芻議公路橋梁工程試驗(yàn)檢測的應(yīng)用分析

【摘 要】本文以道路橋梁試驗(yàn)檢測技術(shù)為研究對象，通過某實(shí)際案例對路橋工程的試驗(yàn)檢測技術(shù)具體分析。希望能夠?yàn)榻窈笙嚓P(guān)實(shí)踐工作的開展提供一定的參考與幫助。

【關(guān)鍵詞】公路橋梁；工程應(yīng)用；承載力

1.公路橋梁檢測的原因

公路橋梁需要檢測的原因包括如下幾個方面：a）公路橋梁沒有完全按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和施工資料以及規(guī)范作為保證質(zhì)量依據(jù)；b）公路橋梁的施工質(zhì)量較差，不能符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求；c）公路橋梁在竣工運(yùn)營一段時間后就發(fā)現(xiàn)了較為嚴(yán)重的病害，對橋梁承載力產(chǎn)生了重要影響；d）公路橋梁的質(zhì)量滿足了既定的要求，但是要求進(jìn)一步提高它們的使用壽命和承載力；e）為了獲得更豐富的當(dāng)?shù)氐南嚓P(guān)資料，公路橋梁需要進(jìn)行相應(yīng)的超設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的檢測。

此外，目前一些短期的檢測工作已經(jīng)難以滿足現(xiàn)在大型公路橋梁的長期的安全運(yùn)營和使用的質(zhì)量要求，故需要對它們進(jìn)行長期的健康監(jiān)控。

2.工程概況

某公路鋼筋混凝土橋橋上部結(jié)構(gòu)為16跨混凝土簡支雙T梁橋，單跨11m，主橋全長176m，橋面寬8.5m，下部橋墩采用兩頭帶圓弧端的矩形墩，橋臺采用矩形實(shí)體式橋臺。該橋于上世紀(jì)五十年代投入使用，由于該橋設(shè)計(jì)資料已丟失，加上年久失修，在此試驗(yàn)之前已經(jīng)被評定為危橋。為分析該橋具體狀況，以便確定處置措施，對該橋梁進(jìn)行了荷載試驗(yàn)檢測工作。

3.檢測內(nèi)容

本次檢測主要包括三方面的內(nèi)容：全橋外觀檢測、靜載試驗(yàn)檢測和動載試驗(yàn)檢測。

（1）外觀檢測內(nèi)容包括表觀缺陷檢查、混凝土強(qiáng)度檢測、碳化深度檢測、鋼筋銹蝕檢測、鋼筋保護(hù)層厚度檢測。

（2）靜載荷載試驗(yàn)內(nèi)容包括檢驗(yàn)主梁結(jié)構(gòu)最大正彎矩截面正截面強(qiáng)度；檢驗(yàn)主梁結(jié)構(gòu)最大撓度控制截面豎向剛度。

（3）動載荷載試驗(yàn)內(nèi)容包括結(jié)構(gòu)振動的最大振幅值maxA，對數(shù)衰減率d與阻尼比z；結(jié)構(gòu)振型的測定，結(jié)構(gòu)的固有頻率 ；汽車不同運(yùn)行速度時的沖擊系數(shù)m。

4.外觀檢測

4.1 構(gòu)件表觀缺損狀況的檢查

對于橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件表觀缺陷狀況，應(yīng)參照《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（CJJ 99-2003））橋梁檢查規(guī)定的要點(diǎn)，按照橋梁各結(jié)構(gòu)部件的劃分，對橋梁外觀使用狀況進(jìn)行現(xiàn)場檢查、打分、評分?？梢缘贸鰳蛄籂顩r指數(shù)BCI為87.09，橋梁屬于B級。

4.2 混凝土碳化深度檢測

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物，鋼筋處于混凝土的堿性保護(hù)中，混凝土碳化深度一旦達(dá)到鋼筋，鋼筋就會失去保護(hù)，當(dāng)條件成熟，就會發(fā)生銹蝕，另外碳化的混凝土硬度增加，但強(qiáng)度卻降低，致使結(jié)構(gòu)的實(shí)際有效截面折損，本次對混凝土碳化深度的檢測采用現(xiàn)場鉆孔，然后噴酚酞試劑的方法測試。

檢測結(jié)果：混凝土碳化深度平均值為14.4mm，由于混凝土碳化深度小于混凝土保護(hù)層厚度，因此由混凝土碳化引起的鋼筋銹蝕的可能性很小。

4.3 回彈法測試混凝土強(qiáng)度

混凝土強(qiáng)度檢測主要以回彈檢測為主。檢測對象為T梁構(gòu)件，進(jìn)行抽查檢測。

根據(jù)《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 23-2011） ，對所測構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度評定，檢測方法完全按照上述規(guī)范中的要求進(jìn)行操作，測了10個測區(qū)的構(gòu)件，每個測區(qū)面積20cm×20cm，每測區(qū)16個測點(diǎn)，測試儀器采用ZC3—A型回彈儀。處理數(shù)據(jù)時，每個測區(qū)16個測點(diǎn)的回彈值中去掉3個最大值和3個最小值，余下10個回彈值進(jìn)行如下各項(xiàng)數(shù)據(jù)處理，計(jì)算各測區(qū)的混凝土強(qiáng)度。由于該橋設(shè)計(jì)資料已丟失，無法確定混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度。實(shí)測構(gòu)件混凝土強(qiáng)度推定值在31.24 MPa～41.79 MPa之間。

4.4 鋼筋銹蝕測試

采用半電池電位試驗(yàn)方法檢測鋼筋銹蝕狀態(tài)，該法通過測定鋼筋、混凝土與在混凝土表面上參考電極之間連成的系統(tǒng)所反應(yīng)的電位差來評定。鋼筋混凝土構(gòu)件不論尺寸如何，鋼筋保護(hù)層多厚均可用此方法來檢定鋼筋的銹蝕狀態(tài)。按參考評定準(zhǔn)則，有銹蝕活動性，但銹蝕狀態(tài)不確定，可能腐蝕。

4.5 混凝土保護(hù)層檢測

混凝土保護(hù)層為鋼筋提供了良好的保護(hù)，其厚度和分布的均勻性是影響鋼筋耐久性的重要因素。本次檢測采用非破損檢測方法確定鋼筋位置，輔以現(xiàn)場修正確定保護(hù)層厚度。每種構(gòu)件選取10個測區(qū)，每個測區(qū)測10個測點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)層厚度測量。由于該橋資料已經(jīng)丟失，假設(shè)混凝土保護(hù)層設(shè)計(jì)值為30mm。測量儀器采用鋼筋位置測定儀和保護(hù)層厚度測試儀?；炷帘Ｗo(hù)層厚度特征值/設(shè)計(jì)值均大于0.95，混凝土保護(hù)層厚度對鋼筋耐久性影響的評定標(biāo)度為1。

5.橋梁檢算

為掌握該橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力性能，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，以得到結(jié)構(gòu)各控制斷面在恒載、活載作用下的設(shè)計(jì)內(nèi)力，為荷載試驗(yàn)及正確判斷該橋的現(xiàn)有狀態(tài)提供依據(jù)。

本文采用同濟(jì)大學(xué)的Dr.Bridge建立的平面桿系模型，在用Dr.Bridge進(jìn)行直線橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算時采用常規(guī)的位移法，即先形成單元剛度矩陣，經(jīng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后形成總剛度矩陣，形成荷載右端項(xiàng)，求解結(jié)構(gòu)位移列陣，據(jù)此得到節(jié)點(diǎn)位移、單元內(nèi)力以及支承反力，在此基礎(chǔ)上考慮施工階段，采用增量理論，逐步推進(jìn)獲得最終結(jié)構(gòu)效應(yīng)。

在橋梁技術(shù)檢查的基礎(chǔ)上，依據(jù)現(xiàn)行的設(shè)計(jì)規(guī)范及公路橋梁承載力檢測評定規(guī)程對結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢算。橋梁檢算表明，按公路-I級荷載進(jìn)行驗(yàn)算，主梁跨中斷面的抗彎承載力、正常使用極限狀態(tài)下的裂縫寬度和斜截面的抗剪承載力均不能能夠滿足公路-I級荷載的驗(yàn)算要求。驗(yàn)算結(jié)果表明：該橋不滿足公路-I級荷載要求。

6.靜載試驗(yàn)

本次荷載試驗(yàn)采用2輛重約13t的三軸載重汽車加載模擬公路-I級荷載，針對本橋加載工況，根據(jù)試驗(yàn)測試的目的和承載力評定需要，主要測試主梁跨中最大正彎矩應(yīng)變和撓度。

在試驗(yàn)荷載作用下，試驗(yàn)孔主梁跨中撓度的相對殘余變形均大于20%，表明橋跨結(jié)構(gòu)不處于彈性工作狀態(tài)；在試驗(yàn)荷載作用下，試驗(yàn)孔主梁的撓度校驗(yàn)系數(shù)均大于1，大于混凝土梁橋撓度校驗(yàn)系數(shù)η的常見值0.7～1.0的下限值。說明該梁的豎向剛度不滿足公路-I級荷載的設(shè)計(jì)和使用要求。

主梁混凝土應(yīng)變分析表明，控制斷面混凝土沿梁高的變化已經(jīng)不符合受彎構(gòu)件的平面假設(shè)；主梁混凝土應(yīng)力效驗(yàn)系數(shù)最大值為9.46，已經(jīng)超出混凝土梁橋應(yīng)力效驗(yàn)系數(shù)的常見值0.4～0.8之間，說明該橋已經(jīng)不能滿足公路-I級荷載設(shè)計(jì)要求。

7.動載試驗(yàn)

動載試驗(yàn)需要完成以下二方面內(nèi)容：

脈動試驗(yàn)：在橋面的特定位置設(shè)置加速度傳感器，進(jìn)行振動信號采集，獲得主梁的振動頻率，這些頻率可用于結(jié)構(gòu)的參數(shù)分析，進(jìn)一步確定結(jié)構(gòu)的剛度和質(zhì)量分布情況。

無障礙行車試驗(yàn)：采用1輛重130kN的翻斗車勻速駛過主橋，行駛速度分別為10km/h、20km/h 、30km/h，每種車速情況下進(jìn)行1次往返跑車試驗(yàn)。在橋面上進(jìn)行拾振，記錄結(jié)構(gòu)在不同車速下的振動響應(yīng)。本試驗(yàn)可以得到車輛對結(jié)構(gòu)的沖擊系數(shù)，建立沖擊系數(shù)與車速的關(guān)系曲線，可以獲得最不利車速。

得出如下結(jié)論：沖擊荷載下橋跨結(jié)構(gòu)自振頻率 =8.35Hz，理論計(jì)算所得的主梁自振頻率 =7.72Hz，實(shí)測數(shù)據(jù)大于理論數(shù)據(jù)。

跑車作用下結(jié)構(gòu)的實(shí)測阻尼比4.87%，而橋梁常見阻尼比范圍在0.22%～5.73%，實(shí)測阻尼比介于橋梁常見阻尼比范圍內(nèi)。在不同車速下的沖擊系數(shù)的實(shí)測結(jié)果表明，該橋具有較大的沖擊系數(shù)，沖擊系數(shù)隨車速的增大而增大，在時速為30km/h時，沖擊系數(shù)達(dá)1.4538，表明該橋具有較大振動，這主