淺談橋梁檢測方法及工程應用

寇 偉

(山西省交通科學研究院)

淺談橋梁檢測方法及工程應用

寇 偉

(山西省交通科學研究院)

簡單介紹了橋梁檢測的基本方法、發展前景及工程應用情況。根據某橋梁的實際情況，通過靜、動載試驗分別測定橋梁結構的靜力效應及動力性能，并運用MIDAS技術建立橋梁空間模型對其進行整體分析。結果表明，該橋梁的承載能力及工作性能均滿足規范要求，可以正常運營。

橋梁檢測;承載能力;MIDAS;綜合評定

1 檢測方法簡介

1.1 靜載試驗

橋梁靜載試驗是指按照試驗計劃，將荷載作用在指定的部位，觀察檢測橋梁相應部位的位移、應變、沉降、裂縫等參量的變化情況，根據相應規范的指標要求，評估橋梁結構的工作性能以及承載能力能否滿足要求。

1.2 動載試驗

動載試驗是指采用激振的方法引起橋梁結構振動，隨后測定其振型、動力響應(加速度、動擾度)、固有頻率、動力沖擊系數、阻尼比等橋梁結構特性的試驗方法，從宏觀角度評定橋梁的運營性能及整體的剛度是否滿足要求。

2 檢測方法的發展趨勢

隨著現代科學技術的發展，我國涌現了一批新型檢測手段及方法，例如利用GPRS來實現橋梁檢測的遠程數據傳輸;神經網絡的應用;數字圖像處理技術應用;光纖應變傳感器測試系統的應用;新型橋梁檢測設備研制等等。其中無損檢測方法出現史無前例的發展態勢，無損檢測技術結合現代化的電子計算機先進技術，以應用性物理學及現代材料科學為理論基礎，無損檢測技術以高效快捷的工作平臺得以廣泛運用。上述多門技術使得橋梁檢測正向著便捷、迅速、智能的方向闊步前進。

3 石梁橋橋梁檢測工程實例

3.1 橋梁概況

本橋梁為一座跨線橋，位于R=4 000 m的圓弧平曲線上，標準跨徑20 m，共三孔，雙幅布置，橋梁全長64.74 m;橋梁設計荷載為城市 A級。橋梁下部結構采用1.3 m×1.65 m矩形截面柱式橋墩，承臺為工字形，樁基采用4根Φ120 cm鉆孔灌注樁，樁長30 m。橋臺采用鋼筋混凝土肋式臺，基礎采用Φ120 cm雙排鉆孔灌注樁。樁長22 m。橋面鋪裝均采用5 cm厚瀝青混凝土和8 cm厚現澆C40混凝土，護攔采用鋼筋混凝土防撞護攔。

3.2 檢測目的

為保證該橋的結構安全和正常運營，確定該橋的實際工作狀態，對該橋進行檢測和承載力評定。

3.3 檢測依據

(1)中華人民共和國行業標準.城市橋梁設計荷載標準(CJJ77－98)。

(2)中華人民共和國建設部標準.城市橋梁養護技術規范(CJJ99－2003)。

(3)中華人民共和國交通部標準.公路橋涵設計通用規范(JTG D60－2004)。

(4)中華人民共和國交通部標準.公路橋涵施工技術規范(JTG/T F50－2011)。

(5)中華人民共和國交通部標準.公路鋼筋混凝土及預應力混凝橋涵設計(JTG D62－2004)。

3.4 靜、動載試驗方案和實施過程

(1)試驗孔選擇及測試截面布置

選20 m空心板梁的邊孔為測試孔，根據結構的力學特點，對該結構進行靜、動載試驗。控制截面如圖1所示，各控制截面的位置和控制內力見表1。

圖1 空心板梁控制截面位置示意圖(m)

表1 控制截面的位置和控制內力

(2)測點布置

測試截面應變計和位移計布置如圖2所示。

圖2 空心板梁截面測點布置示意圖(cm)

(3)加載車輛

采用加載車輛示意如圖3。

圖3 加載車輛示意圖

(4)試驗工況及加載方法

為了與檢測的內容相互對應，本測試共分為4種工況，做出各個截面內力影響線圖，再由影響線確定各工況荷載位置。

工況1:順橋方向按照A截面最不利正彎矩一排車布載，橫橋方向四輛車中載。

工況2:順橋方向按照A截面最不利正彎矩兩排車布載，橫橋方向兩輛車偏載，縱向兩排。

工況3:順橋方向按照B截面最不利正彎矩一排車布載，橫橋方向四輛車中載。

工況4:順橋方向按照B截面最不利正彎矩兩排車布載，橫橋方向兩輛車偏載，縱向兩排。

4種工況均需要四輛車。

(5)試驗效率驗算

根據《公路舊橋承載能力試驗鑒定方法》，靜載試驗效率η的取值應為:

其中:S為荷載(標準)作用條件下，對應位置的變位或力的計算值;Ssat為荷載(試驗)作用條件下，對應位置的變位或力的計算值;δ為動力系數。

本橋設計荷載為城－A級，在計算設計標準荷載的效應時，本橋取用計算荷載，即工況I、工況II、工況III、工況Ⅳ采用城A級下的結構效應，其具體計算結果如表2所示。

表2 各試驗工況靜載試驗效率的計算表

(6)動載試驗

以靜載試驗車輛為試驗荷載，以20、30、40、50 km/h 4種不同的速度勻速通過橋梁結構，分別測得其動應變、動撓度、加速度，同時分析其阻尼、頻率、最大動撓度等，然后由最大動撓度和相應靜撓度的比，得出沖擊系數。試驗過程如下。

開始要準備測點打底找平、聯機調試、安裝位移計、粘貼應變計等工作，然后再進行預加載試驗，以檢驗各儀器設備是否準確無誤，以判斷是否進行下一步的正式加載試驗。

靜載試驗完成以后進行動載試驗，為了便于結構恢復彈性變形，保證了結果的可靠性，試驗時每種跑車要實施2次，每次時間的間隔不能小于5 min。

3.5 靜載試驗結果及分析

靜載試驗、動載試驗的理論計算均采用MIDAS技術建立預應力空心板梁橋空間模型來進行橋梁結構的整體分析。用梁格法模擬空心板建立模型，模型共970個單元，1 263節點，試驗結果包括撓度及應變，其中各工況下控制截面校驗系數最大值、最小值和平均值見表3。

表3 橋跨各加載工況校驗系數統計表

續表3

3.6 動載試驗結果與分析

結構自振特性所反應的結構自身動力特性，是動力分析的基本要素。自振特性的分析手段為分離變量法，即把結構坐標變量與時間變量分離以后，再利用系數行列式為零的條件3。

解此關于λ的n次系數特征方程，便可得結構自振頻率及其相對應的振型。以MIDAS技術創建橋梁架構整體模型，再利用子空間迭代的方法數值分析，便得出各階自振頻率及相應振型圖。

橋跨結構為一階振型，由20、30、40、50 km/h的跑車速度激振可以得出，理論一階自振頻率f1=6.04 Hz;對加速度時程曲線進行頻譜分析以后，試驗得到了幅頻特性曲線，同時得出自振頻率及阻尼比，結構實測一階頻率f1=6.05 Hz;試驗由動撓度時程曲線得出最大動撓度，算出與對應靜撓度的比值便得到沖擊系數μ=0.18。

3.7 評定結論

(1)靜載試驗:由《公路舊橋承載能力鑒定方法》得出預應力混凝土橋梁的撓度校驗系數范圍為0.6～1.0，應變校驗系數范圍為0.6～0.9;該橋控制截面的撓度校驗系數均值是0.61～0.66，該橋控制截面的應變校驗系數均值是0.74～0.77，兩者均在規范要求范圍之內;以上說明該橋梁基本仍在彈性工作的狀態，承載能力滿足正常運營要求。

(2)動載試驗:由實驗結果可知，實測自振頻率f1=6.05 Hz略大于理論計算頻率f1=6.04 Hz;實測沖擊系數μ=0.18略小于理論沖擊系數μ=0.20;以上表明該橋梁動剛度滿足規范要求，結構抗沖擊性能良好。

(3)由靜、動荷載試驗結果綜合分析可知，該橋承載能力及工作性能均滿足規范設計要求，檢測結果表明該橋梁可以正常運營。

4 結論

隨著橋梁建設事業的迅猛發展，新型檢測方法層出不窮，但橋梁結構荷載試驗是對橋梁結構性能最可信，也是最直觀明了的檢測方法，在橋梁檢測技術中占據重要位置，并且為新型檢測方法的研究提供科學研究依據;另外，橋梁方法的研究要理論聯系實際，兩者互相依存，缺一不可，只有這樣才能使檢測方法更加完善。

［1］宣紀明，沈福興.橋梁檢測技術研究及工程運用［J］.橋梁建設，2007，(1):158 －160.

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

［3］楊晉，劉濤，章霄羽，許曉，張揚，艾軍.在役簡支空心板橋靜載試驗的有限元分析［J］.常州工學院學報，2012，(1):22－27.

2013－11－07

寇偉(1980－)，男，山西朔州人，工程師。

U445

C

1008－3383(2014)04－0080－02