基于FWD的橋梁鉸縫健康狀況測試與評價方法

夏姝麗

（上海浦江橋隧運營管理有限公司，上海 200231）

0 引言

在空心板梁構(gòu)成的公路橋梁上，板梁間的連接是通過鉸縫實現(xiàn)，從而可將交通荷載均勻分配到整個橋面體系中?？梢钥闯?，鉸縫對于板梁橋的整體受力及橋面板結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性起到至關(guān)重要的作用[1-2]。鉸縫的健康狀況直接決定了橋面結(jié)構(gòu)的整體強度，一旦出現(xiàn)破壞，易導(dǎo)致橋面系板梁局部結(jié)構(gòu)強度不足，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性的問題。橋面鋪裝乃至整個橋面結(jié)構(gòu)強度都將快速衰減，嚴(yán)重影響橋梁健康與行車安全[3-4]。目前對于鉸縫的測試及維修通常是在橋面鋪裝已出現(xiàn)明顯的破壞，需要進行維修時才進行。此時，通常都需要采用復(fù)雜的工藝，占用有效通行時間對橋梁鉸縫進行修復(fù)。如何對于橋梁鉸縫、面板以及鋪裝的使用狀況進行早期的判斷和損傷識別，這方面的研究和應(yīng)用還比較缺乏，尚沒有成熟的經(jīng)驗可以借鑒。雖然有些研究和應(yīng)用人員已經(jīng)意識到這種必要性，但系統(tǒng)的總結(jié)和成熟的經(jīng)驗很缺乏。因此需對橋梁進行鉸縫狀況的早期診斷，及時采取措施，以有效延長橋梁結(jié)構(gòu)及鋪裝使用壽命，提高安全性。

1 基于FWD的鉸縫狀況測試方法

目前，評定公路橋梁鉸縫破損程度的方法一般采用在橋面上加載的方法進行測試與評價，結(jié)合在板梁之間的橫向荷載傳遞能力判斷鉸縫是否健康。但荷載試驗代價較大，且需較長時間的交通封閉[5]，而采用FWD動態(tài)彎沉評價鉸縫破損程度具有方便快捷、安全準(zhǔn)確的特點。這一特點，對于正在運行中的公路橋梁，尤其是大交通量的重載公路，具有重要的現(xiàn)實意義，也是運維管理中迫切需要的。

當(dāng)所需檢測的公路橋梁，其交通便于封閉時，可將FWD檢測車在垂直于鉸縫的方向上檢測鉸縫橫向鉸接能力，如圖1所示。當(dāng)待檢橋梁交通不便于封閉時，為減小試驗空間，降低對交通的影響，可將FWD檢測車在與鉸縫呈30°夾角的方向上檢測鉸縫橫向鉸接能力。這樣可以減少落錘式彎沉測試時對于車道的占用，為不中斷交通提供條件。

根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，公路橋梁的鉸縫通常從跨中開始破壞，因此現(xiàn)場檢測時，首先在橋梁跨中檢測橫斷面上分布的各條鉸縫，然后縱向?qū)χ鴺蝾^方向每間隔L（取5～10m）選下一個斷面，然后在橫向進行同樣的測試。

2 橋梁鉸縫健康狀況評價方法

由于目前基于落錘式彎沉儀（FWD）檢測橋梁鉸縫尚無明確的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，因此參考JTG D40—2011《公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范》的水泥混凝土板塊接縫傳荷能力的方法來評定鉸縫傳荷能力，所采用的計算公式如下：

圖1 垂直于鉸縫方向檢測鉸接能力

式中，kj為鉸縫鉸接能力系數(shù)；ωu為未受荷板接縫邊緣處的彎沉值，mm；ω1為受荷板接縫邊緣處的彎沉值，mm。

將鉸縫鉸接能力分為4個等級，分級標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 鉸縫鉸接能力分級標(biāo)準(zhǔn)

為更準(zhǔn)確地評價鉸縫的鉸接能力，在檢測過程中考慮鉸縫10cm的寬度，將荷載盤邊緣置于受荷板邊緣，1號傳感器距離受荷板邊緣15cm，2號傳感器位于鉸縫中心，3號傳感器距離鉸縫邊緣5cm。由于水泥混凝土結(jié)構(gòu)剛度很大，整體受力均勻，可基于D1、D2、D3的彎沉檢測數(shù)據(jù)采用插值的方法得到鉸縫邊緣處的彎沉ωl、ωu，進而求得鉸縫鉸接能力系數(shù)，測試如圖2所示。簡化后的計算公式如下：

式中，為鉸縫鉸接能力系數(shù)；D1為荷載中心傳感器測得彎沉值；D2為2號傳感器（距荷載中心20cm）測得彎沉值；D3為3號傳感器（距荷載中心30cm）測得彎沉值。

圖2 FWD檢測車檢測橋梁鉸縫方案

3 工程應(yīng)用

為驗證所提出的基于落錘式彎沉儀測試橋梁鉸縫健康狀況方法的可行性，選取某高速公路在大修之前的某一座公路橋梁進行現(xiàn)場測試?，F(xiàn)場測試方案為：在橋梁橫向方向上，由北向南依次對橋梁鉸縫進行編號，采用上節(jié)檢測方法對3個斷面上編號1～6的鉸縫鉸接能力進行檢測，測試結(jié)果如表2所示。

表2 現(xiàn)場1～6號鉸縫傳荷系數(shù)計算結(jié)果

由表2可看出：第2，4條橋接縫位于第2車道邊緣，承受更多荷載作用，鉸接能力相對差，尤其是朝西方向，由于重車較多，并且現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)鉸縫破壞也較為嚴(yán)重。根據(jù)評定標(biāo)準(zhǔn)，達到良好，其余鉸縫傳荷狀況均較好，達到優(yōu)等。

從該工程案例可看出，使用本文提出的基于落錘式彎沉儀（FWD）的橋梁鉸縫的健康檢測方法具有可操作性，現(xiàn)場實施較為方便，客服了傳統(tǒng)橋梁鉸縫測試的一些缺點，測試結(jié)果與實際狀況也較為吻合，可作為今后對于橋梁鉸縫健康狀況進行快速檢測的有效方法。