摘要：伴随着我国公路桥梁建设规模的扩大以及工程技术的进步，公路桥梁的建设已经走出国门，这证明了我国工程建造技术的领先优势以及工程质量的可靠性。在公路桥梁的质量检测试验中，动载试验是其中的关键环节，能够为工程投入使用后的车辆通行安全提供保障。本文就以动载试验为主要对象，分析其在公路桥梁建设中的具体应用。
关键词：公路桥梁；动载试验；分析
桥梁是承受动荷载的结构物，针对日常运营过程中存在的各种各样的桥梁动态问题，是否存在安全隐患并影响结构安全，我们有必要研究清楚在动荷载作用下桥梁结构的实际工作状态。由此，桥梁动载试验就应运而生，其主要研究桥梁结构本身的动力特性和动荷载作用下的动力响应，弥补一些理论计算上的不足，并有助于发现隐蔽病害。能够检验桥梁结构的设计与施工质量，确定桥梁结构的实际承载能力，为发展桥梁设计理论和提高施工工艺水平，积累技术数据提供科学依据，为制定桥梁加固或改建技术方案提供可靠保障。
1.动载试验概述
在进行高速公路桥梁的承载能力评定过程中，荷载试验是最为普遍的检测评定方法，它对于桥梁的整体受力性能和公路桥梁的运营承载力能准确客观的反映。如果对于桥梁的承载能力运营情况不明确，一般需进行荷载试验。在进行实际检测数据时与高速公路桥梁的理论的数据进行比较，校验的应力校验系数和挠度校验系数作为可参考与衡量的数据与标准，从而对高速公路桥梁的实际运行能力和承载能力进行准确的评估。在进行高速公里桥梁承载力进行评定过程中，必须要选取科学的理论与准确的方法进行计算。对于公路桥梁结构较复杂的现象，进行试验的技术人员就有必要建立有限元模型。有限元模型主要是依据公路桥梁施工设计图纸和实际的测量数据进行及时准确的修改，使复杂的桥梁结构数据得以准确清晰的体现。在进行修改过程中，可以运用动载试验检测结果对有限元模型进行修改，其中修改的内容主要是有限元模型的几何参数以及物理学参数，以保证荷载试验结果与有限元模型在数据及结果上保持动力特性相一致。
2.工程概况
本文选取的试验桥梁为某高速公路主线上跨桥，试验段为该桥第二联，其上部结构为52.995m+52.995m，采用连续钢箱梁结构，下部采用柱式桥墩接承台桩基础。桥面布置为：0.5m（护栏）+9.5m（行车道）+0.5m（护栏），全宽10.5m。该桥钢箱梁于2017年5月份检测发现内部出现大量焊缝开裂，并于2017年6月进行了焊缝补焊修复，本次动载试验对修复后的钢箱梁进行检测。
3.动载试验方法
3.1动力特性试验方法
桥梁动力特性试验的方法主要有自由振动衰减法、强迫振动法和环境随机振动法等。
3.1.1自由振动衰减法
因桥梁结构的动力特性仅与其自身的刚度、质量和材料等固有形式有关，所以不管施加哪种方式的力、初速度或初位移大小，只要求能够激发结构的振动而且能测到结构的自由振动曲线，就可以通过对该曲线的分析处理得到一些动力特性参数。所以，只需给结构一个初位移或初速度能使结构产生振动即可。实际上，能让桥梁结构产生振动的方法还是挺多的，比如跳车、撞击、突然释放等，很多方法比较灵活，可以根据不同需求因地制宜的选择。若想要测试竖向振动可采用撞击、跳车等方法；若想要测试横向或扭转振动则可采用突然释放、撞击等方法。
3.1.2强迫振动法
桥梁结构的强迫振动法通常是利用激振器械、机械对结构进行连续正弦扫描，根据共振原理，当扫描频率与桥梁结构的某一自阵频率吻合时，结构振幅会明显增大，用检测仪器记录这一过程，绘出频率-幅值曲线，即共振曲线，通过该曲线得到结构的自振特性参数。把激振器按试验方案安放在桥上，采用事先理论计算得出的理论值对桥梁结构进行扫描激振，并采集下该过程中的幅值输出，把它与相应的频率分别作为横、纵坐标。
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3.1.3环境随机振动法
环境随机振动法也称脉动法，可用来识别桥梁结构的动力特性。以前技术工作者认识到对桥梁等大型构造物进行"激励"的难度是相当大的，所以试图通过测量结构响应的时域信号来识别动力特性参数。在桥面无交通流量且附近无振动的情况下，通过测定桥梁结构由风荷载、大地脉动、水流等随机激励所引起的微幅振动来识别结构自振特性参数，这就是脉动法，该方法采集时间较长，需采集较长样本进行能量平均，消除干扰信号。但该方法试验条件较简单、易施行，所以运用较广泛。
3.2动力响应试验方法
动力响应试验主要分为三个工况，即：无障碍行车（跑车）试验、有障碍行车（跳车）试验和制动（刹车）试验。无障碍行车时加载车辆应与静载试验的加载车辆相同，避免轴重产生的局部效应超过车辆荷载效应，而对横系梁、桥面板等构件造成损坏。若一辆车的动载试验响应偏低，则应每个车道布置一辆车横向并列同步行驶。有障碍行车试验和制动试验也可采用与无障碍行车试验相同的载重车。
3.2.1无障碍行车（跑车）试验
在车速5km/h~80km/h范围内，运用多个相对均匀的车速进行跑车试验，车速在桥跨（联）上保持匀速，每个车速工况应进行2次以上重复试验。
3.2.2有障碍行车（跳车）试验
设置弓形障碍物或其他适宜障碍物模拟桥面坑洼进行跳车试验，车速一般为5km/h~20km/h，障碍物布置在结构冲击效应明显部位。
3.2.3制动（刹车）试验
车速一般取30km/h~50km/h，制动部位应为动态效应较大的特征截面。一般情况下首先选择无障碍跑车试验，若因其他限制条件或桥梁类型因素等，也可选用有障碍跑车和制动试验。
4.动载试验结果分析
根据测试的截面以及布置，进行了车辆通行中各种车辆以及多种制动情况的试验，从中得出开展此次动载试验的相关结论。一般认为自振频率的实测值大于理论值，则说明桥梁结构的实际刚度大，桥梁工作状况好，反之说明桥梁结构的实际刚度小，桥梁工作状况差。通过车辆对桥梁施加并激发其振动力，根据测得的振动和脉冲信号，得出相应的公路桥梁工程的结构频率中较为合理的设计规划，以此作为真实的施工程序的标准。桥梁结构阻尼比现阶段只能依赖试验得出，对于总体技术状况较好及以上的中小跨径桥梁，其实测阻尼比一般在3.0%~6.0%范围内，过大的阻尼比可以判断其有较严重病害。通过实测值与理论值的比较，可得出结论。若实测冲击系数小，说明桥梁结构的行车性能好，桥面的平整程度好，反之亦然。脉冲信号的分析试验中得到的一阶与二阶的振动频率超过理论设计的数值，表示被检测工程结构的强度、刚度是符合工程使用要求的，而且根据一阶与二阶的阻尼比数值超过了设计要求的基本底线，就表示公路桥梁工程的结构能够很好的缓冲和消化由于车辆制动带来的压力，又很强的适应能力和承载能力。
结论
根据动载试验的多种检测内容，可以明确其试验过程比较复杂，需要专业的检测技术才能科学、公正、准确的完成相关的试验检测程序，以此为公路桥梁工程的施工和设计等重要环节提供高质量的试验检测作为依据，希望从业者能够全面熟练的掌握动载试验的一系列检测程序和重要内容，在工作中认真负责，不怕繁琐和艰辛，积极探索动载试验方法的改进和优化，注重实践和创新，全力保障公路桥梁工程的高质量与其安全性。
参考文献
[1]冯伟．荷载试验在桥梁结构评定中的应用［J］．中国水运，2010（5）．
[2]徐俊辉．荷载试验在公路桥梁检测中的应用［J］．江西建材，2014（7）．
[3]章关永，胡大琳，桥梁结构试验[M].北京：人民交通出版社，2002.
[4]胡钊芳，堪润水，公路桥梁荷载试验[M].北京：人民交通出版社，2003.
论文作者:杨志
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第31期
论文发表时间:2019/1/9
标签：桥梁论文; 结构论文; 荷载论文; 公路论文; 动力论文; 特性论文; 桥面论文; 《建筑学研究前沿》2018年第31期论文;