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【摘 要】 本人针对公路桥梁荷载试验做了一些理论和实践的探讨，主要包括公路桥梁荷载试验的作用及其相关分类，并且对荷载试验的试验方法作了详细的介绍。
【关键词】 公路桥梁；检测；荷载试验
一、需要进行荷载试验的桥梁
1.新建的大跨度桥梁，尤其当采用了新结构、新材料和新工艺的桥跨结构更需进行荷载试验。
2.需通行特种车辆的新旧桥梁，为保证该桥使用安全，按实际轮位和轴重进行模拟荷载试验或等效荷载试验。
3.修复的、改建的或加固的旧桥，为验证工程效果，需进行验收或鉴定性荷载试验。
4.年久失修，且缺乏设计和施工技术数据的旧桥，为判断是否能承受预计的荷载，也需进行荷载试验。
二、静载试验
1.选定静载试验中内力或者是位移的控制。一般情况下荷载试验孔为外观检测中施工质量较差、存在较多缺陷或者是出现较为严重病害并且其计算受力极为不利的孔以及墩等等。不同类型的桥型需实施不同的加载实验，如，对于简支梁的桥梁结构，其主要控制截面及内容为主梁跨中截面正弯矩及挠度或者是梁端斜截面剪力；对于连续梁的梁桥结构，其要控制截面及内容为支点负弯矩、边跨梁端剪力、边跨1/4L正弯矩以及挠度、中跨跨中正弯矩及挠度；对于悬臂梁的桥梁结构，其主要控制截面及内容为支点负弯矩、梁端剪力、锚固跨最大正弯矩以及挠度、挂孔主梁跨中弯矩以及挠度、悬臂端挠度；对于拱桥的桥梁结构，其主要控制截面及内容为拱脚弯矩、1/4L（3/8L）弯矩以及挠度、拱顶弯矩以及挠度；对于钢架桥的桥梁结构，其主要控制截面及内容为墩底弯矩、墩顶水平位移、边跨1/4L正弯矩及挠度、中跨跨中正弯矩及挠度；对于悬索桥的桥梁结构，其主要控制截面及内容为塔脚截面内力以及主缆内力；对于斜拉桥的桥梁结构，其主要控制截面及内容为索力、塔脚内力、塔顶水平位移、支点沉降、中跨跨中弯矩以及挠度等等。
2.确定试验荷载。在对试验荷载进行确定之前，首先应将公路桥梁结构中设计或者是期望荷载中控制截面产生的最不利的值进行计算，将其合值当做截面控制荷载，同时将其荷载内力影响线进行计算；之后，在允许的实验条件中选用同控制荷载相似的荷载，通过对其内力影响线中最为不利的荷载进行计算，确定荷载试验。为了可以让试验效果中试验荷载结构主要控制截面效应同设计荷载效应想接近，可通过试验荷载效率系数对其进行表示，其系数控制在0.80—1.05之间。
3.分析评价静载试验结果。公路桥梁结构中主要评价指标为校验系数η。一般情况下，校验系数η指在某一点，静载试验值同理论计算值之间的比值。当η为1时，证明静载试验值同理论计算值全部相符合；当η小于1时，证明该公路桥梁结构工作性能较为良好，且其具有安全储备；当η大于1时，证明该公路桥梁结构工作性能较差，其没有足够的安全储备。通常情况下，公路桥梁结构不同，其校验系数也不进相同。如，钢筋混凝土板桥其应变校验系数为0.20—0.40，挠度校验系数为0.20—0.50；钢筋混凝土梁桥其应变校验系数为0.40—0.80，挠度校验系数为0.50—0.90；预应力混凝土桥其应变校验系数为0.60—0.90，挠度校验系数为0.70—1.00；圬工拱桥其应变校验系数为0.70—1.00，挠度校验系数为0.80—1.00。
三、动载试验
桥梁结构的动力特性（频率、振型和阻尼比）是评估桥梁结构工作性能和进行桥梁动力分析的重要参数。桥梁在生命周期内将不可避免地承受交通荷载、风等动力作用而产生振动。动载试验较静载试验更接近于桥梁的实际使用状态，可更有效地把握桥梁的实际运营性能。动载试验属于模态测试问题，一些研究人员希望通过对桥梁动态特性如频率、振型的分析而识别出结构的损伤情况。但就目前的技术水平而言，可以比较精确地测量并识别桥梁整体结构的低阶振动频率，对于振型则相对难以准确测量；而直接利用测得的整体桥梁结构动力特性来识别桥梁的局部损伤属于力学中的反问题，对于复杂且高冗余度的大跨桥梁结构，在技术上难度很大。需要指出的是，桥梁管理人员更迫切希望知道的是桥梁损伤后的承载能力和可靠度水平以及是否需要采取维护措施，且很多损伤状况可通过目测即可确定。因此，对于桥梁损伤的识别问题可能并非如此必要與迫切。桥梁的动载试验按桥梁受激励方式的不同可分为以下三类：环境脉动激励试验、车辆冲击试验、激振器强迫振动试验。
1.环境脉动激励试验。环境脉动激励输入与附近激励源类别和特性相关。不同的激励源，由于产生机理不同，其频带范围和幅值大小往往也不同。如车辆交通引起的地脉动，其幅值大小一般不超过0.2m/s2，频带范围在0～80Hz；而风荷载的频带范围则在0～10Hz。实际输入到桥梁结构的激励幅值大小和频带范围则与结构物自身及场址环境等诸多因素相关；很多桥梁场址处的环境激励源往往难于确定，且很可能会同时存在多个激励源的影响。因此，在理论分析中往往将环境脉动激励输入近似简化为随机白噪声。将结构在环境随机脉动激励下的振动信号进行分析，即可得到结构的频率、振型和阻尼。环境脉动激励试验方法不需要使用笨重的激振设备，因此，该方法对于难于进行普通加载试验的超大跨桥梁结构具有独特的优势。需注意的是，利用脉动激励测量得到的桥梁阻尼值为结构在小幅振动时的阻尼值，与结构在大振幅时的阻尼值可能会有所不同。
2.车辆冲击试验。车辆冲击试验可按车辆激励方式的不同分为跑车试验、制动试验和跳车试验。由于车辆荷载是桥梁所承受的主要设计荷载之一，通过在试验中模拟车辆的实际作用如跑车、制动和跳车等行为，可更有效地把握桥梁的实际承载能力与工作特性。车辆和桥梁的作用问题实质上是车辆-路面-桥梁的相互耦合作用问题，其机理十分复杂。由车辆冲击试验可以得到桥梁的冲击系数，为桥梁设计所需的重要参数之一。瑞士EMPA试验室曾进行了大量中小跨径公路桥梁的跑车试验，由试验数据分析回归得到了梁桥基频的经验计算公式，同时也得到了桥梁的模态阻尼比和冲击系数的分布情况。试验数据统计分析结果表明，桥梁的基频实测值与理论预测值吻合良好。模态阻尼比值则相当离散，所测211座桥梁的最大模态阻尼比值是最小模态阻尼比值的25倍。结构的损伤破坏将在一定程度上增大其阻尼值，但对于桥梁阻尼与结构状态的明确对应关系仍需进一步深入研究。制动试验是用试验车辆以稳定时速驶过桥梁，在桥梁上紧急制动，测量桥梁各特征部位的响应。制动试验主要测定桥梁承受活载水平力的性能。跳车试验在预设位置设置直角三角木，由重车以不同速度从三角木上自由落体激振桥梁。跳车试验测定桥梁承受车辆活载竖向冲击力的性能。需注意以上跑车试验、制动试验和跳车试验所得到的冲击系数往往具有较大的区别，其所代表的含义也有所不同。实测冲击系数值与车速、桥型、路面情况等均有关联，研究人员在对车辆进行跑车试验时，往往要进行多次以减小随机误差，并针对不同试验工况，进行理论分析以有效理解和把握试验现象。
3.激振器强迫振动试验。桥梁强迫振动试验所需激振仪器多，试验时需专门中断交通，且周期较长，因此强迫振动试验较少在实际桥梁荷载试验中采用。但激振器强迫振动试验可控制激励输入且该激励大小可知；可激起桥梁的大幅振动；其测试的参数往往比较全面且精度较高，可更全面地把握桥梁的动力特性。因此，桥梁的强迫振动试验对于新型桥梁结构仍具有其特定的意义。
四、总结
桥梁检测是一项艰苦而繁琐的工作，不仅需要工作人员具有扎实的理论基础和丰富的实际现场经验，同时需要工作人员不断的提高自身的服务意识和学习素质。本文通过对桥梁检测静动试验的简单介绍，得出了在桥梁检测中各个项目所需要达到的目标和荷载试验所需要注意的相关事项，为荷载试验的准备和实施工作提供了科学的参考依据，为桥梁的检测提供了的有效的方法和论证。
参考文献：
[1]张俊平，主编，姚玲森主审.桥梁检测[M].北京：人民交通出版社，2002.
[2]宋一凡，编著.公路桥梁荷载试验与结构评定[M].北京：人民交通出版社，2002.
[3]谌润水，胡钊芳.公路桥梁荷载试验[M].北京：人民交通出版社，2003.
【关键词】 公路桥梁；检测；荷载试验
一、需要进行荷载试验的桥梁
1.新建的大跨度桥梁，尤其当采用了新结构、新材料和新工艺的桥跨结构更需进行荷载试验。
2.需通行特种车辆的新旧桥梁，为保证该桥使用安全，按实际轮位和轴重进行模拟荷载试验或等效荷载试验。
3.修复的、改建的或加固的旧桥，为验证工程效果，需进行验收或鉴定性荷载试验。
4.年久失修，且缺乏设计和施工技术数据的旧桥，为判断是否能承受预计的荷载，也需进行荷载试验。
二、静载试验
1.选定静载试验中内力或者是位移的控制。一般情况下荷载试验孔为外观检测中施工质量较差、存在较多缺陷或者是出现较为严重病害并且其计算受力极为不利的孔以及墩等等。不同类型的桥型需实施不同的加载实验，如，对于简支梁的桥梁结构，其主要控制截面及内容为主梁跨中截面正弯矩及挠度或者是梁端斜截面剪力；对于连续梁的梁桥结构，其要控制截面及内容为支点负弯矩、边跨梁端剪力、边跨1/4L正弯矩以及挠度、中跨跨中正弯矩及挠度；对于悬臂梁的桥梁结构，其主要控制截面及内容为支点负弯矩、梁端剪力、锚固跨最大正弯矩以及挠度、挂孔主梁跨中弯矩以及挠度、悬臂端挠度；对于拱桥的桥梁结构，其主要控制截面及内容为拱脚弯矩、1/4L（3/8L）弯矩以及挠度、拱顶弯矩以及挠度；对于钢架桥的桥梁结构，其主要控制截面及内容为墩底弯矩、墩顶水平位移、边跨1/4L正弯矩及挠度、中跨跨中正弯矩及挠度；对于悬索桥的桥梁结构，其主要控制截面及内容为塔脚截面内力以及主缆内力；对于斜拉桥的桥梁结构，其主要控制截面及内容为索力、塔脚内力、塔顶水平位移、支点沉降、中跨跨中弯矩以及挠度等等。
2.确定试验荷载。在对试验荷载进行确定之前，首先应将公路桥梁结构中设计或者是期望荷载中控制截面产生的最不利的值进行计算，将其合值当做截面控制荷载，同时将其荷载内力影响线进行计算；之后，在允许的实验条件中选用同控制荷载相似的荷载，通过对其内力影响线中最为不利的荷载进行计算，确定荷载试验。为了可以让试验效果中试验荷载结构主要控制截面效应同设计荷载效应想接近，可通过试验荷载效率系数对其进行表示，其系数控制在0.80—1.05之间。
3.分析评价静载试验结果。公路桥梁结构中主要评价指标为校验系数η。一般情况下，校验系数η指在某一点，静载试验值同理论计算值之间的比值。当η为1时，证明静载试验值同理论计算值全部相符合；当η小于1时，证明该公路桥梁结构工作性能较为良好，且其具有安全储备；当η大于1时，证明该公路桥梁结构工作性能较差，其没有足够的安全储备。通常情况下，公路桥梁结构不同，其校验系数也不进相同。如，钢筋混凝土板桥其应变校验系数为0.20—0.40，挠度校验系数为0.20—0.50；钢筋混凝土梁桥其应变校验系数为0.40—0.80，挠度校验系数为0.50—0.90；预应力混凝土桥其应变校验系数为0.60—0.90，挠度校验系数为0.70—1.00；圬工拱桥其应变校验系数为0.70—1.00，挠度校验系数为0.80—1.00。
三、动载试验
桥梁结构的动力特性（频率、振型和阻尼比）是评估桥梁结构工作性能和进行桥梁动力分析的重要参数。桥梁在生命周期内将不可避免地承受交通荷载、风等动力作用而产生振动。动载试验较静载试验更接近于桥梁的实际使用状态，可更有效地把握桥梁的实际运营性能。动载试验属于模态测试问题，一些研究人员希望通过对桥梁动态特性如频率、振型的分析而识别出结构的损伤情况。但就目前的技术水平而言，可以比较精确地测量并识别桥梁整体结构的低阶振动频率，对于振型则相对难以准确测量；而直接利用测得的整体桥梁结构动力特性来识别桥梁的局部损伤属于力学中的反问题，对于复杂且高冗余度的大跨桥梁结构，在技术上难度很大。需要指出的是，桥梁管理人员更迫切希望知道的是桥梁损伤后的承载能力和可靠度水平以及是否需要采取维护措施，且很多损伤状况可通过目测即可确定。因此，对于桥梁损伤的识别问题可能并非如此必要與迫切。桥梁的动载试验按桥梁受激励方式的不同可分为以下三类：环境脉动激励试验、车辆冲击试验、激振器强迫振动试验。
1.环境脉动激励试验。环境脉动激励输入与附近激励源类别和特性相关。不同的激励源，由于产生机理不同，其频带范围和幅值大小往往也不同。如车辆交通引起的地脉动，其幅值大小一般不超过0.2m/s2，频带范围在0～80Hz；而风荷载的频带范围则在0～10Hz。实际输入到桥梁结构的激励幅值大小和频带范围则与结构物自身及场址环境等诸多因素相关；很多桥梁场址处的环境激励源往往难于确定，且很可能会同时存在多个激励源的影响。因此，在理论分析中往往将环境脉动激励输入近似简化为随机白噪声。将结构在环境随机脉动激励下的振动信号进行分析，即可得到结构的频率、振型和阻尼。环境脉动激励试验方法不需要使用笨重的激振设备，因此，该方法对于难于进行普通加载试验的超大跨桥梁结构具有独特的优势。需注意的是，利用脉动激励测量得到的桥梁阻尼值为结构在小幅振动时的阻尼值，与结构在大振幅时的阻尼值可能会有所不同。
2.车辆冲击试验。车辆冲击试验可按车辆激励方式的不同分为跑车试验、制动试验和跳车试验。由于车辆荷载是桥梁所承受的主要设计荷载之一，通过在试验中模拟车辆的实际作用如跑车、制动和跳车等行为，可更有效地把握桥梁的实际承载能力与工作特性。车辆和桥梁的作用问题实质上是车辆-路面-桥梁的相互耦合作用问题，其机理十分复杂。由车辆冲击试验可以得到桥梁的冲击系数，为桥梁设计所需的重要参数之一。瑞士EMPA试验室曾进行了大量中小跨径公路桥梁的跑车试验，由试验数据分析回归得到了梁桥基频的经验计算公式，同时也得到了桥梁的模态阻尼比和冲击系数的分布情况。试验数据统计分析结果表明，桥梁的基频实测值与理论预测值吻合良好。模态阻尼比值则相当离散，所测211座桥梁的最大模态阻尼比值是最小模态阻尼比值的25倍。结构的损伤破坏将在一定程度上增大其阻尼值，但对于桥梁阻尼与结构状态的明确对应关系仍需进一步深入研究。制动试验是用试验车辆以稳定时速驶过桥梁，在桥梁上紧急制动，测量桥梁各特征部位的响应。制动试验主要测定桥梁承受活载水平力的性能。跳车试验在预设位置设置直角三角木，由重车以不同速度从三角木上自由落体激振桥梁。跳车试验测定桥梁承受车辆活载竖向冲击力的性能。需注意以上跑车试验、制动试验和跳车试验所得到的冲击系数往往具有较大的区别，其所代表的含义也有所不同。实测冲击系数值与车速、桥型、路面情况等均有关联，研究人员在对车辆进行跑车试验时，往往要进行多次以减小随机误差，并针对不同试验工况，进行理论分析以有效理解和把握试验现象。
3.激振器强迫振动试验。桥梁强迫振动试验所需激振仪器多，试验时需专门中断交通，且周期较长，因此强迫振动试验较少在实际桥梁荷载试验中采用。但激振器强迫振动试验可控制激励输入且该激励大小可知；可激起桥梁的大幅振动；其测试的参数往往比较全面且精度较高，可更全面地把握桥梁的动力特性。因此，桥梁的强迫振动试验对于新型桥梁结构仍具有其特定的意义。
四、总结
桥梁检测是一项艰苦而繁琐的工作，不仅需要工作人员具有扎实的理论基础和丰富的实际现场经验，同时需要工作人员不断的提高自身的服务意识和学习素质。本文通过对桥梁检测静动试验的简单介绍，得出了在桥梁检测中各个项目所需要达到的目标和荷载试验所需要注意的相关事项，为荷载试验的准备和实施工作提供了科学的参考依据，为桥梁的检测提供了的有效的方法和论证。
参考文献：
[1]张俊平，主编，姚玲森主审.桥梁检测[M].北京：人民交通出版社，2002.
[2]宋一凡，编著.公路桥梁荷载试验与结构评定[M].北京：人民交通出版社，2002.
[3]谌润水，胡钊芳.公路桥梁荷载试验[M].北京：人民交通出版社，2003.