王琦 沈龙乐
广州地铁集团有限公司 广东 广州 510335
摘要：城市轨道交通桥梁动载试验是基于桥梁变形、应变等实时量测,分析桥梁结构性能, 评估结构安全、预防结构倒塌等重大安全事故。本文通过某城市轨道交通运营期桥梁动载试验,探究动载测试项目,分析动载检测数据,评估运营桥梁状态并针对性进行维养。
关键词： 城市轨道交通 桥梁 运营期 动载试验
引言：桥梁施工经济、快速，是城市轨道交通尤其市域线、远郊线主体结构的重要组成部分，在北京、上海、广州、深圳、重庆等各大城市地铁中广泛采用。随着使用年限增长, 桥梁劣化出现病害, 对结构运营安全造成潜在危害。而城市轨道交通桥梁列车频次高、车—轨—桥相互作用力大，夜间作业时间短等特点，决定了其检测与评估须专项制定与组织。动载试验可分析桥梁结构工作性能，又能最大限度地保持正常运营少受干扰。利用列车行驶中桥梁结构的振动与变形，从宏观判断桥梁结构的整体刚度、动力响应以及运营性能，是适用于轨道交通桥梁检测与评估的有效手段。
一、城市轨道交通桥梁动载试验的目的
轨道交通高架桥荷载具有轮轨交通共有特征，即轴重、轴距有规律地排列及其对桥梁相对有规律地作用。桥梁在持续动荷载作用下的受力状态，其振动问题影响因素复杂，单纯理论分析难以匹配现场实际情况，需用理论和实测相结合的方法进行分析。而桥梁的动力特性是评定桥梁承载能力状态的重要参数。桥梁在实际列车动载作用下产生振动，测定桥梁结构的频率等固有参数以及动位移等动力响应参数的检验项目，从宏观判断桥梁结构的整体刚度、动力性能并合理评价。基于以上，桥梁动载试验检测就成为解决该问题必不可少的手段。
二、城市轨道交通桥梁动载试验的项目
动载主要测试车—轨—桥作用性能，测点应选取最不利桥联，在列车经过时检测桥梁的固有动力特性的参数及动力响应参数等, 并通过检测仪器全程记录检测全过程中数据。根据以上思路，确定检验的主要内容如下：
1、桥梁固有动力特性的检测参数：桥梁基频、振型、阻尼比，通过脉动测试进行测量。
2、强迫振动下桥梁动力响应的检测参数包括：动应变、动位移、梁体竖向、横向振幅等，通过行车试验进行测量。
三、城市轨道交通桥梁动载试验的组织实例
城市轨道交通桥梁检测评估中，利用先进的设备进行数据的自动采集及分析。试验成功关键就是现场的组织和数据采集工作，所以要求现场的技术人员和工作人员必须准备充分。加载前要对测试点、测点布置、仪器的安装以及加载系统等进行全面的协调和准备。
1、测点布设。
(1)检测桥梁以及测点选取。桥梁选点应曲线段、直线段，车速较高区间，典型结构桥型某城市交通桥梁均为箱梁，根据其结构特性，分为40+60+40m悬浇连续钢构、80+150+80m悬臂浇筑连续刚构Y型拱、4x40m节段拼装连续刚构等主要桥型。结合桥型，选取最不利条件——最小半径、日常监测数据变化较大段及病害段作为代表性检测点。
测点布置选择布置于箱梁底对称设置2处，分别布置于跨中、四分之一跨。
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图1 箱梁测点布置图
(2)检测仪器选用。应该选择的主要动载试验检测仪器有振动传感器、应变片、动态测试系统及模态测试系统等。在进行仪器选择时也要根据实际环境和试验需要，选择合适且尽量简化的仪器。原则上测量仪器尽量布设在箱梁内，避免布设轨行区影响正常运营。
2、列车组织。
(1)夜间天窗期列车的组织。经专项论证，须在特定载重、特定速度进行评估，应在夜间天窗期进行动载试验。需要在地铁车辆段列车内加装沙袋，模拟列车满载状态；而后依据测试桥梁地点，准确评估夜间作业时间、行车速度进行行车组织实现制动试验、会车试验。
(2)运营期列车载客情况与会车情况时刻收集与校准。按正常运营工况可进行动载试验的，准确评估列车经过时间、速度、载重以及会车时间，匹配实时监控数据进行比对分析。
3、数据采集。
(1)数据采集过程。分布在桥面不同位置的传感器采集位移或加速度信号,利用输入信号采集系统进行采集、储存；然后对储存的信号进行处理，选择其中的有效信号进行分析，得到桥梁结构的自振频率、振型和冲击系数等参数的实测值。
(2)试验过程中要求进行实时的监控，对现场采集的数据进行详细记录。如果出现异常应当及时进行处理。现场采集的数据是进行试验分析和桥梁使用性能评定的主要依据。
四、城市轨道交通桥梁动载试验数据的应用分析
1、桥梁固有动力特性的检测参数分析。桥梁自振频率、模态、阻尼比可以通过脉动试验的数据和专项识别方法，计算出桥梁结构自振频率、振动各阶模态的阻尼。实际试测的结果与理论值进行比较就可评估出桥梁结构的刚度及性能。如实测的数值大于理论的计算数值，就说明桥梁的刚度度较强；反之则说明刚度偏小，有可能存在病害问题。
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图3 桥梁振动测点速度振动时程曲线
五、结束语
桥梁动载试验为非破坏性试验，理论成熟，是运营期桥梁结构评定有效、直接的方法，同时减少运营夜间监测人力投入。动载试验检测结合健康监测应用于桥梁运维，可及早发现桥梁病害，为桥梁运营管理及维护加强提供科学的依据。
(1)动载试验能够得到桥梁结构的模态参数及强迫振动响应，结果准确、可靠, 能够利用其结果来判断桥梁的健康状况，为桥梁的评估提供依据。
(2)随着技术进步，桥梁动载试验必然与健康监测状态评估以及智能诊断结合。大量的动载试验的数据和经验的积累, 可建立有针对性的智能评估系统从而更快、更精确判断桥梁状态。
参考文献：
1、肖志祥、吴定俊、贾允祥.轨道交通高架桥梁设计的若干特点。城市轨道交通研究。2005
2、张兰英. 桥梁动载试验的作用与发展前景. 公路。2002
3、王自彬,岳渠德,赵金环等．动力荷载试验在桥梁检测评估中的应用．青岛理工大学学报．2007