桥梁检测动静载实验分析

桥梁检测动静载实验分析

张志刚

山东瑞泰建设有限公司  山东滨州  256600

摘要：桥梁静载试验是在桥面处于静止状态时，通过施加静载荷来测试桥梁结构产生的应力水平和变形是否符合规范要求，获得试验过程中桥梁跨度结构的实际应力状态和工作状态，并检查结构的承载力是否符合相关设计要求和标准。桥梁动载荷试验的主要目的是验证桥梁跨度结构在动载荷作用下的工作性能。通过动载试验和实桥结构自振模态参数试验，计算了桥跨结构在动力因素影响下的自振特性，并检测了其在长期使用荷载下的动力性能。

关键词：桥梁检测；动静载实验；策略

1工程概况

以某城市立交桥为例，该桥设计车速为40km/h，道路标准采用城市主干路Ⅱ级以及相应标准。立交桥宽度为15.6m；引桥部分采用20m或25m的单跨简支现浇钢筋混凝土箱梁，主桥部分采用跨径为（30+50+30)m的现浇预应力混凝土连续箱梁。桥墩基础为钻孔灌注桩，桩基长度为18～20m，墩身为钢筋混凝土矩形柱墩。

因该立交桥的管理单位发生变更，服役年限较长且自上次检测至今已经运营了8年，因此应再次对该桥进行结构安全性检测和分析，通过与相应国家规范和资料进行对比分析，以确定该立交桥目前的工作状态和健康状况。

2桥梁静载试验

2.1测试方法与测点布置

在主梁控制段的应力应变试验中，在试验段上粘贴应变片，而控制截面在不同工况下所产生的应力与应变通过应变采集器进行采集并进行后续的数据转化与处理，最后得到结构在静力荷载作用下产生的应变情况。因为所用应变采集器通过电阻的变化来模拟应变，所以精准度高，结果转化较为快速，是在桥梁的静载试验中比较常用的方法。

在本次载荷试验中，应变片布置在试验段的相应位置，应变片通过连接线与静态应变采集系统连接，系统通过测试应变计电阻的变化将其转换为应变值。在挠度试验中，挠度测量点设置在每个空心板的底部，并使用千分表测量结构的垂直位移。同时，在加载过程中，采用混凝土裂缝缺陷综合测试仪器，配合试验人员的观察，记录承重构件的裂缝产生情况，并用仪器测量发展裂缝的宽度，而裂缝的长度、间距等直观数据可以采用卷尺等设备进行测量。

2.2试验过程

加载车辆为翻斗车，车载货物为砂土。共2辆试验车：1号试验车位置为右车道（南），前轴压重为7.34t、后轴压重为23.88t;2号试验车位置为左车道（北），前轴压重为7.34t、后轴压重为26.42t。

静载试验在主桥部分选取3个加载截面和2个测试截面（见图1），测试截面按照最不利受力原则选定。每个加载截面对应左、右车道设2个加载点，其中C截面部分加载方式见图5。每个测试截面布置3个挠度测点，其位置为对称的左、中、右布置（见图1）。此外，由于主桥跨中难以进行传感器的安装，因此在主桥的跨中两侧粘标尺后用经纬仪远距离读数（L、R测点）。

图1试验截面和测点位置图

2.3加载过程控制

在对桥跨结构施加最终的静力荷载之前，对桥跨的控制截面先进行预加载。预加载的载荷设置为两辆标准载重汽车，将其横向对称地布置在该上跨桥中跨。在预加载试验中，对于不同的加载位置，载荷的布置时间均设定为20分钟。通过预加载的试验过程，既可以保证桥跨结构在后续的正式加载试验中保持正常的使用和工作状态，避免较大误差的出现，同时也可以通过测试的结果来检验设备是否运行正常。

在预加载结束之后，需要保证结构不再承受预加荷载的作用，才能进行后续正式的桥梁静力荷载试验。在桥梁静力荷载试验正式开始之后，加载顺序应严格按照加载条件的序号进行试验。在上一个序号的加载试验完成之后，需要保持与预加载试验结束完成时的条件一致，即结构不再承受荷载的作用，在此基础上再进行下一步的加载。为了检验和确认结构是否完全恢复为零荷载的状态，在卸除加载后，结构在最后十分钟内的最大位移增量不得超过在加载开始之后十分钟内的最大位移增量的15%。

3桥梁动载试验

3.1振动特性试验

桥梁结构的自振特性参数是反映结构整体工作性能的综合性指标，是桥梁结构动力分析的基础，是评价桥梁动力性能的重要依据。在桥梁主体结构上布置相应加速度传感器，采用动态信号采集系统对桥梁结构在正常运行状态下的振动信息进行采集，利用随机子空间法（StochasticSubspaceIdentification）对采集的信号进行处理分析，同时可以准确识别出大型土木结构的低阶频率，从而计算得到桥梁结构的自振频率、阻尼比等动力特性参数。

在桥梁正常运行状态下，记录桥梁的实时振动曲线，分析桥梁的频率特性，考察桥梁的整体性变化。笔者对桥梁各跨的振动特性均进行了试验，试验结果表明：同跨度（20m）的东部桥梁基本振动频率为6.20～6.40Hz，西部桥梁基本振动频率为6.35～6.40Hz，东部桥梁与西部桥梁的基本振动频率接近，因此引梁整体动力性能稳定；桥梁5、6跨基本振动频率相对偏高，15、16跨基本振动频率相对偏低，对其进行复测和再次外观检测后，测试结果无明显变化，且未见梁体以及端头处有异常现象，因此推断其原因可能与施工、安装等因素有关，非桥梁长期使用所致，无关结构安全性问题。

3.2测试方法

针对该桥跨结构的自振特性，在选定的测点上安装多功能振动测试系统jm3872采集分析系统和笔记本电脑进行数据采集。选取该桥跨结构控制截面梁底动应变作为主要试验项目。本试验采用jm3848无线动态应变仪和笔记本电脑进行数据采集。

在自振特性的测试环节中，对于测试的信号有两方面的要求：一是信号的完整性要得到保证，同时要在把测试通道的动态范围纳入考虑因素的基础上，使得测试信号的长度满足要求。在进行测试的过程中，自振特性的信号是否满足上述要求，应该使用示波器来进行检测。

3.3跑车试验

跑车试验采用静载试验中的1号试验车，分别以20km/h和30km/h的速度单独在桥上行驶，包括1次刹车试验，测量得到桥梁主跨中点振动位移见图7。测定试验车限速通行状态下和刹车状态下的动力特性，包括主振频率和振型以及动力冲击系数。根据检测结果判定桥梁的动力特性变化，宏观分析桥梁是否存在较大的内在损伤。

3.4动力荷载试验结论

通过对桥跨结构的自振特性进行试验，可以得出该上跨桥梁控制截面的一阶竖向自振频率与计算的理论值之比为1.214，在此情况下，结构的整体刚度大于计算的理论刚度，满足规范的要求。实测阻尼比为2.299%，衰减较慢，属于小阻尼振动。

行车试验中，上跨桥梁第一跨I-I段梁底板下缘各测点在各种工况下测得的最大动应变在13.2405～16.3303之间，无障碍行车试验测得的冲击系数在0.06～0.21之间，测点冲击系数小于理论冲击系数0.303，满足设计及规范要求。

结论

桥梁动、静载试验可以检测桥梁的工作状态和使用性能，对其施工质量、设计质量和承载能力、结构刚度等都有一个系统性的评估，在此基础上可以在桥梁正式使用之后，对后续的管理和运营提供合理的建议和方案。在桥梁的快速发展中，在新的时代，桥梁的检测技术也要与时俱进，桥梁的动、静载试验也有其改进之处，希望在后续研究中继续探索并取得进展。

参考文献：

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