簡支橋梁多位置損傷檢測方法研究

龍?zhí)K強

（江西省公路工程檢測中心，江西 南昌 330013）

0 引言

簡支橋梁作為重要的橋梁結構形式之一，在實際應用中受到多種因素的影響，導致簡支橋梁出現(xiàn)各類損傷。為了能夠達到理想的簡支橋梁檢修效果，須重視定位法分析簡支橋梁損傷情況，掌握簡支橋梁損傷發(fā)展狀態(tài)，簡支橋梁的多位置損傷檢測工作十分重要，只有采用科學的檢測方法，才能達到理想的檢測效果，保障橋梁安全穩(wěn)定運行，提高車輛通行的安全性與可靠性。

1 工程概況

該項目為萬家中橋，位于滬昆高速公路昌傅至金魚石段，橋梁中心里程樁號K817+880。該橋為主線橋，橋梁跨徑3×16m 鋼筋混凝土簡支空心板，橋長53.08m。板式橡膠支座。肋式橋臺、柱式橋墩。單幅每孔橫向布置12 片空心板。橋面鋪裝為10cm 瀝青混凝土+10cm 防水混凝土。該橋設計荷載等級為汽-超20、掛-120。

1.1 簡支橋梁結構形式

簡支橋梁結構類型可從以下幾個角度進行劃分，不同類型的簡支橋梁結構的特點和性能也存在一定差異。

以簡支橋梁建設使用的材料不同進行區(qū)分，可以分為鋼筋混凝土簡支橋梁、預應力混凝土簡支橋梁和混合簡支橋梁結構類型，其中混合簡支橋梁結構是通過預制構件與鋼筋混凝土連續(xù)構造而成的橋梁結構。

以簡支橋梁的預制構件使用以及預應力施加方式進行區(qū)分，可以分為后張法預應力混凝土結構、先張法預應力混凝土結構、復合式預應力混凝土結構。復合式結構是在鋼筋混凝土的預制構件中利用先張法施加一定的預應力，并在預制構件內部預留安裝孔洞，當準備安裝時，通過后張法施加剩余部分的預應力。

以簡支橋梁預制構件上部構造的斷面進行區(qū)分，可以分為箱型簡支橋梁、工型簡支橋梁、T 型簡支橋梁、大孔空心板以及普通空心板幾種。

隨著技術水平的不斷完善，簡支橋梁結構形式多樣，給簡支橋梁損傷檢驗帶來了較大難度，在簡支橋梁損傷檢驗過程中，要掌握不同橋梁的構造類型與特點，才能更好地選用檢測方法，達到理想的簡支橋梁損傷檢測效果。

1.2 簡支橋梁構造和特點

1.2.1 上部構造

簡支橋梁的上部構造中，預制構件的構造和裝配式橋梁構造近乎相同，但在可視主橋梁的間距中一般不會設置橫隔板。預制構件的主梁結構在澆筑的連續(xù)位置和簡支橋梁存在一定區(qū)別，因此在上部構造的施工中，必須重視對連續(xù)鋼筋的預埋，做好連接鋼筋與梁底鋼板施工。當現(xiàn)澆連續(xù)段采用預應力鋼束時，應注意預應力管道的預埋并合理設置齒板。

1.2.2 現(xiàn)澆筑連續(xù)段構造

簡支橋梁的連續(xù)結構形成后，使用連續(xù)預制構件和預制橫隔板共同組成簡支橋梁的上部結構，又稱為剛性橫隔梁體結構。在澆筑連續(xù)段的施工中，必須確保豎向、橫向和縱向都與主梁體有效銜接?，F(xiàn)澆筑環(huán)節(jié)的鋼筋設置使用預應力鋼束或常規(guī)鋼筋即可，采用常規(guī)鋼筋材料具有操作簡單的特點，不會對主梁造成影響，而預應力鋼束結構可以達到理想的抗裂效果。

1.2.3 現(xiàn)澆筑橋面板構造

簡支橋梁的橋面板構造是預制構件的整體化結構，這一環(huán)節(jié)的澆筑施工可以大幅度提升裝配式梁體結構的橫向抗扭轉強度，也具備預制橫梁隔板的作用，且用以布置頂板負彎矩區(qū)受力鋼筋或鋼束。

1.2.4 其他輔助構造

鋪裝橋面、橋頭搭板、防撞護欄、橋墩基礎建設和其他輔助構造結構，這些巧妙的鋪裝構造與傳統(tǒng)的橋梁類型相似，都是簡支橋梁的重要組成部分，在橋梁中起到重要的結構作用，因此在損傷檢測中也要引起重視。

2 簡支橋梁常見損傷問題

在開展簡支橋梁的建設和施工過程中，經(jīng)常由于設計環(huán)節(jié)、施工環(huán)節(jié)以及施工材料等諸多因素的影響，使簡支橋梁存在各類缺陷，導致橋梁結構存在一定的安全隱患。此外，在橋梁投入使用過程中，還可能受到自然環(huán)境以及人為因素的損害，導致簡支橋梁結構出現(xiàn)損傷等病害，其中有些簡支橋梁結構損傷是不可預見的，也很難通過直觀的方法檢測出來，給橋梁的正常運營帶來嚴重的危害。以下針對簡支橋梁結構常見的損傷類型和原因進行分析。

在混凝土澆筑施工中，拉應力強度如果超出了混凝土抗拉強度，又或者拉應變超出極限拉應變數(shù)值，那么混凝土結構就會引發(fā)裂縫問題，一般情況下，裂縫的產(chǎn)生并非一種因素造成，經(jīng)常受到多重因素的共同作用產(chǎn)生。所以，簡支橋梁的裂縫損傷主要分為超載裂縫、龜裂、鋼筋銹蝕產(chǎn)生的裂縫損傷等。超載裂縫主要是在簡支橋梁結構的設計環(huán)節(jié)，混凝土抗壓強度不足，使橋梁結構超載運營，使一些結構位置出現(xiàn)承壓應力較大的現(xiàn)象，產(chǎn)生局部較大的拉應力，進而引發(fā)超載局壓裂縫現(xiàn)象，嚴重時還會造成壓碎問題，這種裂縫一般存在于瀝青混凝土鋪裝層內。龜裂是混凝土結構出現(xiàn)不規(guī)則裂縫，裂縫狀態(tài)呈現(xiàn)縱橫交錯現(xiàn)象。引發(fā)龜裂問題的主要原因可能是混凝土攪拌不充分或運輸條件差，導致內部水分蒸發(fā)較快，混凝土澆筑過程中坍落度降低，進而產(chǎn)生龜裂損傷。還可能在混凝土養(yǎng)護階段，由于澆水養(yǎng)護不及時，或大風天氣造成混凝土表面水分蒸發(fā)較快，產(chǎn)生塑性收縮，最終引發(fā)不規(guī)則裂縫，這種裂縫一般都不容易察覺，但是如果橋梁長期運營，就容易引發(fā)各類事故。鋼筋銹蝕裂縫指的是鋼筋內部發(fā)生膨脹，導致混凝土結構產(chǎn)生膨脹應力，在應力強度的作用下引發(fā)裂縫。這種裂縫通常情況下會沿著鋼筋長度順向延展。

3 簡支橋梁多位置損傷檢測方法

簡支橋梁損傷不僅影響橋梁整體結構質量，還將減少橋梁使用壽命，為了能夠使簡支橋梁的損失部位得以有效修復，必須做好損傷檢測，采用科學的檢測方法，達到簡支橋梁多位置損傷精準檢測效果。以下通過對簡支橋梁多位置損傷檢測方法進行分析，探討實際檢測效果。

為了達到簡支橋梁多位置損傷的系統(tǒng)化檢測目的，在簡支橋梁損傷檢測時主要從橋梁的安全性、耐久性、適應性等幾個方面進行檢測，并劃分1～4 個損傷等級，所使用的檢測方法必須嚴格遵循《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》（JTG 5120—2021）要求，在參考道路橋梁建筑結構現(xiàn)狀評估的條件下，將物元分析理論融入成分分析中，構建簡支橋梁的多層次檢測和評價。

3.1 分析計算法

在開展簡支橋梁結構段的檢測過程中，首先，要搜集橋梁結構相關材料，對橋梁建設材質、地基和使用現(xiàn)狀進行檢查。其次，將檢查后的成果進行匯總處理，利用橋梁結構計算理論和系數(shù)分析，計算簡支橋梁安全承載能力。利用分析計算法進行簡支橋梁多位置損傷檢測一般分為理論計算方法和經(jīng)驗系數(shù)折算法兩種。理論計算方法是在原簡支橋梁的荷載等級不明確，或者所有參數(shù)確定難度較大時，利用簡支橋梁結構計算理論，對橋梁的承載力進行估算，隨后通過實際限定荷載與其進行對比，判斷簡支橋梁的承載效果，并檢測出簡支橋梁損傷情況。在這種方法的應用過程中，必須選用實際荷載數(shù)值進行計算，通過荷載等級進行驗算。簡支橋梁的材料強度要以實際測量結果為準，準確估算結構缺陷，將其計算到整體荷載數(shù)值中。經(jīng)驗系數(shù)折算方法運用是結合原本簡支橋梁結構設計的荷載等級展開對比分析，了解橋梁材料老化程度以及簡支橋梁運行情況，結合實際交通狀態(tài)，分析影響簡支橋梁使用期限的因素，通過調查研究，確定所有因素的影響系數(shù)，利用經(jīng)驗系數(shù)折算法計算出簡支橋梁的安全承載能力。

3.2 荷載試驗檢測法

在檢測簡支橋梁的結構工作狀態(tài)時，可以采用荷載試驗檢測方法，能夠直接獲取結果，準確且直觀地掌握簡支橋梁結構狀態(tài)和性能，具有一定可靠性。利用荷載試驗檢測方法可以分成動載試驗和靜載試驗兩種，行業(yè)領域對荷載試驗檢測方法具有明確的規(guī)范標準。簡支橋梁結構采用靜載試驗進行檢測時，需要充分考慮橋梁的荷載設計等級，并在最不利于簡支橋梁荷載承受的位置設置靜載，一般選用重載車輛。

結合橋梁結構的內力控制情況，確定荷載具體位置，隨后進行靜載施加，在施加靜載的同時，嚴格把控靜載量，一般按照荷載的0.8 倍進行加載，需要進行提前估算，倘若對簡支橋梁本身結構造成較大的病害損失，初步判斷簡支橋梁承載能力下降，可以適當下調靜載的加載量，并逐步小幅度進行加載試驗。

在進行超載試驗時，也可以提高加載量，但是必須嚴格把控加載幅度，做好參數(shù)檢查，測試界面靜位移和靜轉角等參數(shù)，判斷簡支橋梁運行情況。利用靜載試驗能夠直觀地測量橋梁結構承載力，選擇橋梁結構設計理論和設計方法，保證橋梁結構承載力測算的準確性。還可以通過對于簡支橋梁結構的響應數(shù)值和理論參數(shù)進行對比，獲取響應校驗系數(shù)，對簡支橋梁的性能進行準確評價。

橋梁結構的動載試驗過程中，利用車輛通行、環(huán)境激振以及沖擊的加載方式進行檢驗，并在簡支橋梁上利用采集信號的設備，獲取橋梁振動的信號，對收集的信號進行處理，得到簡支橋梁結構的振動頻率，從而了解簡支橋梁的機械性能。對橋梁結構施加荷載的檢測方法，可以用儀器設備檢驗橋梁結構，獲取相應特征，再針對獲取的相應特征進行計算分析，對比理論情況下參數(shù)發(fā)生的改變情況，從而識別簡支橋梁結構損傷情況，也能夠對簡支橋梁性能進行整體性評價。

3.3 實物調查比較法

利用實物調查比較法進行簡支橋梁多位置損傷檢測過程中，主要是結合橋梁運營過程中的交通狀態(tài)，判斷和檢測簡支橋梁承載力。對簡支橋梁進行長時段的觀測，結合橋梁運營過程中車輛荷載統(tǒng)計，計算和評估當車輛通行時簡支橋梁主要部位的撓度變化、應力變化、裂縫情況等，隨后對這些數(shù)據(jù)進行分析和計算，計算出橋梁承載力等級，對不同的簡支橋梁構件測算時，選用的表達方式也有所差異，比如在受軸向力的構件檢測時，保證承載力標準是利用軸力來呈現(xiàn)，對受彎構件的承載力檢測時，以彎矩為標準。實物調查比較法的應用流程如下：

第一，對簡支橋梁所有構件進行分析，當處于設計荷載的條件下，計算簡支橋梁構件的剪力、彎矩和軸力情況；

第二，對簡支橋梁構件恒載內力進行計算；

第三，對簡支橋梁所有構件的真實截面特性和設計規(guī)范進行計算，明確簡支橋梁構建截面的承載能力；

第四，對計算簡支橋梁構建活載承載力進行計算；

第五，對比第4 個步驟和第1 個步驟的計算數(shù)值，評價單元承載力。采用這種方法進行簡支橋梁的損傷檢測時，具有評估結構容易理解的特點，但是對結構失效模式的判斷仍舊存在一定的困難。

4 簡支橋梁多位置損傷檢測的意義

通過以上方法對簡支橋梁損傷情況進行檢測，找出簡支橋梁缺陷位置，明確橋梁運行情況，利用精確的儀器，還能夠對橋梁的損傷位置、損傷程度、損傷缺陷性質以及損傷部位的發(fā)展趨勢評估，準確地找到產(chǎn)生簡支橋梁損傷的原因，精準評價簡支橋梁的承載力和使用性能，為簡支橋梁結構維修、加固、改造提供支持，保障橋梁結構穩(wěn)定性和運行安全。通過開展簡支橋梁全面檢測，能夠系統(tǒng)化獲取簡支橋梁技術數(shù)據(jù)，積累豐富的技術資料，也為充實簡支橋梁數(shù)據(jù)庫，提高橋梁科學管理水平提供支持。通過合理設計檢測方法，布設長期檢測設備，逐步構建完善的橋梁檢測系統(tǒng)，保證橋梁長期穩(wěn)定運行，發(fā)揮出橋梁的社會效益和經(jīng)濟效益。

5 結語

綜上所述，橋梁是我國基礎建設的重要組成部分，其不僅關乎交通運輸?shù)谋憷耘c安全性，也象征著城市發(fā)展水平。隨著我國道路橋梁建設技術水平的不斷提升，也引入了豐富的橋梁結構，滿足了不同情況下的車輛通行需求。隨著簡支橋梁的引入，對我國橋梁事業(yè)的建設與發(fā)展起到了良好的推動作用，但在簡支橋梁建設中也會受到各類因素的影響，使橋梁產(chǎn)生各類損失。為此，文章以實際簡支橋梁建設項目為基礎，探討了建筑橋梁結構的常見形式，細化分析簡支橋梁構造特點，并闡述當前簡支橋梁常見的損傷問題，提出科學的損傷檢測方法，為保障簡支橋梁穩(wěn)定運行奠定基礎。