桥梁现场荷载试验检测技术

张国明

（中交路桥建设有限公司）

1 工程概况

道安高速第16 合同段由中交路桥南方工程有限公司承建，全部位于湄潭县境内，起于洗马乡的蒋岩坪山头，在流河渡到达本合同段终点，在K158+303.653 处上跨思遵高速，设流河渡枢纽互通一座。起讫桩号为：K151+200～K159+088.046，路线长度7.89km。采取双向四车道设计形式。包含左右两幅桥梁，桥长880m，采用40m 预制T 梁。

2 静载试验的步骤

2.1 静载试验的内容

基于荷载试验的方式，可充分反映桥梁在设计与施工方面的质量情况[1]，静载试验包括检验内部结构承载能力以及运营阶段的结构自振特性等。

2.2 前期准备

⑴收集资料。充分的前期准备工作可以为正式荷载试验提供良好条件，要将设计与施工资料作为重要参考，以便给加载方案的编制工作提供帮助，保证方案可行、测点布设合理。收集的资料覆盖面广、类型丰富，如设计与施工阶段的资料、结构尺寸资料、沉降观测资料等多个方面。

⑵实桥调查。通过现场勘察的方式可更为全面的掌握实际情况，例如：桥梁的施工情况、养护阶段所存在的问题、现阶段的桥梁使用状况、周边环境的影响以及是否具备荷载试验的条件等。为增强实桥调查的针对性，需要根据桥型实际情况确定相应的调查要点，包含跨中裂缝及挠度、主梁连接状况、各结构的外观质量等方面。对于拱桥，则要充分考虑到拱脚上缘裂缝、墩偏位等情况。

⑶拟定加载方案。①确定具体的加载孔（墩），此项工作是正式开展荷载试验的基础，合适的选择方式能够更为有效的反映结构乃至全桥状况。②确定荷载试验的目标，为实际操作引导方向，如新建桥梁的竣工验收、基于既有桥梁的改造质量检验等。③组织实桥静力荷载试验，此项工作包含的细分内容较为丰富：结构断面的挠度分布情况；结构控制截面所形成的最大应变以及各个细分构件的应变状况；墩台的位移情况；钢筋混凝土是否存在裂缝以及具体的裂缝状况，如宽度、长度、形状等。

⑷试验流程。荷载试验的各项工作要按照特定的流程有序推进，包含测点布设、设备选择、检测与记录等，期间要生成试验工况表，用于记录数据。荷载试验通常选择的是重载车辆，要充分考虑车辆型号、盾尾、载重等信息[2]。对于测点的布设，则要按照试验目标于指定的位置合理布设，要结合桥梁受力状况，全面确保测试技术可以落实到位。

图1 为静载试验施工现场示意图。

图1 静载试验

2.3 加载试验

实桥荷载试验的各环节中，加载试验占据了较大比重，是极为关键的环节[3]。静载试验过程中的干扰因素主要源自于温度等自然层面，因此宜在夜间组织静载试验。若外界干扰因素较小，此时可优先选择在日间完成。按照特定的流程做好静载试验工作，要明确静载的初始读数，对于新建桥梁工程，还需经过预压处理。加载遵循的是分级原则，其优势在于可保证桥梁结构的安全。经过加载后，变形与内力将发生变化，且要经过某个特定的阶段后才可恢复至稳定状态，而桥型、结构的差异化将导致所需的稳定过程时长各不相同，通常考虑的是应变值和挠度值，若两项指标仅存在微量波动（控制在仪器的精度范围内），则有理由说明结构趋于稳定，可认为达到了相对稳定状态。再进入卸载环节，随后检测各点的回零值。

3 试验对象和内容

3.1 静载试验

在某荷载条件下，通过静载试验的方式剖析截面应力分布特点、变形和裂缝的出现及发展情况等方面的内容，帮助工程人员掌握桥梁施工情况。

3.2 动载试验

动载试验建立在动力特征的基础上，以桥梁的脉动试验最为基础，同时也考虑到有无障碍行车试验。

4 静载试验

4.1 初始状况调查

全面检查桥梁情况，明确是否存在漏筋或是结构受损现象，综合评价全桥状况，分析是否与设计要求相符。

4.2 成桥线形的测量

通过测量桥面线形的方式能够掌握桥面结构数据，以便给后期养护提供依据，但要注重对测量时间的选择，要求测量期间温度维持相对稳定的状态。

4.3 静载试验内容及方法

⑴控制截面布置。重点考虑的是主梁结构的正弯矩和负弯矩控制截面，视实际情况合理选择布设方法，其中正弯矩为主梁C-C 截面（边跨8#墩中心线76.5m 处的主梁）和主梁A-A 截面（跨中主梁处）；负弯矩为主梁B-B 截面（中跨8#墩中心线8.25m 处的主梁）。加强对各控制截面的观测，及时展开测量以便掌握主梁的实际变形情况。确定试验工况，将其作为试验工作的基本指导，具体内容见表1。

⑵扰度测点布置。总量为34 点，均匀设在防撞护栏上。

表1 试验工况

⑶应变点布置。包含三种类型，A 截面20 个，B 截面23 个，C 截面20 个。

⑷裂缝观测。做好准备工作，经过调查掌握裂缝的实际情况（分布位置），从桥梁结构特点来看，合拢段顶板处是重点观测对象，要考虑该处的纵向裂缝情况。

⑸试验荷载。遵循的是弯矩等效原则，合理控制荷载以确保各截面内力的合理性。

对于工况1，选择的是吨位为30t 的双后轴重车，共计20 台；工况2 所用设备与之一致，数量为16 台。设备布设区域为A-A、C-C 截面两侧，分四级有序完成加载作业，随加载量的增加，若满足要求则一次性卸载。

4.4 工况1 的试验结果

⑴满载时的主梁变形挠度。通过与理论挠度的分析得知，实测结果比其略小，且在荷载持续增加的条件下，两者变化规律具有协同性。

⑵各级荷载的应变实测值。具体内容见表2，从所给内容来看，应变的变化特征为沿梁高呈线性变化。通过对应变曲线变化的分析得知，其与理论曲线相同。

表2 工况1A-A 截面各级荷载的应变实测结果

⑶分析裂缝的综合状况，得知其在长度和宽度两方面并未呈现出明显的变化，且试验期间未形成新裂缝。

4.5 工况2 的试验结果

⑴根据表3 内容，通过与理论挠度的对比得知，在满载条件下，实测的挠度值相对偏小，而在荷载持续增加的条件下，两者的变化规律具有协同性。

表3 工况2 各测点在各级荷载时的扰度实测结果

⑵截面C-C 的应变情况。通过对各级荷载条件的分析得知，应变沿梁高方向表现出较为显著的线性变化特点，与理论的截面梁顶和梁高值对比分析，可以发现两项指标的实测值都偏小。

5 动载试验

5.1 脉动试验

在自然条件下，由于存在不同程度的大地脉动以及外界因素干扰，产生振动信号后进一步由速度传感器检测，获取实测结果并展开分析，提取动力特征参数。从脉动试验结果来看，不同于理论模态频率的是，实测结果普遍更高，表明全桥刚度表现较为良好。此外，所有实测阻尼比都控制在2.178 内，可反映出结构阻尼比较低的事实。

5.2 行车试验

⑴无阻碍条件下。选择40t 载重汽车共2 台，分别维持10～50km/h 的行驶速度，期间检测结构的动力响应情况。选择中跨A-A 截面，于该处布设适量测点，并配备桥梁扰度仪，利用该装置检测扰动，基于所得结果确定冲击系数。根据试验结果得知，相比于规定的冲击系数而言，所得到的实测值相对较小，主要集中在1.015～1.028。

⑵有阻碍条件下。选择的是高为7cm 的弓形模板，将其作为本次试验的障碍条件，将其设在中跨A-A 桥面截面上。选择的是40t 的载重汽车，共计2 台，全程的行驶速度稳定在10～30km/h，且车辆采取并排行驶的方式，期间做好测量工作。整理实测的动力系数，得知该值的取值范围为1.06～1.153。

对比分析得知，在速度保持一致的前提下，就实测冲击系数值而言两项试验的结果存在差异，有障碍行车试验的实测值相对更大，表明若桥面表现出不平整的状态，则会形成更明显的冲击作用。整理并分析上述所提的试验结果，可以发现各项力学指标都得到有效的控制，均满足要求；且试验阶段并未出现任何程度的受力裂缝，已经形成的裂缝也未发生变化，说明桥梁结构状态良好，满足设计要求。

5.3 跳车试验

取0.15m 厚的垫木，将其平稳放置在主桥跨中处，配置30t 试验车，其在通行过程中将经过垫木处，后轮将于该处落下，车辆的作用形式在瞬间发生改变，桥梁将承受明显的冲击作用，可见上下振动现象。试验期间选用动力测试系统，以便检测1/2 截面的动挠度，在获取采集到的数据后对其加以分析。为保证所得结果的准确性，应从中剔除最大值，计算后确定合适的激振频率。

5.4 刹车试验

30t 的车辆全程匀速行驶（20km/h），到达1/2 截面后急刹车，桥梁承受较强的冲击力，通过配套的动力测试系统加以检测，以便掌握动挠度的最大值。以现场情况为准合理选择设备，具体为DH5922 型测试系统，使其连接动态传感器，通过对所得数据的整理后，创建振动时程曲线，再根据此结果进一步分析，提取结构动力特征参数。

6 桥梁动载试验结果分析

6.1 基频

根据检测结果可知，桥梁基频为2.9297Hz，通过与理论值2.4912Hz 对比分析可知其相对较大，意味着结构振动频率存在一定幅度的提升，同时在刚度方面的表现也较为良好。关于具体结果，如表4 所示。

表4 结构基频理论计算值与试验测试值的对比

6.2 阻尼比

根据检测结果可知，阻尼比为0.0813，相较于经验值而言更大，可以说明桥梁的抗震性能良好，加固效果符合预期要求。

6.3 冲击系数

根据检测结果得知，冲击系数实测值为1.0289，相较于理论值1.1742 而言更小，由此表明桥梁动力性能表现良好，具体内容如表5 所示。

表5 桥梁结构冲击系数试验结果及与理论值的对比

7 结束语

桥梁荷载试验检测有助于工程技术人员掌握桥梁设计与施工情况，是评价全桥品质的重要手段。本文结合桥梁工程实例，根据实际情况开展了静动载试验，结果表明桥梁的各项力学指标表现良好，可满足要求。而基于本文对荷载试验的探讨，也希望给类似桥梁工程提供参考，从而推动桥梁建设事业的发展。