淺談鋼筋混凝土橋梁試驗檢測技術(shù)及其發(fā)展趨勢

胡 升

（安徽省交通科學(xué)研究院，安徽合肥 230000）

0 引言

隨著橋梁工程使用年限的不斷增加，不可避免地會受到損傷。造成損傷的原因可能是自然環(huán)境、自然災(zāi)害引起的，也可能是人為因素引起的。在我國交通建設(shè)快速發(fā)展下，交通運輸量逐漸增加，車輛的載重和行車密度也隨之增加。在這種情況下就會進一步加劇橋梁的結(jié)構(gòu)損傷，對橋梁運營的安全性造成影響。為了做好橋梁的改造、維修和加固，需要做好橋梁的檢測工作。

1 橋梁無損檢測分析與評價

1.1 橋梁無損檢測方法介紹

（1）非破損法。非破損法指的是將一些物理量和混凝土的強度作為基礎(chǔ)，在不破壞混凝土性能的基礎(chǔ)上，對這些物理量進行測試，并按照物理量之間的關(guān)系對混凝土的強度進行推算。常見的方法如成熟法、射線吸收和散射法、超聲脈沖法等。

（2）半破損法。半破損法是在不對構(gòu)件承載力造成影響的基礎(chǔ)上，對構(gòu)件進行局部破壞性試驗，常見的方法如拔出法、鉆芯法、射擊法等。

（3）無損檢測法。一般多使用超聲法進行混凝土的無損檢測，當(dāng)前利用超聲法對混凝土內(nèi)部缺陷進行檢測時，主要使用波幅、聲時、頻率、波形等參數(shù)對混凝土結(jié)合面、混凝土的裂縫情況、表面損傷情況等進行判斷。超聲波檢測原理如圖1所示。

（4）動力試樁法。這種方法主要由大應(yīng)變法和小應(yīng)變法構(gòu)成。其中大應(yīng)變法主要對單樁的承載力進行檢測；小應(yīng)變法主要檢測樁身內(nèi)部是否有缺陷存在。此方法可以比較準(zhǔn)確地評價灌注樁混凝土的縮頸、離析、孔洞、夾泥等問題，如果用來檢測承載力，誤差會比較大。

圖1 超聲法檢測技術(shù)原理圖

1.2 橋梁無損檢測的評價

橋梁表觀檢測包含以下幾種情況，即測量橋梁整體與局部部件的幾何尺寸、檢查和測量結(jié)構(gòu)病害等。對于不同的橋型來說，表觀檢測的側(cè)重點略有不同。對于表觀檢測而言，一定要達到可以定量反映出橋梁的結(jié)構(gòu)情況，根據(jù)有關(guān)的規(guī)定來衡量橋梁技術(shù)的級別[1]。調(diào)查橋梁結(jié)構(gòu)資料包含了橋梁的原結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工的技術(shù)與過程，還包括該橋梁維修保養(yǎng)的記載等。檢測材料指的是檢測橋梁結(jié)構(gòu)材料的損傷情況。鋼筋混凝土橋梁檢測的時候，主要是對鋼筋和混凝土進行檢測，包含了混凝土的強度、表觀及內(nèi)部缺陷、碳化深度、含堿量、氯離子的含量、鋼筋的銹蝕情況以及鋼筋保護層的厚度等。

橋梁無損檢測的長遠發(fā)展目標(biāo)為表觀檢測和材料檢測水平的不斷進步以及相關(guān)儀器設(shè)備的不斷更新。在國外許多國家檢測儀器和有關(guān)技術(shù)在橋梁檢測探究領(lǐng)域占有較大的比例，相繼研發(fā)出電、雷達等相結(jié)合的高、精、尖設(shè)備。例如，應(yīng)用于檢測橋面的成像系統(tǒng)，它就是雙頻帶紅外線自動溫度的；檢測橋面板的探底雷達檢測成像體系，等等。

2 橋梁荷載試驗

荷載試驗是混凝土橋梁檢測的關(guān)鍵，以下4種情況需要進行荷載試驗：第一，大跨度的混凝土橋，特別是材料、結(jié)構(gòu)和技術(shù)都采用新型技藝的；第二，需要通行特種車輛的新舊橋梁都需要進行荷載試驗，這樣可以確保橋梁的安全，一定要進行等效荷載試驗或者依據(jù)實際的荷載情況進行模擬試驗；第三，那些舊橋在改擴建、加固或修復(fù)以后一定要進行鑒定性荷載試驗，這樣可以檢測出橋梁的效果；第四，那些修建歷史久遠、沒有經(jīng)過設(shè)計和記載相關(guān)施工信息的橋梁，要想知道它們的荷載情況，就一定要進行荷載試驗。

2.1 荷載試驗的類別和準(zhǔn)備情況

（1）荷載試驗的類別：按照荷載性質(zhì)可以分為靜載、動力兩種荷載試驗；按照數(shù)目和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)值可以分為基礎(chǔ)荷載、輕荷載和重荷載三種荷載試驗情況。本文主要是對靜載和動力兩種情況進行詳細闡述。

（2）荷載試驗的準(zhǔn)備情況：在進行荷載試驗以前一定要做好充分的準(zhǔn)備工作，竭盡全力搜集有關(guān)設(shè)計和施工方面的材料。為了更好地進行荷載試驗，要安排測控點，對所得數(shù)據(jù)進行對比分析，做好前期準(zhǔn)備工作。搜集的材料包含橋梁的幾何圖形、高度、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、行車情況以及原材料的物理性質(zhì)等。如果有條件的話，可以從兩方面來進行：一方面從橋梁的設(shè)計單位那里獲取橋梁的控制截面計算數(shù)據(jù)以及橋梁結(jié)構(gòu)的自振情況；另一方面，從橋梁施工單位獲取橋梁實際施工的所有情況，特別是有關(guān)混凝土的相關(guān)信息。還要做好橋梁的實地考察工作，在橋梁上標(biāo)明病害的實際情況，包括病害的程度、病害的位置等；還要對橋梁位置的交通、氣候和供電情況進行全面掌握。所有的情況都會給事先做好的試驗方案帶來影響，早發(fā)現(xiàn)問題，可以提前對方案進行修改，做好試驗準(zhǔn)備工作。

2.2 動力試驗

橋梁結(jié)構(gòu)的動力試驗主要是對橋梁結(jié)構(gòu)的自振性能、車輛動力荷載與橋梁結(jié)構(gòu)的聯(lián)合振動性能進行探究，測試得到的信息用來衡量橋梁結(jié)構(gòu)的運營情況以及承載特征。大家都清楚，設(shè)計橋梁的時候一定要對外界的強迫振動源予以回避，例如大風(fēng)、車輛的速度和橋梁結(jié)構(gòu)自振頻率相同，不然會產(chǎn)生較大的共振，會對橋梁的安全造成影響[2]。車輛經(jīng)過橋面的時候，動應(yīng)力和動撓度的數(shù)值達到最大化，這時候的車速稱之為臨界速度，它會產(chǎn)生共振從而使動力擴大效應(yīng)得到最大化，對橋梁的安全造成一定的影響。這種擴大效應(yīng)一般會用沖擊系數(shù)來代表。橋梁的動力試驗以沖擊系數(shù)為核心，動力試驗包含下面兩點。

（1）對橋梁結(jié)構(gòu)在車輛荷載情況下的強迫振動特征進行測試，例如動應(yīng)力、動位移、強迫振動頻率、沖擊系數(shù)等。

（2）對橋梁結(jié)構(gòu)的自振特征進行測試，例如阻尼特性、振型和頻率等。橋梁結(jié)構(gòu)的動力測試情況為先由橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動，再由儀器將橋梁結(jié)構(gòu)自振曲線進行記錄，最后使用專業(yè)的快速傅立葉轉(zhuǎn)換儀器來進行振動特性的分析。模擬外界對橋梁結(jié)構(gòu)的動力激振包含脈動激振、穩(wěn)態(tài)激振兩種情況。脈動激振直接使用外界隨機振源，而穩(wěn)態(tài)激振是由一輛或者幾輛滿載車輛以不一樣的速度在橋上制動或者是從橋面上通過[3]。隨著動力分析設(shè)備技術(shù)的不斷進步，經(jīng)驗豐富的工程師可以直觀地對輸出結(jié)果進行分析，然而理論分析會與實際情況有所不同。動力試驗進行的時候，標(biāo)準(zhǔn)的容許值要大于最低標(biāo)準(zhǔn)限值、動撓度和橋梁結(jié)構(gòu)控制截面上測量得到的最大動應(yīng)力，不然會損壞到橋梁結(jié)構(gòu)。

2.3 靜載試驗檢測法

靜載試驗檢測法就是對橋梁實施靜載試驗，對橋梁結(jié)構(gòu)的有關(guān)參數(shù)進行量測，影響橋梁結(jié)構(gòu)的參數(shù)有裂縫、應(yīng)變、撓度和變形等。靜載試驗可以對這些參數(shù)進行檢測，對橋梁結(jié)構(gòu)的抗裂性能、剛度和強度等進行分析，從而對橋梁的承載力進行判斷。橋梁靜載試驗的內(nèi)容包括以下5點。

（1）橋梁結(jié)構(gòu)的側(cè)向撓度、扭轉(zhuǎn)變形和豎向撓度。每一個跨度里包含3個檢測點，從而獲取撓度和變形的最大值，還要觀測支座的下沉值。

（2）對控制截面的應(yīng)力分布情況進行記錄，獲取偏載的特征和最大值。控制截面上要選取5個測試點，包含了截面突變處、上緣和下緣[4]。有的橋梁結(jié)構(gòu)需要檢測支點和支點四周、橫隔板四周的剪應(yīng)力、主拉應(yīng)力等，這時候一定要將應(yīng)變計轉(zhuǎn)換成應(yīng)變化。

（3）支座的沉降、轉(zhuǎn)角和伸縮，橋梁墩柱的轉(zhuǎn)角和位移。

（4）對于裂紋進行仔細檢查，裂紋剛出現(xiàn)的時候做好荷載值的記錄，對于裂紋出現(xiàn)的大小、長度、位置以及卸載后恢復(fù)的情況做好詳細的記錄。假如橋梁結(jié)構(gòu)的控制面出現(xiàn)變形、裂紋延伸，在沒有達到荷載最大值以前，但已經(jīng)達到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)值時，應(yīng)該立即停止加載，此時對裂紋的延伸情況進行觀測，并將設(shè)備儀器和工作人員全部撤離。

3 混凝土橋梁檢測技術(shù)的發(fā)展

在國外，伴隨著混凝土橋梁檢測技術(shù)的不斷進步，為了使大量的維修經(jīng)費得到更加合理的使用，橋梁管理部門把過去的橋梁檢測信息和工程緊密結(jié)合在一起，使得錯誤的信息一目了然，這就是貝葉斯預(yù)測技術(shù)[5]。在先驗信息和工程評價的基礎(chǔ)之上，對橋梁的衰變情況進行事先的推測，將先進的檢測信息填充到橋梁管理體系中來，為今后的橋梁檢測工作提供便利。日前，上海創(chuàng)建了橋梁管理體系，使用模擬數(shù)學(xué)概念經(jīng)過對橋梁不同構(gòu)成部分的評價來做出相應(yīng)的處理，最后使用電腦將橋梁的缺損情況匯總出來，這樣就可以充分顯現(xiàn)出橋梁檢測的安全性和可靠性。

4 結(jié)語

總而言之，我國當(dāng)前橋梁檢測還有一些問題存在，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，橋梁檢測技術(shù)也會不斷成熟，逐漸完善。只有不斷對橋梁檢測技術(shù)進行完善，才可以更加準(zhǔn)確得出橋梁檢測結(jié)果，從而更好地完成橋梁的維護工作。

[1]劉沐宇,袁衛(wèi)國.橋梁無損檢測技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J].中外公路,2002(6):135-139.

[2]張奔牛,李星星,宋軍,等.激光投射式位移傳感技術(shù)在橋梁撓度檢測中的應(yīng)用研究[J].傳感技術(shù)學(xué)報,2009(5):78-79.

[3]林俊,姜小磊.公路橋梁試驗檢測技術(shù)及應(yīng)用研究[J].交通世界(建養(yǎng).機械),2013(12):156-157.

[4]宋來平.淺談如何提高公路橋梁試驗檢測水平[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2013(34):421-422.

[5]連啟濱,楊瑋,馮江.不中斷交通的橋梁試驗方法初探[J].公路交通技術(shù),2005(S1):67-68.