試驗檢測在橋涵等結構檢測中的應用

朱廣森

（江蘇潤揚交通工程集團有限公司，江蘇揚州 225000）

0 引言

橋涵是交通運輸基礎設施的重要組成部分，為保證橋涵等結構的安全性和穩(wěn)定性，保障交通運輸?shù)臅惩ê桶踩?，應進行有效的結構檢測和評估。然而，傳統(tǒng)的結構檢測方法存在一定的局限性，難以滿足對復雜結構的準確檢測要求。而新型的試驗檢測技術具有更高的精度和可靠性，在橋涵等結構檢測中得到了廣泛應用。為進一步提高橋涵等結構檢測質量，文章主要對試驗檢測的基本原理、常用方法與具體應用等進行分析。

1 試驗檢測基本原理與常用方法

試驗檢測是對橋涵等結構進行質量評估的常見手段，主要基于結構力學和材料力學的理論基礎，目的在于深入了解結構的受力性能、撓度響應、動力特性等重要參數(shù)，為結構的安全評估、健康監(jiān)測和壽命預測提供必要的數(shù)據支撐。

常用的試驗檢測方法包括以下幾種：

1.1 靜載試驗

靜載試驗是一種通過施加穩(wěn)定的靜態(tài)荷載于結構上，以模擬結構在實際使用中受力情況的測試方法。通過對荷載作用下結構變形和應力分布的測量，可以獲取結構的承載能力、變形性能以及荷載—變形關系等相關信息。該方法廣泛應用于橋梁、大型建筑和其他承重結構的安全評估和性能研究，可為設計和修復提供指導。

進行靜載試驗時，會施加一定程度的荷載于結構上，這種荷載通常是恒定不變的靜態(tài)荷載。這種方式可以模擬結構在實際使用過程中的受力情況，通過仔細觀測和記錄結構在荷載作用下的變形和應力分布，能夠獲得關鍵的結構性能信息。例如，在某次靜載試驗中，實測LS-1 截面混凝土主要應變測點的最大應變值為46.9με，略小于理論計算值的56.8με，該點的應變校驗系數(shù)為0.83，位于規(guī)范要求的0.60～0.90 范圍內，表明LS-1 截面的實際工作狀態(tài)優(yōu)于理論預測情況。此外，試驗荷載卸除后主要測點的殘余應變均小于20%，表明結構仍處于彈性工作狀態(tài)。

1.2 動力響應試驗

動力響應試驗是通過施加沖擊或振動荷載來觀察結構的振動響應，這種試驗可以測量結構的固有頻率，即結構自身的振動頻率。同時，結構的阻尼特性可以揭示結構在振動過程中的能量損耗情況。此外，動力響應試驗還可以確定結構的模態(tài)形態(tài)，即結構振動的空間模式。這種方法對于了解結構的動力行為和抗震性能具有重要意義。

在橋梁等結構的抗震設計方面，動力響應試驗起著重要作用。通過施加模擬地震的動力荷載，并觀察結構的振動響應，可以確定結構在地震中的反應情況。根據試驗數(shù)據可以計算出結構的地震響應系數(shù)，以此描述結構受地震作用時的動力性能，這些數(shù)據和參數(shù)可以為工程師提供設計指導，以確保結構具備良好的抗震性能[1]。

1.3 疲勞試驗

疲勞試驗是一種通過施加高頻循環(huán)荷載于結構上，通過觀察結構在疲勞荷載下的變形和應力分布，研究結構疲勞壽命和耐久性的方法。該試驗方法主要用于評估結構的疲勞壽命和耐久性，可以幫助相關人員了解結構在循環(huán)荷載作用下的疲勞損傷機制，以及結構的疲勞性能隨著荷載次數(shù)的增加而產生變化，為結構養(yǎng)護和壽命預測提供重要數(shù)據參考。

2 試驗檢測在橋涵等結構檢測中的應用場景和優(yōu)勢

2.1 在新建橋涵工程中的應用

試驗檢測在新建橋涵工程中具有廣泛的應用場景和顯著優(yōu)勢。

第一，可以用于驗證設計參數(shù)和模擬建筑過程中的各種負載情況，確保工程的安全性和可靠性。在施工期間進行試驗檢測，可以及時發(fā)現(xiàn)并解決潛在的結構問題，避免因施工質量問題而導致的工期延誤和施工成本增加。另外，試驗檢測還可以用于評估材料的性能，以確保使用的材料符合規(guī)范要求。

第二，新建橋涵工程的完工驗收。試驗檢測可以對新建橋涵等結構的質量和性能進行全面評估，包括承載能力、撓度、穩(wěn)定性等方面，有助于確保新建橋涵結構符合規(guī)范要求，能夠安全可靠地承載交通和其他負載。

2.2 既有橋涵結構安全評估與結構健康監(jiān)測

試驗檢測還可以用于對既有橋涵等結構的健康試驗，能夠及時檢測出可能存在的疲勞、腐蝕、裂縫等問題，有助于提前發(fā)現(xiàn)潛在的結構安全隱患，進而采取及時的維修和加固措施，延長結構的使用壽命。此外，試驗檢測還有助于評估既有橋涵等結構的承載能力。通過定期的結構評估，可以有效制訂養(yǎng)護計劃，以減少維修成本和交通中斷時間，確保其滿足交通負載要求。

其中疲勞性能評估對橋涵等結構的維護養(yǎng)護至關重要?？梢越柚鄳脑囼灆z測方法模擬橋涵等結構在實際使用條件下的結構疲勞情況，識別潛在疲勞裂縫和損傷。定期進行疲勞性能評估，便于及早采取針對性措施修復或加固受損部位，確保結構的安全性和可靠性。

3 試驗檢測在橋涵等結構安全評估、結構健康監(jiān)測和壽命預測方面的作用

3.1 在結構安全評估中的作用

試驗檢測在橋涵等結構的安全評估中扮演著至關重要的角色。這一過程旨在識別和評估結構中的潛在問題，以確保結構在使用過程中不會發(fā)生危險狀況。試驗檢測的重要作用包括：

第一，試驗檢測能夠提供實際的結構性能數(shù)據，包括承載能力、剛度、撓度等參數(shù)。通過實測數(shù)據，工程師可以直觀地了解結構的實際狀態(tài)，與設計參數(shù)進行比較，發(fā)現(xiàn)是否存在超負荷或結構損傷的跡象。

第二，試驗檢測可以幫助檢測結構中的隱性缺陷，例如腐蝕、疲勞裂縫、裂紋擴展等。這些問題可能在視覺檢查中不容易察覺，但它們對結構安全性的影響可能極大。通過試驗檢測，可以及早發(fā)現(xiàn)這些問題，采取必要的維修和加固措施。

第三，試驗檢測可以為結構的負荷能力評估提供可靠的依據。結構的承載能力是確保安全的關鍵因素，特別是在自然災害或交通負荷突增的情況下。通過試驗檢測，工程師可以精確地評估結構的承載能力，為決策提供科學依據，確保結構不會發(fā)生失效或崩塌。

3.2 在結構健康監(jiān)測中的作用

結構健康監(jiān)測是對結構性能和狀態(tài)進行持續(xù)跟蹤和評估的過程。試驗檢測在結構健康監(jiān)測中有重要作用，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

第一，試驗檢測可以用于連續(xù)監(jiān)測結構的撓度、位移和振動等參數(shù)，能夠幫助工程師了解結構是否在正常工作狀態(tài)下，以及是否受到外部因素的影響。通過及時監(jiān)測，可以發(fā)現(xiàn)潛在問題，并采取適當?shù)拇胧?，以避免結構性能下降。

第二，結構健康監(jiān)測可以及時發(fā)現(xiàn)結構中的疲勞、損傷和變形，有助于早采取維修和加固措施。并且，通過定期的試驗檢測，工程師可以追蹤結構的健康狀況，預防潛在危險[2]。

3.3 在壽命預測中的作用

試驗檢測在結構壽命預測中也發(fā)揮著重要作用。通過定期的試驗檢測，可以收集大量的實測數(shù)據，可用于分析結構的疲勞性能、材料老化等因素，這些數(shù)據還可以用來建立結構的壽命模型，預測結構的壽命。

結構壽命預測是決定維護和維修計劃的基礎，能夠幫助工程師確定結構何時需要維修或加固，以避免突發(fā)性的失效事件。預測壽命還有助于優(yōu)化維護預算和資源分配，確保結構的可靠性和安全性。另外，結構壽命預測還有助于制訂長期的資產管理策略，可以幫助決策者作出關于結構維護、重建或更新的準確決策，以確保橋涵等結構的長期穩(wěn)定運行。

4 案例分析

某城市橋梁為該城市交通的重要組成部分，需要對其結構性能進行評估和監(jiān)測，以確保其安全穩(wěn)定運行。

4.1 靜載試驗分析結果

在靜載試驗中，施加逐漸增加荷載，并記錄了橋梁變形情況，如表1 所示。從表1 中可以觀察到，隨著荷載的增加，橋梁的變形值逐漸增大。這表明橋梁在承受不同荷載時會發(fā)生不同程度的變形，屬正?，F(xiàn)象。同時，參數(shù)1～參數(shù)4 的變形值依次增大，說明橋梁的不同部位在荷載作用下會承受不同程度的變形。靜載試驗結果顯示，橋梁在不同荷載下的變形情況與理論計算結果吻合度高，表明該橋梁具有良好的承載能力和穩(wěn)定性。

表1 某橋梁結構性能試驗分析結果

4.2 動力響應試驗分析結果

動力響應試驗用于測定橋梁的固有頻率和阻尼特性[3]。從表1 中可以看出，在不同試驗中，橋梁的固有頻率值略有不同，這反映了橋梁在不同振動狀態(tài)下的動態(tài)性能差異。由表1 可知，第一次動力響應試驗中的固有頻率為5.2Hz，第二次為4.8Hz。固有頻率值的差異可能受到橋梁結構、材料和荷載等因素的影響。動力響應試驗結果顯示該橋梁的固有頻率值在合理范圍內，并與實際情況相符，表明該橋梁的動態(tài)性能和抗震性能良好。

4.3 疲勞試驗分析結果

疲勞試驗用于分析橋梁的疲勞壽命和耐久性。從表1 中可以看出，橋梁在不同循環(huán)荷載下的疲勞壽命略有不同，這反映了橋梁在長期使用過程中存在耐久性差異，如第一次疲勞試驗中的循環(huán)荷載為100000，橋梁的壽命為95000，第二次為110000，壽命為105000。這些數(shù)據對預測橋梁的使用壽命和制訂維護養(yǎng)護計劃有重要意義。疲勞試驗結果顯示，該橋梁在不同循環(huán)荷載下的壽命與預測模型相符，表明疲勞試驗能夠準確預測橋梁的壽命和耐久性。

總體來說，以上的試驗檢測數(shù)據能夠使相關人員對該橋梁結構性能進行全面了解，使橋梁結構的靜態(tài)承載能力到動態(tài)響應特性，再到長期耐久性能都有可靠的數(shù)據支撐。這些數(shù)據對橋梁的安全評估、結構健康監(jiān)測和壽命預測有重要意義。在實際工程中，通過對試驗檢測數(shù)據的分析，便于制訂出合理的維護計劃，從而確保橋梁的安全運行和可持續(xù)發(fā)展。

5 結語

通過試驗檢測，可以獲得更精確、可靠的結構性能數(shù)據，包括承載能力、動態(tài)響應和耐久性等參數(shù)，為結構的安全評估、健康監(jiān)測和壽命預測提供科學依據。案例分析進一步證明了試驗檢測的可行性和優(yōu)越性，證實了其能夠使橋梁結構的設計、施工和維護更加科學和安全，能夠確保交通運輸?shù)陌踩c穩(wěn)定，推動城市基礎設施的可持續(xù)發(fā)展。