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摘要：本文通过对桥梁进行静力荷载试验，实测量测荷载作用下控制截面的应力分布规律、变形情况，同时对桥梁进行动力荷载试验，分析桥梁结构的动力特性，判断桥梁的动力特性，为桥梁的安全使用提供依据。根据荷载试验的结果，对桥梁目前的承载能力状况进行评定。
关键字：桥梁检测；静载检测；动载检测；检测试验
Abstract: this article through to the bridge for the static load test, measurement of the load control section of the stress distribution law, deformation, and the bridge for dynamic loading test, analysis of the dynamic characteristics of bridge structure, judge the bridge's dynamic property, for the safety of the bridge use provides the basis. According to the results of the load test, to bridge the bearing capacity of the current status of evaluation.
Key word: bridge detection; The static load test; Dynamic load detection; test
中图分类号：U260.5+4文献标识码：A文章编号：
1、 工程概况
中山某桥，分上下行的两幅桥，两幅桥跨度组成相同，全长322m，共分为三联。第一联及第三联为带有交叉口的普通钢筋混凝土连续箱梁，其跨度组成均为20+3×22+20m，第二联是跨越105国道的预应力混凝土连续箱梁，其跨度为30+46+30m，兩端各有2m的牛腿。
2、 桥梁静载试验
在南北两幅桥梁没有明显的差别的情形下，根据该桥的结构特点，选择南幅桥梁进行荷载试验。其中试验桥跨为主桥南幅墩R4~ R6（如图1所示），共计两跨。为方便阐述，称墩R4~ R5为中跨，墩R5~ R6为边跨。根据该桥设计图纸，试验荷载等级按城-A级取用。为保证桥梁在试验期间的安全，本次静载试验采用逐级加载的方法。
图1该桥非预应力段试验截面示意图 （单位：m）
2.1测点布置
（1）应力（应变）测点布置。测试截面应力（应变）采用振弦式应变计进行测试。其中每个截面均布置7个测点，共计21个测点。
（2）挠度测点布置。挠度采用精密电子水准仪进行测量。挠度测点布置试验跨桥面两端支点顶部、四分点和跨中位置，本次试验共计13个测点。
2.2加载工况及加载效率
静力荷载试验的效率η的取值范围为：0.8＜η≤1.00。本次试验理论计算采用MidasCivil2006桥梁分析软件进行桥梁结构分析。根据理论模拟计算的结果，结合本桥受力特点，工况一采用试验跨桥面上布置5辆重车（其中4辆车每辆重约为380kN，1辆车重约为200kN）作为试验荷载，工况二采用试验跨桥面上布置4辆重车（其中3辆车每辆重约为380kN，1辆车重约为200kN）作为试验荷载，工况三采用试验跨桥面上布置6辆重车（每辆重约为380kN）。试验采用多级加载，一级卸载的方式。在试验荷载作用下，控制截面的理论控制弯矩值、试验荷载弯矩值及荷载试验效率系数见表1所示。
表1弯矩值和荷载效率
2.3试验实施方案
静载试验是整个桥梁试验的核心内容，本次试验流程如下：（1）试验跨预压：以一辆加载车缓慢来回两次驶过试验桥跨，然后退出。（2）仪器调试：试验仪器能否正常工作是试验成功的关键，因此在桥梁预压时对相关测试仪器进行了仔细的调试，保证了正式加载试验时仪器正常工作。（3）静载初读数：试验人员进行正式加载前的初读数。（4）加载：根据桥面上标出的的加载位置和顺序，指挥车辆停放。（5）加载后读数：加载后结构的变形和内力需要有一个稳定过程，试验时以控制点的应变值或挠度值稳定为准，保证读数波动值在测试仪器的精度范围以及在《试验方法》规定的范围以内，就认为结构已处于相对稳定状态，可以读数。（6）卸载读数：加载结束后，加载车退出，经过一个稳定过程后，记录各测点残余值。
3、 桥梁静载试验分析
由于理论的变位（或应变）一般按线性关系计算，如果测点实测弹性变位（或应变）与理论验算值成正比，其关系曲线接近于直线，说明结构处于良好的弹性工作状况。正常运营的桥梁应无残余挠度，突然出现残余挠度，说明该桥受到严重损伤或某处截面进入弹塑性。测点在控制荷载工况作用下的相对残余变形越小，说明结构越接近弹性工作状况，一般要求其值不大于20％。当相对残余变形大于20％时，应在评定时，酌情降低桥梁的承载能力。在试验荷载作用下，裂缝宽度及长度不应超过相关规范所规定的允许值。通过对实测校验系数、实测和理论值的关系曲线、残余变形、结构刚度和抗裂性等各项指标综合评定桥梁主体结构的承载能力。
3.1结构挠度结果分析
（1）各工况控制测点挠度的实测值及理论值见表2（其中实测值为修正墩台竖向变位后所得），工况1跨中控制测点挠度在各级荷载作用下的变化曲线如图1所示。
表2结构挠度分析表（向上为正，单位：mm）
图1 工况1跨中控制测点挠度在各级荷载作用下的变化曲线
试验桥跨挠度实测值小于理论值，桥跨整体受力性能良好。从试验结果表明，控制测点挠度随加载效率的变化而基本呈线性变化，卸载后残余变形较小，结构恢复变形能力较好。各挠度测点的校验系数小于1，且均在规定范围内，其刚度满足城-A级荷载等级的设计使用要求。
3.2结构应变结果分析
（1）各工况控制测点应变的实测值及理论值见表3。工况1跨中控制测点应变在各级荷载作用下的变化曲线如图2所示。
表3结构应变分析表（拉应变为正，单位：με）
图2工况1跨中控制测点应变在各级荷载作用下的变化曲线
由试验结果可知，试验桥跨控制截面应变基本随荷载等级的变化而呈线性变化，且残余变形较小，结构处于弹性工作状态。载作用下各梁底应变横向分布实测值与理论值趋势吻合，实测值小于理论值，桥跨横向整体受力性能力较好。各测点的应变校验系数小于1，且均在规定范围内，其强度满足城-A级荷载等级的设计使用要求。
3.3残余变形分析
试验荷载卸载后控制截面的残余变形见表4所示。从表4中可以看出，桥梁试验跨控制截面测点残余变形满足《试验方法》规定α1≤20％的要求，表明结构变形恢复能力较好。
表4卸载后控制截面残余变形
4、 桥梁动载试验
中山该桥非预应力段动载试验选择与静载试验相同。动载测点采941B型传感器，分别布设于试验桥跨防撞墙内侧桥面跨中及四分点位置，各动载测点布设如图3所示。
图3动载测点布置示意图（单位：m）
本桥梁采取的动载试验测试主要如下：
（1）脉动试验。在桥址附近无规则振源的情况下，通过高灵敏度动力测试系统测定桥址处风荷载、地脉动、水流等随机荷载激振而引起桥跨结构的微幅振动响应，测得结构的自振频率、振型和阻尼比等动力学特征。
（2）跳车试验。采用一台约20t载重汽车，将其后轮垫起于高15cm的三角形实木上，突然落下,冲击桥面产生振动激励，测试桥梁结构竖向振动频率及动态响应值。
（3）刹车试验。试验时，让一辆动载试验汽车以一定的速度匀速行驶至测试断面时实施紧急刹车，使其产生较大的制动力并对桥梁形成一定的冲击作用，测定跨中测点的动力反应情况。
（4）跑车试验。动载试验汽车以一定的车速匀速通过桥跨结构，由于在行驶过程中对桥面产生冲击作用，从而使桥梁结构产生振动。通过动力测试系统测定测试截面处的动挠度时间历程曲线，以测得在行车条件下的动力反应情况。
在试验跨跨中位置布设拾振器测得脉动响应数据，通过模态辨识软件及理论分析计算，得到中山某桥非预应力段主桥一阶面内竖向模态频率和阻尼比，结果见表5所示：
表5主桥面内一阶模态频率和阻尼比
根据三个测点所测数据，结合模态分析计算，得到该桥实测一阶振型如图4，由理论振型图5可知，实测一阶振型与理论一阶振型相符。
图4主桥一阶竖向实测振型
图5主桥一阶竖向理论振型
跳车试验中，试验跨中测点所测得的桥梁竖向振动加速度时程曲线。由跳车试验竖向振动加速度时程曲线图可以看出，跳车引起的最大竖向振幅峰值分别为0.101m/s2。
刹车试验采用一辆动载试验车辆以30m/h的速度沿桥中线行驶，在跨中急刹车，测得试验跨的时域信号。由刹车试验竖向振动加速度时程曲线图可以看出，刹车引起的最大竖向振幅峰值分别为0.045 m/s2。根据以上各种跑车速度下跨中测点竖向振动时程曲线，利用模态辨识软件分析计算可得出中山某桥非预应力段桥在各种跑车速度下的桥梁冲击系数（1+μ），如表6所示。
表6冲击系数（1+μ）测定值
5、 結语
从静载试验结果可见，桥跨实测挠度值及应变值基本随荷载等级的变化而呈线性变化，且残余变形较小，表明桥跨处于弹性工作状态，桥跨整体受力性能较好；试验桥跨的挠度及应变实测值小于理论值，其校验系数基本处于正常范围内。桥梁刚度及强度能满足城-A荷载等级的设计使用要求。从动载试验结果可知：中山某桥非预应力段试验桥跨实测基频大于理论计算值说明试验桥跨整体刚度较好；阻尼比相对较小说明试验桥跨无明显的结构损伤。综上所述，中山某桥非预应力段试验桥跨目前状况承载能力满足城-A荷载等级的设计使用要求。
参考文献：
[1] 赵金侠，谢建和．孔湾立交桥、东胡港桥静动荷载试验与评价[J]．国外建材科技，2008，16(10)：21～22.
[2] 律文田．静动荷载作用下铁路桥梁桩基的动力特性研究[J]．黑龙江科技信息，2012，(02)：501～503.
[3] 陈水生，钱济章．桥静动荷载试验研究[J]．公路交通科技，2009，(12)：67～69.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键字：桥梁检测；静载检测；动载检测；检测试验
Abstract: this article through to the bridge for the static load test, measurement of the load control section of the stress distribution law, deformation, and the bridge for dynamic loading test, analysis of the dynamic characteristics of bridge structure, judge the bridge's dynamic property, for the safety of the bridge use provides the basis. According to the results of the load test, to bridge the bearing capacity of the current status of evaluation.
Key word: bridge detection; The static load test; Dynamic load detection; test
中图分类号：U260.5+4文献标识码：A文章编号：
1、 工程概况
中山某桥，分上下行的两幅桥，两幅桥跨度组成相同，全长322m，共分为三联。第一联及第三联为带有交叉口的普通钢筋混凝土连续箱梁，其跨度组成均为20+3×22+20m，第二联是跨越105国道的预应力混凝土连续箱梁，其跨度为30+46+30m，兩端各有2m的牛腿。
2、 桥梁静载试验
在南北两幅桥梁没有明显的差别的情形下，根据该桥的结构特点，选择南幅桥梁进行荷载试验。其中试验桥跨为主桥南幅墩R4~ R6（如图1所示），共计两跨。为方便阐述，称墩R4~ R5为中跨，墩R5~ R6为边跨。根据该桥设计图纸，试验荷载等级按城-A级取用。为保证桥梁在试验期间的安全，本次静载试验采用逐级加载的方法。
图1该桥非预应力段试验截面示意图 （单位：m）
2.1测点布置
（1）应力（应变）测点布置。测试截面应力（应变）采用振弦式应变计进行测试。其中每个截面均布置7个测点，共计21个测点。
（2）挠度测点布置。挠度采用精密电子水准仪进行测量。挠度测点布置试验跨桥面两端支点顶部、四分点和跨中位置，本次试验共计13个测点。
2.2加载工况及加载效率
静力荷载试验的效率η的取值范围为：0.8＜η≤1.00。本次试验理论计算采用MidasCivil2006桥梁分析软件进行桥梁结构分析。根据理论模拟计算的结果，结合本桥受力特点，工况一采用试验跨桥面上布置5辆重车（其中4辆车每辆重约为380kN，1辆车重约为200kN）作为试验荷载，工况二采用试验跨桥面上布置4辆重车（其中3辆车每辆重约为380kN，1辆车重约为200kN）作为试验荷载，工况三采用试验跨桥面上布置6辆重车（每辆重约为380kN）。试验采用多级加载，一级卸载的方式。在试验荷载作用下，控制截面的理论控制弯矩值、试验荷载弯矩值及荷载试验效率系数见表1所示。
表1弯矩值和荷载效率
2.3试验实施方案
静载试验是整个桥梁试验的核心内容，本次试验流程如下：（1）试验跨预压：以一辆加载车缓慢来回两次驶过试验桥跨，然后退出。（2）仪器调试：试验仪器能否正常工作是试验成功的关键，因此在桥梁预压时对相关测试仪器进行了仔细的调试，保证了正式加载试验时仪器正常工作。（3）静载初读数：试验人员进行正式加载前的初读数。（4）加载：根据桥面上标出的的加载位置和顺序，指挥车辆停放。（5）加载后读数：加载后结构的变形和内力需要有一个稳定过程，试验时以控制点的应变值或挠度值稳定为准，保证读数波动值在测试仪器的精度范围以及在《试验方法》规定的范围以内，就认为结构已处于相对稳定状态，可以读数。（6）卸载读数：加载结束后，加载车退出，经过一个稳定过程后，记录各测点残余值。
3、 桥梁静载试验分析
由于理论的变位（或应变）一般按线性关系计算，如果测点实测弹性变位（或应变）与理论验算值成正比，其关系曲线接近于直线，说明结构处于良好的弹性工作状况。正常运营的桥梁应无残余挠度，突然出现残余挠度，说明该桥受到严重损伤或某处截面进入弹塑性。测点在控制荷载工况作用下的相对残余变形越小，说明结构越接近弹性工作状况，一般要求其值不大于20％。当相对残余变形大于20％时，应在评定时，酌情降低桥梁的承载能力。在试验荷载作用下，裂缝宽度及长度不应超过相关规范所规定的允许值。通过对实测校验系数、实测和理论值的关系曲线、残余变形、结构刚度和抗裂性等各项指标综合评定桥梁主体结构的承载能力。
3.1结构挠度结果分析
（1）各工况控制测点挠度的实测值及理论值见表2（其中实测值为修正墩台竖向变位后所得），工况1跨中控制测点挠度在各级荷载作用下的变化曲线如图1所示。
表2结构挠度分析表（向上为正，单位：mm）
图1 工况1跨中控制测点挠度在各级荷载作用下的变化曲线
试验桥跨挠度实测值小于理论值，桥跨整体受力性能良好。从试验结果表明，控制测点挠度随加载效率的变化而基本呈线性变化，卸载后残余变形较小，结构恢复变形能力较好。各挠度测点的校验系数小于1，且均在规定范围内，其刚度满足城-A级荷载等级的设计使用要求。
3.2结构应变结果分析
（1）各工况控制测点应变的实测值及理论值见表3。工况1跨中控制测点应变在各级荷载作用下的变化曲线如图2所示。
表3结构应变分析表（拉应变为正，单位：με）
图2工况1跨中控制测点应变在各级荷载作用下的变化曲线
由试验结果可知，试验桥跨控制截面应变基本随荷载等级的变化而呈线性变化，且残余变形较小，结构处于弹性工作状态。载作用下各梁底应变横向分布实测值与理论值趋势吻合，实测值小于理论值，桥跨横向整体受力性能力较好。各测点的应变校验系数小于1，且均在规定范围内，其强度满足城-A级荷载等级的设计使用要求。
3.3残余变形分析
试验荷载卸载后控制截面的残余变形见表4所示。从表4中可以看出，桥梁试验跨控制截面测点残余变形满足《试验方法》规定α1≤20％的要求，表明结构变形恢复能力较好。
表4卸载后控制截面残余变形
4、 桥梁动载试验
中山该桥非预应力段动载试验选择与静载试验相同。动载测点采941B型传感器，分别布设于试验桥跨防撞墙内侧桥面跨中及四分点位置，各动载测点布设如图3所示。
图3动载测点布置示意图（单位：m）
本桥梁采取的动载试验测试主要如下：
（1）脉动试验。在桥址附近无规则振源的情况下，通过高灵敏度动力测试系统测定桥址处风荷载、地脉动、水流等随机荷载激振而引起桥跨结构的微幅振动响应，测得结构的自振频率、振型和阻尼比等动力学特征。
（2）跳车试验。采用一台约20t载重汽车，将其后轮垫起于高15cm的三角形实木上，突然落下,冲击桥面产生振动激励，测试桥梁结构竖向振动频率及动态响应值。
（3）刹车试验。试验时，让一辆动载试验汽车以一定的速度匀速行驶至测试断面时实施紧急刹车，使其产生较大的制动力并对桥梁形成一定的冲击作用，测定跨中测点的动力反应情况。
（4）跑车试验。动载试验汽车以一定的车速匀速通过桥跨结构，由于在行驶过程中对桥面产生冲击作用，从而使桥梁结构产生振动。通过动力测试系统测定测试截面处的动挠度时间历程曲线，以测得在行车条件下的动力反应情况。
在试验跨跨中位置布设拾振器测得脉动响应数据，通过模态辨识软件及理论分析计算，得到中山某桥非预应力段主桥一阶面内竖向模态频率和阻尼比，结果见表5所示：
表5主桥面内一阶模态频率和阻尼比
根据三个测点所测数据，结合模态分析计算，得到该桥实测一阶振型如图4，由理论振型图5可知，实测一阶振型与理论一阶振型相符。
图4主桥一阶竖向实测振型
图5主桥一阶竖向理论振型
跳车试验中，试验跨中测点所测得的桥梁竖向振动加速度时程曲线。由跳车试验竖向振动加速度时程曲线图可以看出，跳车引起的最大竖向振幅峰值分别为0.101m/s2。
刹车试验采用一辆动载试验车辆以30m/h的速度沿桥中线行驶，在跨中急刹车，测得试验跨的时域信号。由刹车试验竖向振动加速度时程曲线图可以看出，刹车引起的最大竖向振幅峰值分别为0.045 m/s2。根据以上各种跑车速度下跨中测点竖向振动时程曲线，利用模态辨识软件分析计算可得出中山某桥非预应力段桥在各种跑车速度下的桥梁冲击系数（1+μ），如表6所示。
表6冲击系数（1+μ）测定值
5、 結语
从静载试验结果可见，桥跨实测挠度值及应变值基本随荷载等级的变化而呈线性变化，且残余变形较小，表明桥跨处于弹性工作状态，桥跨整体受力性能较好；试验桥跨的挠度及应变实测值小于理论值，其校验系数基本处于正常范围内。桥梁刚度及强度能满足城-A荷载等级的设计使用要求。从动载试验结果可知：中山某桥非预应力段试验桥跨实测基频大于理论计算值说明试验桥跨整体刚度较好；阻尼比相对较小说明试验桥跨无明显的结构损伤。综上所述，中山某桥非预应力段试验桥跨目前状况承载能力满足城-A荷载等级的设计使用要求。
参考文献：
[1] 赵金侠，谢建和．孔湾立交桥、东胡港桥静动荷载试验与评价[J]．国外建材科技，2008，16(10)：21～22.
[2] 律文田．静动荷载作用下铁路桥梁桩基的动力特性研究[J]．黑龙江科技信息，2012，(02)：501～503.
[3] 陈水生，钱济章．桥静动荷载试验研究[J]．公路交通科技，2009，(12)：67～69.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。