談橋梁結(jié)構(gòu)檢查和檢測(cè)

崔晉陽(yáng)

(山西路橋第一工程有限責(zé)任公司，山西太原 030006)

1 概述

1.1 國(guó)內(nèi)橋梁結(jié)構(gòu)檢查和檢測(cè)現(xiàn)狀

1)“七五”期間，我國(guó)交通部立項(xiàng)開展橋梁管理系統(tǒng)的研究開發(fā)，形成了我國(guó)公路橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)(CBMS)。該技術(shù)主要以現(xiàn)有的公路橋梁為研究對(duì)象，依靠橋梁養(yǎng)護(hù)工程師對(duì)橋梁進(jìn)行定期檢查，將檢查結(jié)果按照不同結(jié)構(gòu)或構(gòu)件權(quán)重打分［1］，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析確定橋梁的狀況等級(jí)，該技術(shù)可以提高公路橋梁管理信息的準(zhǔn)確度，同時(shí)增強(qiáng)對(duì)運(yùn)營(yíng)橋梁的監(jiān)控，針對(duì)橋梁出現(xiàn)的不同問(wèn)題，制定相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)和加固對(duì)策。2)2004年，我國(guó)重修JTG H11-2004公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范，該規(guī)范詳細(xì)規(guī)定了經(jīng)常檢測(cè)、定期檢測(cè)和特殊檢測(cè)的間隔時(shí)間，檢測(cè)內(nèi)容和方法，根據(jù)橋梁各個(gè)構(gòu)件的損毀程度，該損毀對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)使用功能的影響程度和損毀的發(fā)展變化等三個(gè)方面，綜合考慮和分析橋梁各構(gòu)件的損毀對(duì)橋梁整體結(jié)構(gòu)的影響，并提出了綜合評(píng)定方法，根據(jù)該方法規(guī)定的評(píng)分情況，將橋梁劃分為五個(gè)等級(jí)，再根據(jù)相應(yīng)的級(jí)別提出適合的養(yǎng)護(hù)措施。

1.2 國(guó)外橋梁結(jié)構(gòu)檢查和檢測(cè)現(xiàn)狀

1)1987年，美國(guó)紐約州斯科哈里溪公路橋建設(shè)失敗，紐約州交通部開始系統(tǒng)的評(píng)估該橋失敗的原因，制定完成了一套綜合的橋梁管理和安全體系，首次展開對(duì)引起塌橋原因的系統(tǒng)評(píng)估。這套體系構(gòu)成了紐約州交通局通過(guò)制定方針政策，保障橋梁安全和管理決策的核心舉措。同時(shí)，通過(guò)這套健全的橋梁維護(hù)系統(tǒng)，還可保證及時(shí)地指出結(jié)構(gòu)上的缺陷，并根據(jù)要求進(jìn)行處理。該系統(tǒng)包括總體的糾正和周期性的調(diào)整功能，盡量以經(jīng)濟(jì)有效的辦法延長(zhǎng)橋梁壽命。新建工程的結(jié)構(gòu)安全應(yīng)由嚴(yán)格的質(zhì)量保證程序和要求主要結(jié)構(gòu)施工作業(yè)實(shí)行資質(zhì)認(rèn)證來(lái)保證，以確保在役橋梁的結(jié)構(gòu)和在建橋梁的結(jié)構(gòu)安全。2)國(guó)外橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)是建立在混凝土無(wú)破損檢測(cè)技術(shù)和對(duì)鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)模擬技術(shù)的基礎(chǔ)上。

混凝土無(wú)破損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，1930年首次出現(xiàn)了表面壓痕法，1935年格里姆、艾德用共振法測(cè)量混凝土的彈性模量，1949年加拿大的萊斯利、奇斯曼和英國(guó)的瓊斯將超聲脈沖法運(yùn)用于混凝土結(jié)構(gòu)無(wú)破損檢測(cè)中并取得了成功。

鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)模擬技術(shù)，在國(guó)外人們開發(fā)了ANSYS，LS-DYNA，ABAQUS，MSC等有限元應(yīng)用軟件，通過(guò)這些軟件的分析成功的解決了許多實(shí)際的工程問(wèn)題。例如，美國(guó)Kentucky大學(xué)土木工程系的E.Harik和Cincinnati大學(xué)土木工程與環(huán)境工程系的M.Lent與T.Baseheart使用ANSYS軟件成功完成了對(duì)美國(guó)某懸索橋的數(shù)值仿真分析，此外，A.EminAKtan等學(xué)者利用有限元理論及有限元分析軟件對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷狀況評(píng)估［2］。

結(jié)構(gòu)檢測(cè)的設(shè)備在19世紀(jì)以前是相當(dāng)簡(jiǎn)陋的，還沒有能直接量測(cè)結(jié)構(gòu)應(yīng)變的儀器。直至20世紀(jì)20年代～40年代才出現(xiàn)各種類型的應(yīng)變計(jì)。橋梁荷載試驗(yàn)已有100多年歷史，例如1850年英國(guó)建造的最大跨徑為140 m的箱形連續(xù)梁鐵路橋，原設(shè)計(jì)是一座有加勁梁的吊橋，但在建造過(guò)程中，通過(guò)進(jìn)行荷載試驗(yàn)，改變了原設(shè)計(jì)方案。

2 橋梁結(jié)構(gòu)檢查和檢測(cè)

2.1 橋梁結(jié)構(gòu)檢查

橋梁檢查包括橋梁日常巡查和定期檢查兩個(gè)內(nèi)容。

日常巡查:一月一次，通過(guò)日常巡查可隨時(shí)掌握橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)采取相應(yīng)的措施，確保橋梁結(jié)構(gòu)功能正常(由路段養(yǎng)護(hù)人員或橋梁養(yǎng)護(hù)人員檢查)。

定期檢查:每3年～5年一次，通過(guò)定期采集橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)狀態(tài)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，列入橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)，為評(píng)定橋梁使用功能、制定具體橋梁維修計(jì)劃提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(由具有檢查經(jīng)驗(yàn)，受過(guò)專門橋梁檢查培訓(xùn)、熟悉橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面知識(shí)的養(yǎng)護(hù)工程師負(fù)責(zé))［3］。

2.2 橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)

橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)是在橋梁檢查的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的變位、應(yīng)變、動(dòng)力特性參量、裂縫和損害等項(xiàng)目的檢測(cè)，來(lái)證實(shí)橋梁在強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、耐久性和動(dòng)力性能等方面能否滿足安全運(yùn)營(yíng)的要求。

2.2.1 橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)內(nèi)容

橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)內(nèi)容包括橋梁外觀病害檢查、橋梁結(jié)構(gòu)材料檢測(cè)和荷載試驗(yàn)。

橋梁外觀病害檢查:通過(guò)人工現(xiàn)場(chǎng)檢查，根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的外觀損壞狀況打分、評(píng)定類別，為下一步橋梁結(jié)構(gòu)材料檢測(cè)提供了依據(jù)。

外觀病害檢查的主要內(nèi)容有:

1)上部結(jié)構(gòu):支座、上部主要承重構(gòu)件和上部一般承重構(gòu)件;

2)下部結(jié)構(gòu):橋臺(tái)及基礎(chǔ)、橋墩及基礎(chǔ)和地基沖刷;

3)防護(hù)工程:翼墻耳墻和維坡護(hù)坡;

4)橋面構(gòu)造:橋面鋪裝、橋頭跳車、伸縮縫、人行道以及欄桿護(hù)欄;

5)附屬工程:照明標(biāo)志、排水設(shè)施和調(diào)治構(gòu)造物等。

橋梁結(jié)構(gòu)材料檢測(cè):在橋梁外觀病害的基礎(chǔ)上，做進(jìn)一步橋梁結(jié)構(gòu)材料檢測(cè)，檢測(cè)的重點(diǎn)是橋梁結(jié)構(gòu)鋼筋銹蝕情況和混凝土強(qiáng)度檢測(cè)，通過(guò)分析為橋梁可靠性和耐久性的判斷提供了技術(shù)依據(jù)。

結(jié)構(gòu)材料檢測(cè)主要內(nèi)容:

1)混凝土強(qiáng)度檢測(cè):混凝土回彈值、混凝土超聲值和混凝土碳化深度;

2)混凝土氯離子含量、混凝土電阻率和鋼筋銹蝕電位;

3)鋼筋保護(hù)層厚度:鋼筋混凝土保護(hù)層厚度。

橋梁荷載試驗(yàn):根據(jù)橋梁外觀病害檢查和結(jié)構(gòu)材料檢測(cè)的結(jié)果，對(duì)外觀病害和結(jié)構(gòu)材料狀況差的橋梁進(jìn)行荷載試驗(yàn)，荷載試驗(yàn)可分為靜載試驗(yàn)和動(dòng)載試驗(yàn)兩種，通過(guò)對(duì)橋梁按設(shè)計(jì)荷載直接加載，測(cè)試橋梁在最不利荷載作用下的實(shí)際響應(yīng)，進(jìn)一步分析橋梁的工作狀態(tài)，判斷橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載能力［3］。

橋梁荷載試驗(yàn)內(nèi)容:

1)靜載試驗(yàn):不同加載工況;

2)脈動(dòng)試驗(yàn)、隨即試驗(yàn)、行車試驗(yàn)、剎車試驗(yàn)和跳車試驗(yàn)。

2.2.2 橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)

1)橋梁外觀病害檢測(cè)技術(shù):因主要評(píng)定橋梁表面現(xiàn)象，所以以目測(cè)橋梁外觀的檢查方法為主，必要時(shí)輔以簡(jiǎn)單工具和儀器進(jìn)行檢測(cè)，如量尺和放大鏡等。

2)橋梁結(jié)構(gòu)材料檢測(cè)技術(shù):分為無(wú)破損檢測(cè)技術(shù)和局部破損檢測(cè)技術(shù)。

無(wú)破損檢測(cè)技術(shù):采用無(wú)破損的方法測(cè)定混凝土強(qiáng)度、碳化深度、氯離子含量、混凝土電阻率、鋼筋混凝土保護(hù)層厚度和混凝土中鋼筋的銹蝕情況，無(wú)破損檢查應(yīng)用的技術(shù)有:回彈儀檢查的技術(shù);超聲波探測(cè)技術(shù)(脈沖傳遞、脈沖衰減和全息攝影等方法);射線照相或衰減測(cè)定技術(shù)(電磁放射線有χ射線、γ射線、紅外線和紫外線;核子放射線有中子、質(zhì)子和正電子束等);磁力或磁通量探測(cè)技術(shù);染色滲入法;探測(cè)銹蝕狀況的半電池電位測(cè)量;激光全息攝影技術(shù);光學(xué)孔徑儀與光纖維和小型閉路電視錄像機(jī)組合的觀測(cè)技術(shù);振動(dòng)法檢驗(yàn)技術(shù)等［4］。

局部破損檢測(cè)技術(shù):在構(gòu)件上鉆孔取樣，然后進(jìn)行物理化學(xué)分析和力學(xué)性能的檢測(cè)，測(cè)定材料的強(qiáng)度、彈性模量、水泥含量、碳化深度和防水層電阻率等。

3)橋梁荷載試驗(yàn):橋梁靜載是將靜止的荷載作用在荷載的最不利位置，通過(guò)檢測(cè)得到橋梁的靜力位移、應(yīng)變、裂縫和沉降等靜態(tài)參數(shù)。動(dòng)載試驗(yàn)是利用激振方法激起橋梁的振動(dòng)，從而測(cè)定其固有頻率、阻尼比、動(dòng)力沖擊系數(shù)、動(dòng)力響應(yīng)等動(dòng)態(tài)參量。不論是靜載還是動(dòng)載試驗(yàn)，都是通過(guò)相應(yīng)的儀器設(shè)備得到橋梁結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，根據(jù)響應(yīng)分析得到橋梁結(jié)構(gòu)的性能參數(shù)，根據(jù)參數(shù)變化對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷識(shí)別與性能評(píng)價(jià)。

靜態(tài)響應(yīng):損傷識(shí)別主要有系統(tǒng)識(shí)別和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法。

動(dòng)態(tài)響應(yīng):損傷識(shí)別是融合振動(dòng)理論、振動(dòng)測(cè)試技術(shù)、信號(hào)采集與分析等跨學(xué)科技術(shù)的試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法［5］。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的不斷發(fā)展，我國(guó)公路橋梁的發(fā)展也迎來(lái)了一個(gè)新高潮，新建的公路和橋梁越來(lái)越多，但同時(shí)也有許多橋梁進(jìn)入了養(yǎng)護(hù)維修階段，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)橋梁養(yǎng)護(hù)的重視程度，通過(guò)對(duì)橋梁進(jìn)行全面檢測(cè)，運(yùn)用科學(xué)的橋梁檢查和檢測(cè)技術(shù)，檢查出橋梁在每個(gè)階段的問(wèn)題并對(duì)癥下藥的進(jìn)行維護(hù)和處理，確保橋梁長(zhǎng)期安全運(yùn)營(yíng)。

［1］曹固恩.橋梁檢測(cè)技術(shù)綜述［J］.山西建筑，2008，34(28):314-315.

［2］橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)研究與ANSYS模擬分析［D］.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文，2009.

［3］高士華.橋梁檢查與橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)［J］.北京公路，2003(6):21-22.

［4］顧松年，尤文浩，諸德培.結(jié)構(gòu)試驗(yàn)基礎(chǔ)［M］.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，1981.

［5］潘 理.橋梁檢測(cè)技術(shù)研究［J］.山西建筑，2010，36(8):322-323.