìn)行施加。常見的試驗(yàn)荷載包括靜載、動(dòng)載和臨時(shí)荷載等。通過施加荷載后，使用傳感器和測量設(shè)備對橋梁結(jié)構(gòu)的變形、應(yīng)力、撓度等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和記錄，數(shù)據(jù)可以用于分析橋梁的剛度、變形能力、破壞機(jī)制以及結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性等方面的性能指標(biāo)。

3.1.3 提高靜載安全防護(hù)水平

最大程度地保障工作人員的生命安全，是靜載試驗(yàn)環(huán)節(jié)的首要任務(wù)。因此進(jìn)行橋梁工程的靜載試驗(yàn)時(shí)，需嚴(yán)格落實(shí)安全防護(hù)措施，提高防護(hù)水平，確保試驗(yàn)順利進(jìn)行。因此，進(jìn)行靜載試驗(yàn)前，應(yīng)制訂科學(xué)合理的試驗(yàn)方法，明確現(xiàn)場安全要求，并配置相應(yīng)的安全設(shè)施。

在前期準(zhǔn)備階段，需要充分勘察現(xiàn)場，了解現(xiàn)場可能發(fā)生的安全問題，并采取有效的安全預(yù)防措施。在現(xiàn)場試驗(yàn)階段，應(yīng)全面監(jiān)督檢查各環(huán)節(jié)和步驟的落實(shí)情況[4]。

靜載試驗(yàn)環(huán)節(jié)的安全防護(hù)設(shè)施應(yīng)有明確的規(guī)定，同時(shí)應(yīng)定期組織管理人員進(jìn)行現(xiàn)場安全設(shè)施檢查，確保設(shè)施各方面性能合格。在靜載試驗(yàn)的安全管理工作中，安全管理人員應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行上級發(fā)布的各項(xiàng)安全管理指令。同時(shí)，要求每項(xiàng)靜載試驗(yàn)的操作行為都必須在安全標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行，如果遇到突發(fā)情況，應(yīng)立即采取合理的應(yīng)對和預(yù)防措施，進(jìn)而確保靜載試驗(yàn)順利進(jìn)行，掌握準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，為橋梁工程的客觀真實(shí)評價(jià)提供基礎(chǔ)。

3.2 動(dòng)載試驗(yàn)具體應(yīng)用

3.2.1 動(dòng)載試驗(yàn)方法

目前，在橋梁領(lǐng)域進(jìn)行動(dòng)載試驗(yàn)的主要方法是激振法。為了分析橋梁的使用情況，需要結(jié)合橋梁的結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)，選擇科學(xué)合理的試驗(yàn)方法，從而提高動(dòng)載試驗(yàn)參數(shù)的精準(zhǔn)性，為分析橋梁工程運(yùn)行效果提供準(zhǔn)確依據(jù)。

動(dòng)載試驗(yàn)方法主要包括以下幾種：

第一，共振法。在共振法中，激振儀器會(huì)施加不同頻率和振幅的激振力于橋梁結(jié)構(gòu)上。當(dāng)激振力的頻率與橋梁結(jié)構(gòu)的固有頻率相匹配時(shí)，會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象。這時(shí)，橋梁結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)較大的振動(dòng)響應(yīng)，并在共振頻率處表現(xiàn)出最大的振幅。通過測量和記錄橋梁在不同頻率下的振動(dòng)響應(yīng)，可以評估橋梁的動(dòng)態(tài)特性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。共振法可以直接在實(shí)際工況下進(jìn)行測試，并通過觀測振動(dòng)響應(yīng)來了解橋梁的運(yùn)行狀況。它可以檢測橋梁結(jié)構(gòu)的自由振動(dòng)頻率，評估橋梁的剛度和阻尼特性，發(fā)現(xiàn)潛在的結(jié)構(gòu)問題和缺陷。

第二，脈動(dòng)法。脈動(dòng)法是一種用于測定橋梁結(jié)構(gòu)自有頻率的方法，同時(shí)可以觀察橋梁與周圍環(huán)境的共振效應(yīng)。此方法適用于橋梁結(jié)構(gòu)兩側(cè)存在不規(guī)則振動(dòng)條件的情況。通過測定橋梁的振動(dòng)狀態(tài)，可以了解橋梁的運(yùn)動(dòng)特性。此方法還可以探測周圍行動(dòng)物體或建筑物與橋梁之間的共振現(xiàn)象，有助于更全面地評估橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

第三，自振法。自振法主要是在自由衰減條件下觀測橋梁振動(dòng)行為，獲取相關(guān)結(jié)構(gòu)信息。該方法利用橋梁結(jié)構(gòu)的固有頻率和振動(dòng)響應(yīng)來評估其動(dòng)力特性和結(jié)構(gòu)性能。通過對振動(dòng)信號的分析，可以得出橋梁的振動(dòng)模態(tài)、頻率和振型等參數(shù)，進(jìn)而對其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、剛度和阻尼等特性進(jìn)行評估[5]。

3.2.2 動(dòng)載試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析測定

在公路橋梁現(xiàn)場檢測中，動(dòng)力測試是一種常用的方法，可以確定橋梁的振型、阻尼和固有頻率等關(guān)鍵參數(shù)[6-8]。

第一，測定振型。通過使用共振的方式測定關(guān)鍵部位的相位、振幅等，然后繪制變化曲線，了解性能的變化。

第二，測定阻尼。阻尼直接影響橋梁工程的動(dòng)力性能，因此在橋梁檢測中阻尼值計(jì)算極為重要。半功率寬帶法和功率譜法是常用的阻尼測定方法，檢測過程中可以利用計(jì)算機(jī)獲取相關(guān)數(shù)據(jù)信息。如果阻尼值比較大，還需要結(jié)合現(xiàn)場的裂縫實(shí)際情況進(jìn)行分析，以得出更為準(zhǔn)確的參數(shù)[9-10]。

第三，測定固有頻率。該方法主要是通過時(shí)域里程曲線、峰值、圖紙等掌握橋梁動(dòng)力剛度性能[11]。如果固有頻率參數(shù)較小，可以認(rèn)為橋梁的壽命、剛度合格，達(dá)到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)[12]。

4 結(jié)語

綜上所述，橋梁工程是我國非常重要的基礎(chǔ)設(shè)施，但是在使用的過程中容易發(fā)生結(jié)構(gòu)損壞的問題，會(huì)對交通運(yùn)行的安全性和可靠性產(chǎn)生負(fù)面的影響。為避免此類問題，需要對橋梁進(jìn)行有效檢測，掌握其是否滿足當(dāng)前的交通通行要求，以便于及時(shí)采取養(yǎng)護(hù)修復(fù)措施，從而提高橋梁通行質(zhì)量。