談橋梁結構檢查和檢測

崔晉陽

(山西路橋第一工程有限責任公司，山西太原 030006)

1 概述

1.1 國內橋梁結構檢查和檢測現狀

1)“七五”期間，我國交通部立項開展橋梁管理系統的研究開發，形成了我國公路橋梁養護管理系統(CBMS)。該技術主要以現有的公路橋梁為研究對象，依靠橋梁養護工程師對橋梁進行定期檢查，將檢查結果按照不同結構或構件權重打分［1］，通過對數據的統計分析確定橋梁的狀況等級，該技術可以提高公路橋梁管理信息的準確度，同時增強對運營橋梁的監控，針對橋梁出現的不同問題，制定相應的養護和加固對策。2)2004年，我國重修JTG H11-2004公路橋涵養護規范，該規范詳細規定了經常檢測、定期檢測和特殊檢測的間隔時間，檢測內容和方法，根據橋梁各個構件的損毀程度，該損毀對橋梁結構使用功能的影響程度和損毀的發展變化等三個方面，綜合考慮和分析橋梁各構件的損毀對橋梁整體結構的影響，并提出了綜合評定方法，根據該方法規定的評分情況，將橋梁劃分為五個等級，再根據相應的級別提出適合的養護措施。

1.2 國外橋梁結構檢查和檢測現狀

1)1987年，美國紐約州斯科哈里溪公路橋建設失敗，紐約州交通部開始系統的評估該橋失敗的原因，制定完成了一套綜合的橋梁管理和安全體系，首次展開對引起塌橋原因的系統評估。這套體系構成了紐約州交通局通過制定方針政策，保障橋梁安全和管理決策的核心舉措。同時，通過這套健全的橋梁維護系統，還可保證及時地指出結構上的缺陷，并根據要求進行處理。該系統包括總體的糾正和周期性的調整功能，盡量以經濟有效的辦法延長橋梁壽命。新建工程的結構安全應由嚴格的質量保證程序和要求主要結構施工作業實行資質認證來保證，以確保在役橋梁的結構和在建橋梁的結構安全。2)國外橋梁結構檢測技術是建立在混凝土無破損檢測技術和對鋼筋混凝土橋梁結構模擬技術的基礎上。

混凝土無破損檢測技術的發展，1930年首次出現了表面壓痕法，1935年格里姆、艾德用共振法測量混凝土的彈性模量，1949年加拿大的萊斯利、奇斯曼和英國的瓊斯將超聲脈沖法運用于混凝土結構無破損檢測中并取得了成功。

鋼筋混凝土橋梁結構模擬技術，在國外人們開發了ANSYS，LS-DYNA，ABAQUS，MSC等有限元應用軟件，通過這些軟件的分析成功的解決了許多實際的工程問題。例如，美國Kentucky大學土木工程系的E.Harik和Cincinnati大學土木工程與環境工程系的M.Lent與T.Baseheart使用ANSYS軟件成功完成了對美國某懸索橋的數值仿真分析，此外，A.EminAKtan等學者利用有限元理論及有限元分析軟件對橋梁結構進行損傷狀況評估［2］。

結構檢測的設備在19世紀以前是相當簡陋的，還沒有能直接量測結構應變的儀器。直至20世紀20年代～40年代才出現各種類型的應變計。橋梁荷載試驗已有100多年歷史，例如1850年英國建造的最大跨徑為140 m的箱形連續梁鐵路橋，原設計是一座有加勁梁的吊橋，但在建造過程中，通過進行荷載試驗，改變了原設計方案。

2 橋梁結構檢查和檢測

2.1 橋梁結構檢查

橋梁檢查包括橋梁日常巡查和定期檢查兩個內容。

日常巡查:一月一次，通過日常巡查可隨時掌握橋梁結構狀態，發現問題及時采取相應的措施，確保橋梁結構功能正常(由路段養護人員或橋梁養護人員檢查)。

定期檢查:每3年～5年一次，通過定期采集橋梁結構技術狀態的動態數據，列入橋梁養護管理系統，為評定橋梁使用功能、制定具體橋梁維修計劃提供基礎數據(由具有檢查經驗，受過專門橋梁檢查培訓、熟悉橋梁結構設計等方面知識的養護工程師負責)［3］。

2.2 橋梁結構檢測

橋梁結構檢測是在橋梁檢查的基礎上，通過對橋梁結構的變位、應變、動力特性參量、裂縫和損害等項目的檢測，來證實橋梁在強度、剛度、穩定性、耐久性和動力性能等方面能否滿足安全運營的要求。

2.2.1 橋梁結構檢測內容

橋梁結構檢測內容包括橋梁外觀病害檢查、橋梁結構材料檢測和荷載試驗。

橋梁外觀病害檢查:通過人工現場檢查，根據橋梁結構的外觀損壞狀況打分、評定類別，為下一步橋梁結構材料檢測提供了依據。

外觀病害檢查的主要內容有:

1)上部結構:支座、上部主要承重構件和上部一般承重構件;

2)下部結構:橋臺及基礎、橋墩及基礎和地基沖刷;

3)防護工程:翼墻耳墻和維坡護坡;

4)橋面構造:橋面鋪裝、橋頭跳車、伸縮縫、人行道以及欄桿護欄;

5)附屬工程:照明標志、排水設施和調治構造物等。

橋梁結構材料檢測:在橋梁外觀病害的基礎上，做進一步橋梁結構材料檢測，檢測的重點是橋梁結構鋼筋銹蝕情況和混凝土強度檢測，通過分析為橋梁可靠性和耐久性的判斷提供了技術依據。

結構材料檢測主要內容:

1)混凝土強度檢測: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)鋼筋保護層厚度:鋼筋混凝土保護層厚度。

橋梁荷載試驗:根據橋梁外觀病害檢查和結構材料檢測的結果，對外觀病害和結構材料狀況差的橋梁進行荷載試驗，荷載試驗可分為靜載試驗和動載試驗兩種，通過對橋梁按設計荷載直接加載，測試橋梁在最不利荷載作用下的實際響應，進一步分析橋梁的工作狀態，判斷橋梁結構的實際承載能力［3］。

橋梁荷載試驗內容:

1)靜載試驗:不同加載工況;

2)脈動試驗、隨即試驗、行車試驗、剎車試驗和跳車試驗。

2.2.2 橋梁結構檢測技術

1)橋梁外觀病害檢測技術:因主要評定橋梁表面現象，所以以目測橋梁外觀的檢查方法為主，必要時輔以簡單工具和儀器進行檢測，如量尺和放大鏡等。

2)橋梁結構材料檢測技術:分為無破損檢測技術和局部破損檢測技術。

無破損檢測技術:采用無破損的方法測定混凝土強度、碳化深度、氯離子含量、混凝土電阻率、鋼筋混凝土保護層厚度和混凝土中鋼筋的銹蝕情況，無破損檢查應用的技術有:回彈儀檢查的技術;超聲波探測技術(脈沖傳遞、脈沖衰減和全息攝影等方法);射線照相或衰減測定技術(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、質子和正電子束等);磁力或磁通量探測技術;染色滲入法;探測銹蝕狀況的半電池電位測量;激光全息攝影技術;光學孔徑儀與光纖維和小型閉路電視錄像機組合的觀測技術;振動法檢驗技術等［4］。

局部破損檢測技術:在構件上鉆孔取樣，然后進行物理化學分析和力學性能的檢測，測定材料的強度、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:橋梁靜載是將靜止的荷載作用在荷載的最不利位置，通過檢測得到橋梁的靜力位移、應變、裂縫和沉降等靜態參數。動載試驗是利用激振方法激起橋梁的振動，從而測定其固有頻率、阻尼比、動力沖擊系數、動力響應等動態參量。不論是靜載還是動載試驗，都是通過相應的儀器設備得到橋梁結構的響應，根據響應分析得到橋梁結構的性能參數，根據參數變化對橋梁結構進行損傷識別與性能評價。

靜態響應:損傷識別主要有系統識別和神經網絡等方法。

動態響應:損傷識別是融合振動理論、振動測試技術、信號采集與分析等跨學科技術的試驗模態分析法［5］。

3 結語

隨著我國經濟和社會的不斷發展，我國公路橋梁的發展也迎來了一個新高潮，新建的公路和橋梁越來越多，但同時也有許多橋梁進入了養護維修階段，應當加強對橋梁養護的重視程度，通過對橋梁進行全面檢測，運用科學的橋梁檢查和檢測技術，檢查出橋梁在每個階段的問題并對癥下藥的進行維護和處理，確保橋梁長期安全運營。

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

［2］橋梁結構檢測技術研究與ANSYS模擬分析［D］.哈爾濱:哈爾濱工業大學工學碩士學位論文，2009.

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

［4］顧松年，尤文浩，諸德培.結構試驗基礎［M］.北京:國防工業出版社，1981.

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