基于FWD的橋梁鉸縫健康狀況測試與評價方法

夏姝麗

（上海浦江橋隧運(yùn)營管理有限公司，上海 200231）

0 引言

在空心板梁構(gòu)成的公路橋梁上，板梁間的連接是通過鉸縫實(shí)現(xiàn)，從而可將交通荷載均勻分配到整個橋面體系中。可以看出，鉸縫對于板梁橋的整體受力及橋面板結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性起到至關(guān)重要的作用[1-2]。鉸縫的健康狀況直接決定了橋面結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度，一旦出現(xiàn)破壞，易導(dǎo)致橋面系板梁局部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性的問題。橋面鋪裝乃至整個橋面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度都將快速衰減，嚴(yán)重影響橋梁健康與行車安全[3-4]。目前對于鉸縫的測試及維修通常是在橋面鋪裝已出現(xiàn)明顯的破壞，需要進(jìn)行維修時才進(jìn)行。此時，通常都需要采用復(fù)雜的工藝，占用有效通行時間對橋梁鉸縫進(jìn)行修復(fù)。如何對于橋梁鉸縫、面板以及鋪裝的使用狀況進(jìn)行早期的判斷和損傷識別，這方面的研究和應(yīng)用還比較缺乏，尚沒有成熟的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。雖然有些研究和應(yīng)用人員已經(jīng)意識到這種必要性，但系統(tǒng)的總結(jié)和成熟的經(jīng)驗(yàn)很缺乏。因此需對橋梁進(jìn)行鉸縫狀況的早期診斷，及時采取措施，以有效延長橋梁結(jié)構(gòu)及鋪裝使用壽命，提高安全性。

1 基于FWD的鉸縫狀況測試方法

目前，評定公路橋梁鉸縫破損程度的方法一般采用在橋面上加載的方法進(jìn)行測試與評價，結(jié)合在板梁之間的橫向荷載傳遞能力判斷鉸縫是否健康。但荷載試驗(yàn)代價較大，且需較長時間的交通封閉[5]，而采用FWD動態(tài)彎沉評價鉸縫破損程度具有方便快捷、安全準(zhǔn)確的特點(diǎn)。這一特點(diǎn)，對于正在運(yùn)行中的公路橋梁，尤其是大交通量的重載公路，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，也是運(yùn)維管理中迫切需要的。

當(dāng)所需檢測的公路橋梁，其交通便于封閉時，可將FWD檢測車在垂直于鉸縫的方向上檢測鉸縫橫向鉸接能力，如圖1所示。當(dāng)待檢橋梁交通不便于封閉時，為減小試驗(yàn)空間，降低對交通的影響，可將FWD檢測車在與鉸縫呈30°夾角的方向上檢測鉸縫橫向鉸接能力。這樣可以減少落錘式彎沉測試時對于車道的占用，為不中斷交通提供條件。

根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，公路橋梁的鉸縫通常從跨中開始破壞，因此現(xiàn)場檢測時，首先在橋梁跨中檢測橫斷面上分布的各條鉸縫，然后縱向?qū)χ鴺蝾^方向每間隔L（取5～10m）選下一個斷面，然后在橫向進(jìn)行同樣的測試。

2 橋梁鉸縫健康狀況評價方法

由于目前基于落錘式彎沉儀（FWD）檢測橋梁鉸縫尚無明確的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，因此參考JTG D40—2011《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》的水泥混凝土板塊接縫傳荷能力的方法來評定鉸縫傳荷能力，所采用的計(jì)算公式如下：

圖1 垂直于鉸縫方向檢測鉸接能力

式中，kj為鉸縫鉸接能力系數(shù)；ωu為未受荷板接縫邊緣處的彎沉值，mm；ω1為受荷板接縫邊緣處的彎沉值，mm。

將鉸縫鉸接能力分為4個等級，分級標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 鉸縫鉸接能力分級標(biāo)準(zhǔn)

為更準(zhǔn)確地評價鉸縫的鉸接能力，在檢測過程中考慮鉸縫10cm的寬度，將荷載盤邊緣置于受荷板邊緣，1號傳感器距離受荷板邊緣15cm，2號傳感器位于鉸縫中心，3號傳感器距離鉸縫邊緣5cm。由于水泥混凝土結(jié)構(gòu)剛度很大，整體受力均勻，可基于D1、D2、D3的彎沉檢測數(shù)據(jù)采用插值的方法得到鉸縫邊緣處的彎沉ωl、ωu，進(jìn)而求得鉸縫鉸接能力系數(shù)，測試如圖2所示。簡化后的計(jì)算公式如下：

式中，為鉸縫鉸接能力系數(shù)；D1為荷載中心傳感器測得彎沉值；D2為2號傳感器（距荷載中心20cm）測得彎沉值；D3為3號傳感器（距荷載中心30cm）測得彎沉值。

圖2 FWD檢測車檢測橋梁鉸縫方案

3 工程應(yīng)用

為驗(yàn)證所提出的基于落錘式彎沉儀測試橋梁鉸縫健康狀況方法的可行性，選取某高速公路在大修之前的某一座公路橋梁進(jìn)行現(xiàn)場測試。現(xiàn)場測試方案為：在橋梁橫向方向上，由北向南依次對橋梁鉸縫進(jìn)行編號，采用上節(jié)檢測方法對3個斷面上編號1～6的鉸縫鉸接能力進(jìn)行檢測，測試結(jié)果如表2所示。

表2 現(xiàn)場1～6號鉸縫傳荷系數(shù)計(jì)算結(jié)果

由表2可看出：第2，4條橋接縫位于第2車道邊緣，承受更多荷載作用，鉸接能力相對差，尤其是朝西方向，由于重車較多，并且現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)鉸縫破壞也較為嚴(yán)重。根據(jù)評定標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到良好，其余鉸縫傳荷狀況均較好，達(dá)到優(yōu)等。

從該工程案例可看出，使用本文提出的基于落錘式彎沉儀（FWD）的橋梁鉸縫的健康檢測方法具有可操作性，現(xiàn)場實(shí)施較為方便，客服了傳統(tǒng)橋梁鉸縫測試的一些缺點(diǎn)，測試結(jié)果與實(shí)際狀況也較為吻合，可作為今后對于橋梁鉸縫健康狀況進(jìn)行快速檢測的有效方法。