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振动测试技术在公路桥梁耐久性评估中的应用

摘要：耐久性评估是判定公路桥梁剩余耐久年限是否满足预期使用年限需求的重要手段，对于防止耐久性病害进一步恶化，保障公路桥梁安全性和使用年限具有现实意义。本文清醒地认识到我国公路桥梁养护需求巨大的客观事实，通过回溯公路桥梁耐久性评估的历史演进，明确振动测试技术优势，并分析公路桥梁环境振动测试技术、余震测试技术、冲击振动测试技术的优劣势，提出振动测试技术在公路桥梁耐久性评估中应用的方法，分别是构建公路桥梁耐久性评估体系、合理选用和安装传感器、灵活控制测试时机与时长，从而为公路桥梁维护和预防性养护提供参考。

关键词：振动测试技术公路桥梁耐久性评估

公路桥梁，即为满足车辆和行人通行需求，在山谷、河流等特殊地形和平面相互交叉的城市道路上修建的桥梁。通常公路桥梁的构造较为复杂，包括路基工程、路面工程、桥梁工程、隧道工程和交通工程等部分，是交通的重要组成部分，对产业流通、经济发展等起到不可替代的作用。

改革开放以来，我国持续突破建设技术，公路桥梁建设规模日益壮大，已形成“穿山、越海、进城”建设格局，规模和技术水平均已跻身世界前列。据交通运输部公布的数据[1]，全国公路桥梁总数和总长逐年递增，截至2023年末，我国公路桥梁总数共计107.93万座，同比增长4.46%；公路桥梁总长达9528.82万延米，同比增长11.1%（如表1）。

从浅层来看，公路桥梁是交通事业发展的关键，从深层来看，公路桥梁是国家或地区经济实力、生产力发展等综合竞争力的体现，承载着大众生命财产安全，合理养护对保障其安全性和使用年限至关重要。以欧洲1967年完工的首座钢筋混凝土斜拉桥莫兰迪大桥为例，使用51年后，于2018年垮塌，不仅严重影响意大利西北部及其通往法国的交通网络，还造成了至少43人死亡。调查报告指出，桥梁养护缺失是大桥坍塌的主要原因，截至垮塌之日，桥梁主钢筋腐蚀度达68%，钢筋性能降低50%。

公路桥梁通常面临一般大气环境，以及海洋、盐渍、酸雨、冻融等复杂环境，这些环境会降低其缓凝土强度、钢筋性能等，尤其是我国作为桥梁大国，当前不少公路桥梁已步入关键养护期，性能退化趋势较为明显，养护需求巨大[2]。耐久性评估是判定公路桥梁剩余耐久年限是否满足预期使用年限需求的重要手段[3]，探究耐久性评估的有效技术手段，是定期对公路桥梁进行耐久性评估，并制定合理有效的养护方案，防止耐久性病害进一步恶化的关键。

1公路桥梁耐久性评估的历史演进

由于我国公路桥梁规模庞大、交通运输需求量大，自新中国成立以来，国家就高度重视公路桥梁养护水平，早在1958年，交通运输部就制定并发布了第一部《公路养护技术规范（修订草案）》，引领耐久性评估工作开展。

回溯历年来公路桥梁耐久性评估规范，大致可分为三个发展阶段。第一个阶段为初始萌芽期（1958年至1985年），这一阶段我国公路桥梁耐久性评估依据不足，仅开展了简单的定性判断，存在评估内容不全面、评估人员技术能力和评估市场不规范，以及检测与养护相对滞后，预防作用不显著等问题[4]；第二个阶段为借鉴发展期（1989年至2004年），这一阶段我国公路桥梁耐久性评估积极借鉴国外先进思想，陆续发布《公路旧桥承载能力鉴定方法（试行）》《公路桥梁养护管理工作制度（工公管字〔1991〕77号）》《公路养护技术规范（JTJ073-96）》《公路桥涵养护规范（JTGH11-2004）》《公路桥梁养护管理工作制度（交公路发〔2007〕336号）》等文件，并开始综合考虑各个部件的权重；第三个阶段为特色完善期（2011年至今），这一阶段我国极大提升了对养护工作的重视度，对公路桥梁耐久性评估更加细致，并基于技术发展总结出了评估经验，发布《公路桥梁技术状况评定标准（JTG/TH21-2011）》《公路桥涵养护规范（JTG5120-2021）》等更具针对性的文件，但在公路桥梁数据采集等方面还有不足[5]，需要进一步探究高水平测试技术。

2公路桥梁耐久性振动测试技术类型

振动测试是结构健康检测的有效方法，在工程中的应用愈加广泛，在公路桥梁耐久性评估中的作用也日益凸显。根据不同测试机理，公路桥梁耐久性振动测试技术可分为不同类型，本文对常用的三类振动测试技术进行分析，以明确其优劣势及适用场景。

2.1公路桥梁环境振动测试技术

环境振动测试是公路桥梁结构健康检测的重要方式之一，其原理是在风荷载、地脉动、车辆荷载等公路桥梁的客观自然环境激励下，测试公路桥梁结构的自振特性，并识别固有振型、自振频率以及阻尼比等模态参数[6]。这类测试技术具有四个突出优势：第一，由于环境振动测试不需要人为地施加激励，且仅需测得结构响应，故测试过程不干扰公路桥梁的正常通行，操作更加便捷；第二，由于仅使用自然激励，省去了人工激励及其昂贵的激励设备费用，