芻議公路橋梁工程試驗檢測的應用分析

【摘 要】本文以道路橋梁試驗檢測技術為研究對象，通過某實際案例對路橋工程的試驗檢測技術具體分析。希望能夠為今后相關實踐工作的開展提供一定的參考與幫助。

【關鍵詞】公路橋梁；工程應用；承載力

1.公路橋梁檢測的原因

公路橋梁需要檢測的原因包括如下幾個方面：a）公路橋梁沒有完全按照設計標準和施工資料以及規范作為保證質量依據；b）公路橋梁的施工質量較差，不能符合設計和規范要求；c）公路橋梁在竣工運營一段時間后就發現了較為嚴重的病害，對橋梁承載力產生了重要影響；d）公路橋梁的質量滿足了既定的要求，但是要求進一步提高它們的使用壽命和承載力；e）為了獲得更豐富的當地的相關資料，公路橋梁需要進行相應的超設計標準的檢測。

此外，目前一些短期的檢測工作已經難以滿足現在大型公路橋梁的長期的安全運營和使用的質量要求，故需要對它們進行長期的健康監控。

2.工程概況

某公路鋼筋混凝土橋橋上部結構為16跨混凝土簡支雙T梁橋，單跨11m，主橋全長176m，橋面寬8.5m，下部橋墩采用兩頭帶圓弧端的矩形墩，橋臺采用矩形實體式橋臺。該橋于上世紀五十年代投入使用，由于該橋設計資料已丟失，加上年久失修，在此試驗之前已經被評定為危橋。為分析該橋具體狀況，以便確定處置措施，對該橋梁進行了荷載試驗檢測工作。

3.檢測內容

本次檢測主要包括三方面的內容：全橋外觀檢測、靜載試驗檢測和動載試驗檢測。

（1）外觀檢測內容包括表觀缺陷檢查、混凝土強度檢測、碳化深度檢測、鋼筋銹蝕檢測、鋼筋保護層厚度檢測。

（2）靜載荷載試驗內容包括檢驗主梁結構最大正彎矩截面正截面強度；檢驗主梁結構最大撓度控制截面豎向剛度。

（3）動載荷載試驗內容包括結構振動的最大振幅值maxA，對數衰減率d與阻尼比z；結構振型的測定，結構的固有頻率 ；汽車不同運行速度時的沖擊系數m。

4.外觀檢測

4.1 構件表觀缺損狀況的檢查

對于橋梁結構構件表觀缺陷狀況，應參照《城市橋梁養護技術規范》（CJJ 99-2003））橋梁檢查規定的要點，按照橋梁各結構部件的劃分，對橋梁外觀使用狀況進行現場檢查、打分、評分。可以得出橋梁狀況指數BCI為87.09，橋梁屬于B級。

4.2 混凝土碳化深度檢測

鋼筋混凝土結構物，鋼筋處于混凝土的堿性保護中，混凝土碳化深度一旦達到鋼筋，鋼筋就會失去保護，當條件成熟，就會發生銹蝕，另外碳化的混凝土硬度增加，但強度卻降低，致使結構的實際有效截面折損，本次對混凝土碳化深度的檢測采用現場鉆孔，然后噴酚酞試劑的方法測試。

檢測結果：混凝土碳化深度平均值為14.4mm，由于混凝土碳化深度小于混凝土保護層厚度，因此由混凝土碳化引起的鋼筋銹蝕的可能性很小。

4.3 回彈法測試混凝土強度

混凝土強度檢測主要以回彈檢測為主。檢測對象為T梁構件，進行抽查檢測。

根據《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》（JGJ/T 23-2011） ，對所測構件進行強度評定，檢測方法完全按照上述規范中的要求進行操作，測了10個測區的構件，每個測區面積20cm×20cm，每測區16個測點，測試儀器采用ZC3—A型回彈儀。處理數據時，每個測區16個測點的回彈值中去掉3個最大值和3個最小值，余下10個回彈值進行如下各項數據處理，計算各測區的混凝土強度。由于該橋設計資料已丟失，無法確定混凝土設計強度。實測構件混凝土強度推定值在31.24 MPa～41.79 MPa之間。

4.4 鋼筋銹蝕測試

采用半電池電位試驗方法檢測鋼筋銹蝕狀態，該法通過測定鋼筋、混凝土與在混凝土表面上參考電極之間連成的系統所反應的電位差來評定。鋼筋混凝土構件不論尺寸如何，鋼筋保護層多厚均可用此方法來檢定鋼筋的銹蝕狀態。按參考評定準則，有銹蝕活動性，但銹蝕狀態不確定，可能腐蝕。

4.5 混凝土保護層檢測

混凝土保護層為鋼筋提供了良好的保護，其厚度和分布的均勻性是影響鋼筋耐久性的重要因素。本次檢測采用非破損檢測方法確定鋼筋位置，輔以現場修正確定保護層厚度。每種構件選取10個測區，每個測區測10個測點進行保護層厚度測量。由于該橋資料已經丟失，假設混凝土保護層設計值為30mm。測量儀器采用鋼筋位置測定儀和保護層厚度測試儀。混凝土保護層厚度特征值/設計值均大于0.95，混凝土保護層厚度對鋼筋耐久性影響的評定標度為1。

5.橋梁檢算

為掌握該橋的結構特點和受力性能，對結構進行分析，以得到結構各控制斷面在恒載、活載作用下的設計內力，為荷載試驗及正確判斷該橋的現有狀態提供依據。

本文采用同濟大學的Dr.Bridge建立的平面桿系模型，在用Dr.Bridge進行直線橋梁結構計算時采用常規的位移法，即先形成單元剛度矩陣，經坐標轉換后形成總剛度矩陣，形成荷載右端項，求解結構位移列陣，據此得到節點位移、單元內力以及支承反力，在此基礎上考慮施工階段，采用增量理論，逐步推進獲得最終結構效應。

在橋梁技術檢查的基礎上，依據現行的設計規范及公路橋梁承載力檢測評定規程對結構進行檢算。橋梁檢算表明，按公路-I級荷載進行驗算，主梁跨中斷面的抗彎承載力、正常使用極限狀態下的裂縫寬度和斜截面的抗剪承載力均不能能夠滿足公路-I級荷載的驗算要求。驗算結果表明：該橋不滿足公路-I級荷載要求。

6.靜載試驗

本次荷載試驗采用2輛重約13t的三軸載重汽車加載模擬公路-I級荷載，針對本橋加載工況，根據試驗測試的目的和承載力評定需要，主要測試主梁跨中最大正彎矩應變和撓度。

在試驗荷載作用下，試驗孔主梁跨中撓度的相對殘余變形均大于20%，表明橋跨結構不處于彈性工作狀態；在試驗荷載作用下，試驗孔主梁的撓度校驗系數均大于1，大于混凝土梁橋撓度校驗系數η的常見值0.7～1.0的下限值。說明該梁的豎向剛度不滿足公路-I級荷載的設計和使用要求。

主梁混凝土應變分析表明，控制斷面混凝土沿梁高的變化已經不符合受彎構件的平面假設；主梁混凝土應力效驗系數最大值為9.46，已經超出混凝土梁橋應力效驗系數的常見值0.4～0.8之間，說明該橋已經不能滿足公路-I級荷載設計要求。

7.動載試驗

動載試驗需要完成以下二方面內容：

脈動試驗：在橋面的特定位置設置加速度傳感器，進行振動信號采集，獲得主梁的振動頻率，這些頻率可用于結構的參數分析，進一步確定結構的剛度和質量分布情況。

無障礙行車試驗：采用1輛重130kN的翻斗車勻速駛過主橋，行駛速度分別為10km/h、20km/h 、30km/h，每種車速情況下進行1次往返跑車試驗。在橋面上進行拾振，記錄結構在不同車速下的振動響應。本試驗可以得到車輛對結構的沖擊系數，建立沖擊系數與車速的關系曲線，可以獲得最不利車速。

得出如下結論：沖擊荷載下橋跨結構自振頻率 =8.35Hz，理論計算所得的主梁自振頻率 =7.72Hz，實測數據大于理論數據。

跑車作用下結構的實測阻尼比4.87%，而橋梁常見阻尼比范圍在0.22%～5.73%，實測阻尼比介于橋梁常見阻尼比范圍內。在不同車速下的沖擊系數的實測結果表明，該橋具有較大的沖擊系數，沖擊系數隨車速的增大而增大，在時速為30km/h時，沖擊系數達1.4538，表明該橋具有較大振動，這主