探究公路混凝土橋梁的損傷評(píng)估技術(shù)

姜超】

摘 要：通過對(duì)我國公路混凝土橋梁損傷原因、檢測技術(shù)、評(píng)估方法等幾方面進(jìn)行探究，闡述公路混凝土橋梁損傷評(píng)估中的相關(guān)技術(shù)及問題，從而延長公路混凝土橋梁的使用時(shí)間。

關(guān)鍵詞：公路混凝土橋梁；損傷；評(píng)估技術(shù)

混凝土橋梁構(gòu)造簡單、適應(yīng)范圍廣、不受基礎(chǔ)條件限制、便于使用于曲線段、易于建造、標(biāo)準(zhǔn)化程度高。但鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的局限性抗拉強(qiáng)度低，使用時(shí)會(huì)引起開裂、破損等狀況時(shí)有發(fā)生。因此，對(duì)橋梁損傷實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的評(píng)估和預(yù)測，對(duì)于橋梁的養(yǎng)護(hù)和維修工作，保證橋梁長期穩(wěn)定使用，具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。

1 混凝土橋梁結(jié)構(gòu)損傷的原因

1.1 規(guī)劃不全面

初期規(guī)劃不充分，將會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)場施工中出現(xiàn)問題或在使用過程中引發(fā)疲勞損壞情況，引發(fā)橋梁的結(jié)構(gòu)問題。其次，地勘調(diào)查應(yīng)充足，數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確也會(huì)導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)沉陷、移動(dòng)等質(zhì)量問題。

1.2 設(shè)計(jì)不合理

設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致的橋梁結(jié)構(gòu)損傷主要有以下幾方面：（1）設(shè)計(jì)方法不當(dāng)，易導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題、荷載取值偏小等，從而影響橋梁的安全性及耐久性；（2）結(jié)構(gòu)構(gòu)造不合理，缺乏對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)造、連接節(jié)點(diǎn)方式的充分設(shè)計(jì)，導(dǎo)致橋梁受損；此外，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，會(huì)導(dǎo)致橋梁承受不當(dāng)荷載，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)或承載力出現(xiàn)問題，發(fā)生結(jié)構(gòu)變形或疲勞破壞等；（3）設(shè)計(jì)人員能力不足，設(shè)計(jì)方案會(huì)因設(shè)計(jì)人員的能力限制出現(xiàn)漏洞，為橋梁結(jié)構(gòu)損傷造成隱患。

1.3 施工不規(guī)范

在橋梁實(shí)際施工中，原材料配合比不當(dāng)、混凝土攪拌不充分、混凝土養(yǎng)生不好、支架下沉、脫模過早、接頭處理不當(dāng)?shù)纫蛩刂苯佑绊懟炷翗蛄旱男阅?，此外，施工過程中，施工操作人員的偷工減料、不按設(shè)計(jì)及國家規(guī)范要求施工也會(huì)影響橋梁的結(jié)構(gòu)承載力。

1.4 運(yùn)營維護(hù)不當(dāng)

交通超載、船舶、車輛撞擊，水流對(duì)基礎(chǔ)的沖刷，地震等原因均會(huì)引起混凝土橋梁的損傷破壞。

2 橋梁結(jié)構(gòu)的檢測

通過物理技術(shù)手段，通過一定物理量的輸入，得到相應(yīng)的輸出，判定結(jié)構(gòu)的行為效應(yīng)是否出于預(yù)測的范圍，或反求推測結(jié)構(gòu)的內(nèi)部性能，確定橋梁的承載能力及其運(yùn)行條件，分析橋梁病害產(chǎn)生的原因及其變化規(guī)律，對(duì)新建或改造橋梁進(jìn)行鑒定，檢驗(yàn)其設(shè)計(jì)與施工的效果，作為竣工驗(yàn)收的依據(jù)。橋梁的監(jiān)測方法要根據(jù)環(huán)境和橋型因地制宜，監(jiān)測范圍主要包括：（1）敏感部位監(jiān)測，一般只在橋梁內(nèi)力、應(yīng)變、位移變化和裂紋產(chǎn)生對(duì)橋梁影響至關(guān)重要的部位進(jìn)行監(jiān)測。適用于中小跨度、體系單一的橋梁中，大多采用間歇式人工監(jiān)測，有條件的可配備小型檢測設(shè)備。（2）總體監(jiān)測，實(shí)時(shí)地得到橋梁正常工作總體狀況（如：平面擺動(dòng)的幅度、撓度的變化、纖細(xì)桿件內(nèi)力的變化、自振頻率降低的程度、振型的變化、條件允許情況下測量敏感構(gòu)件的應(yīng)力應(yīng)變等橋梁工作參數(shù)），“識(shí)別”找到橋梁異常的一個(gè)或幾個(gè)可能部位，再由配備檢測設(shè)備的專業(yè)人員在可能異常的部位檢測。適用于特大、構(gòu)造復(fù)雜的橋梁。

3 橋梁損傷評(píng)估方法

目前混凝土橋梁損傷評(píng)估的方法主要有：局部法、整體法。

（1）局部法以人工檢查為主，采用超聲波、紅外線檢測、光譜電磁波、脈沖雷達(dá)等技術(shù)，簡單方便，直觀明了。局部法依據(jù)的局部檢測技術(shù)主要用于檢測部件結(jié)構(gòu)，通常使用非破壞性檢測技術(shù)，主要用于局部損傷檢測結(jié)構(gòu)檢測，此技術(shù)可以準(zhǔn)確定位結(jié)構(gòu)缺陷，也可進(jìn)行定量分析。如使用廣泛的無損檢測技術(shù)，利用目視檢查、超聲波探傷、沖擊回聲波檢測法、聲發(fā)射檢測開裂活動(dòng)、射線照相技術(shù)、射線測試技術(shù)等，可以不破壞混凝土橋梁構(gòu)件，不影響使用性能，直接在混凝土橋梁進(jìn)行表層或內(nèi)部的全面檢測，簡單快速，能獲得破壞試驗(yàn)不能獲得的信息，且可再混凝土橋梁上同一位置進(jìn)行連續(xù)性和重復(fù)測試，費(fèi)用也較低。當(dāng)既有橋梁受到設(shè)計(jì)、施工、自然因素等的影響而產(chǎn)生各種缺陷時(shí)，為橋梁的損傷評(píng)估、維修、加固、改建提供基礎(chǔ)依據(jù)。但是此技術(shù)只能探測結(jié)構(gòu)表面的破損，且必須事先知道損傷位置，局部區(qū)域無法接近，不能滿足結(jié)構(gòu)整體評(píng)價(jià)，且檢測結(jié)果受許多因素的影響，精度較低。

（2）整體法以理論分析為主，是目前研究的熱點(diǎn)。整體法包括動(dòng)態(tài)識(shí)別分析法與靜態(tài)識(shí)別分析法。但也存在沒有一種獨(dú)立完美理論能很好的適應(yīng)于橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別。

靜態(tài)識(shí)別法是基于靜態(tài)測試數(shù)據(jù)的方法。對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)有效預(yù)應(yīng)力檢測的直接手段主要是荷載試驗(yàn)，通過測試橋梁結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)荷載下控制部位的應(yīng)變、位移和裂縫開展情況、橫向分布系數(shù)等，與理論值進(jìn)行比較；通過效驗(yàn)系數(shù)、變形、裂縫開展程度和殘余變形等各種指標(biāo)綜合判斷該橋是否滿足設(shè)計(jì)及使用的要求，從而類推出有效預(yù)應(yīng)力。如橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)載試驗(yàn)是通過測定橋梁結(jié)構(gòu)在動(dòng)載作用下的響應(yīng)，分析橋梁的頻率、阻尼和振型等模態(tài)參數(shù)進(jìn)行橋梁承載力評(píng)定。橋梁動(dòng)力特性（頻率、振型和阻尼比）是評(píng)定橋梁承載力狀態(tài)的重要參數(shù)。結(jié)構(gòu)振動(dòng)問題涉及振源（輸入）、結(jié)構(gòu)（系統(tǒng)）和響應(yīng)（輸出），它們的關(guān)系為：

振源（輸入）、結(jié)構(gòu)（系統(tǒng)）、響應(yīng)（輸出）

此法的主要優(yōu)點(diǎn)是直觀、準(zhǔn)確、測量數(shù)據(jù)可靠。但也存在規(guī)模大、費(fèi)用高、影響交通甚至?xí)斐山Y(jié)構(gòu)進(jìn)一步損傷的弊端。

如動(dòng)態(tài)識(shí)別法主要包括基于振型、振型曲率、結(jié)構(gòu)固有頻率結(jié)構(gòu)柔度、頻響函數(shù)等的動(dòng)力特性變化的識(shí)別方法，需要檢測的工作參數(shù)為：位移，絕對(duì)位移、相對(duì)位移、靜位移、動(dòng)位移；變形，靜動(dòng)撓度、靜動(dòng)應(yīng)變；力，張拉力、壓力；動(dòng)力參數(shù)，速度、加速度、轉(zhuǎn)化的頻率、振型、轉(zhuǎn)換的張力、位移；外觀和完整性，腐蝕、磨損、裂縫、剝落等；物理化學(xué)現(xiàn)象，如堿集料反應(yīng)、混凝土中性化、剛才銹蝕；環(huán)境，如風(fēng)速、空氣溫度、地震、交通量等。通過不同參數(shù)的對(duì)比，和對(duì)橋梁損傷的程度進(jìn)行評(píng)估。如加速度會(huì)隨著混凝土橋梁的損傷程度的加大而增大。

4 結(jié)論

公路混凝土橋梁具有很多其他材料橋梁無法取代的優(yōu)點(diǎn)，具有抗壓強(qiáng)度高，剛度大，價(jià)格低廉，其養(yǎng)護(hù)費(fèi)用較省，行車噪聲小等優(yōu)勢。但由于選材、施工、運(yùn)營不當(dāng)而導(dǎo)致的混凝土橋梁損傷破壞應(yīng)引起各方的高度重視，而其損傷評(píng)估技術(shù)也是重中之重，因此，要不斷改進(jìn)各探測方法、評(píng)估技術(shù)，切實(shí)通過橋梁的有效評(píng)估改善橋梁質(zhì)量，促進(jìn)我國基礎(chǔ)建設(shè)設(shè)施的健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：遼寧省建筑設(shè)計(jì)研究院）