在安徽壽春高架橋上，35%的預制混凝土橋面板出現裂縫，部分裂縫寬度超設計限值0.2毫米。這些裂縫背后，隱藏著一個被傳統設計規范低估的“隱形殺手”——車輛動態荷載對橋面板的局部沖擊效應。我國浙江工業大學與美國加州大學洛杉磯分校的聯合團隊近期在《結構與土木工程前沿》發表研究，通過現場測試與計算機模擬發現：橋面板的局部沖擊因子最高可達0.93，遠超中美規范限值0.33，而路面粗糙度是最大影響因素。這一發現為橋梁安全評估與維護提供了新方向。

從裂縫到數據：橋面“壓力波”如何被低估？

壽春高架橋作為四跨連續鋼-混凝土組合梁橋，設計時速120公里，卻在運營4年后出現密集裂縫。研究團隊通過數字圖像相關（DIC）技術監測發現，裂縫多集中在車道下方的橋面板，而規范計算應力卻顯示“安全”。矛盾指向傳統設計方法的一個漏洞：全球沖擊因子（衡量橋梁整體振動）無法反映橋面板的局部動態響應。

“就像用平均體重評估每個人的健康，忽略了局部器官的負擔。”論文通訊作者彭偉兵比喻道。團隊在橋面布置高精度光學傳感器，測量車輛以5-60公里/小時通過時的動態形變。數據顯示，橋面板的局部沖擊因子比鋼梁高40%，且車速達60公里/小時時，局部沖擊因子飆升至0.575，遠超國標限值。

計算機“透視”橋面：路面粗糙度成最大變量

為驗證現場數據，團隊搭建了包含7.5萬網格單元的橋梁三維有限元模型，模擬車輛荷載與橋面振動。模型顯示，當車速提升至120公里/小時，局部沖擊因子可達0.93，相當于設計值的2.8倍。路面粗糙度的影響最為顯著——在“較差”路況下，橋面沖擊因子比“良好”路況增加67%。

“路面坑洼就像不斷敲擊橋面的錘子。”彭偉兵解釋，車輛顛簸產生的振動波通過輪胎傳遞至橋面板，引發高頻局部形變。研究還發現，車重增加會降低沖擊因子，但超載會導致橋梁整體變形風險升高。例如，100噸重車以80公里/小時通過時，橋面最大形變達6毫米，逼近安全閾值。

規范迭代迫在眉睫：從“整體安全”到“細胞級監測”

現行中美橋梁設計規范均采用全球沖擊因子，但此次研究表明，局部沖擊效應可能被低估60%以上。團隊提出新計算方法：將橋面板的局部形變從鋼梁整體振動中剝離，單獨評估其動態響應。該方法已通過現場數據驗證，誤差小于5%。

研究同時為橋梁維護提供新思路：安裝實時健康監測系統，通過傳感器追蹤橋面形變與裂縫擴展；限制重車通行速度，尤其在路面狀況惡化路段；優先修復高粗糙度路面，減少“振動錘”效應。

“這相當于給橋梁裝上‘心電圖儀’。”未參與研究的橋梁工程師評論稱，“未來若將局部沖擊因子納入設計標準，可大幅延長橋梁壽命。”目前，團隊正將方法推廣至波形鋼腹板橋等更多橋型，并探索多車道隨機車流的疊加效應。

來源: FrontClVlL