橋梁結構檢測技術研究

文/熊漢江、楊麗麗

1 前言

舊有橋梁因為材料性能、自然環境、荷載過大的情況影響之下，會導致混凝土存在裂縫問題，鋼筋碳化與腐蝕等，再加上重型車輛的影響，導致鋼筋結構在運行了一定的時間之后出現結構損壞，極大的威脅了整個項目的運營質量。從具體的情況統計分析發現，我國已經有40%左右的橋梁即將達到設計壽命，所以對于舊橋進行安全性等方面的評估分析，有著極為重要的作用，已經被廣大學者進行研究和使用，能夠使得交通運輸的質量符合標準，滿足現代橋梁的運行需要[1]。橋梁和土木結構的基本形式是相同的，所以在進行結構檢測中主要是進行損傷狀態分析、損傷定位、損傷程度量化和殘余壽命預測等方面，可以通過無損檢測與結構測試技術來實現，能夠充分掌握橋梁的使用性能和效果。

2 橋梁結構檢測內容現狀分析

因為我國地域廣闊，地形條件復雜，各個地區的地質條件相差較大，橋梁建設的需求量大，為我國交通事業的發展起到了極大的促進作用，但是隨著投入運營時間的延長，橋梁的損傷、垮塌等事故比較嚴重，不僅給國家造成巨大的經濟損失，同時還會導致嚴重人員傷亡事故，給社會的發展造成不良的影響。從實際情況分析，橋梁結構安全性檢測沒有按照要求進行，也向我們發出了危險的信號。要充分的重視橋梁安全檢測方面的工作，積極的改進橋梁的性能，從而可以更好地保證橋梁使用性能合格，滿足交通的運行需要。

橋梁結構檢測工作的進行，就是要對結構材料性能檢測、上部結構性能檢測、地基結構性能檢測等等。對于不同部分的檢測，所應用的檢測技術有著很大的差異。所以要結合實際的檢測內容做出有效的改進，能夠提高檢測技術水平，滿足當前的使用標準要求[2]。

首先，結構材料檢測中，應該做好如下幾個方面的工作：橋梁建設中，鋼材的力學性能分析，同時要對砂、石、混凝土等結構性能進行檢測。通常來說，鋼筋混凝土橋梁結構性能檢測中，要做好鋼筋、混凝土強度、銹蝕等情況的檢測，這一部分的檢測一般是通過應用無損檢測技術的方式來實現，可以準確地判定出結構的性能。

其次，上部機構檢測環節，能夠具體的掌握橋梁結構的質量方面，比如橋梁支座和伸縮裝置方面的檢測，或者橋面損壞的情況。這種情況下，應該先明確具體的橋梁等級，然后做好荷載參數的檢測，保證車輛的運行符合要求，不會存在影響車輛通行的情況。

最后，地基檢測環節，應該做好承載力方面的檢測，還要利用管樁檢測或者樁基檢測的方式，做好沉井檢測方式的應用。檢測環節，如果發現墩臺出現了沉降、傾斜、位移等方面的問題，就要做好地基質量檢測，通常都是鉆孔取樣的方式來進行。一般來說，檢測人員必須要明確具體的橋梁檢測內容，選擇合適的檢測技術，讓結構檢測更加的精確。根據實際其能夠來進行保養和維修處理，確保橋梁的使用安全性，延長使用壽命。

3 基于無損檢測技術的橋梁特性分析

無損檢測是應用先進的技術來進行橋梁各個結構性能的檢測，就是不會給橋梁結構產生任何的損害，從而可以滿足檢測的標準[3]。目前比較先進的無損檢測技術包含有超聲波檢測、射線檢測、磁場檢測等方式，能夠對表面和內部結構進行全面的質量檢查。

3.1 表觀與材料的質量檢測

表觀檢查施工是對橋梁的表面結構和構造的尺寸、線型走向、結構病害等方面進行檢查和確定。具體的檢測項目要考慮到不同橋型的特點來進行，然后充分的了解橋梁的運營狀況，判定出其符合的技術等級和具體的技術標準。材料檢測一般都要確定出實際的強度等級、裂縫寬度與深度、碳化嚴重度以及耐久性等方面，綜合掌握各種影響橋梁使用壽命的因素和實際情況，提升結構的制造性能，利用Ansys、SAP 等分析軟件進行橋梁承載力方面的分析和檢測，能夠有效地評價橋梁的結構性能，達到使用的標準。

3.2 常規項目檢測技術

從常規項目進行局部進行檢測，目前應用的成熟檢測方法有沖擊回波技術、聲反射技術、超聲脈沖技術、紅外熱像技術、計算機斷層X 射線掃描技術等。現代社會的高速發展，無損檢測技術水平得到很大的提升，應用范圍逐步加大，效果也在逐步增強。很多先進檢測儀器被廣泛地使用到實踐中，能夠將電、磁、雷達、信號處理等方面的先進技術應用到實踐中，可以使用高新技術來完成橋梁的檢測，比如通過橋面板的雙頻帶紅外線自動溫度成像系統、結構構造的間距檢測技術等方面，可以綜合性的分析橋梁的應用性能。此外，數字以及圖像處理技術也有了很快的發展，例如基于GPRS 技術研發的系統可以實現遠程數據傳輸和神經網絡的應用，可以更好地實現橋梁運行動態的監測。

4 基于結構測試技術的橋梁特性分析

結構測試技術主要是完成整體性的檢測，可以利用模擬加載和應力指標參數的檢測，能夠進行橋梁的使用狀態的鑒定和評估，主要是有靜荷載檢測和動荷載檢測等方面。結構損傷的出現會直接影響剛度、阻尼等參數發生變化，因此，利用施加荷載的方式和相應設備就能夠準確的確定結構性能。利用結構靜力和動力響應量的變化特點，就能夠進行橋梁評價結構損傷情況的判定，然后能夠確定具體的結構分析特點。

4.1 基于靜載試驗的結構測試

靜載試驗是將橋梁結構最為不利的位置來進行設計荷載或者等效荷載中來進行截面靜位移、靜應變、裂縫等方面的檢測，然后就能夠確定橋梁結構的工作狀態。通常來說可以按照要求分成幾個階段，比如試驗設計和分析、加載與觀測、試驗材料分析、結構性能分析等階段[4]。從靜態響應損傷系統識別中進行分析，最為有效的方式是通過結構響應的測量值和原油的理論技術參數來進行模型建立和分析，進行多次的調整和修改處理，就能夠獲得最終的可接受程度和校驗系數η，確定材料的結構性能。選擇使用合適的識別參數來進行系統識別處理，對于鋼筋混凝體梁橋來說，通常可以選取使用梁截面剛度來進行結構模型參數的識別和控制，而其他的橋型來說，能夠轉變成為桿件系統，以桿件的強度來確定出具體的技術參數。

4.2 基于動載試驗的結構測試

橋梁結構動載試驗主要是通過某些激振的方式來讓橋梁進行振動，測定出其固有頻率、阻尼比、振型、沖擊系數等方面的指標，就能夠確定結構的剛性和路面的行駛性能[5]。在具體的操作中，理論數據和實際數據的對比分析，確定橋梁的結構性能，判定出其是否符合實際的交通運行。目前最為普遍的動態分析方法就是系統識別、神經網絡等等。動載的檢測主要是通過動荷載、動力特性和強迫振動效應等方面來進行。橋梁動載試驗的激振方式和測試項目會有著明顯的區別，要結合實際情況確定，可以達到應用的標準。

5 橋梁檢測工程實例

5.1 工程概況

某橋梁共5 跨，總長100m，跨徑組合為5m×20m，上部為簡支鋼筋混凝土“T”梁，每跨5 片“T”梁；下部結構主要是雙柱墩臺與重力式臺基橋臺結構形式。橋面設計成為混凝土鋪裝的形式，總寬度是8m、行車道的寬度是7m，兩側還設置有人行道，其寬度是0.5m。進行該橋梁的檢測主要是掌握其運行的實際情況，了解各個方面的性能，分析形成病害的主要原因，然后給后續的維修和養護提供良好的基礎。

5.2 外觀質量及材料檢測

5.2.1 混凝土裂縫檢測

從檢測結果分析，該橋梁中很多地方都出現了一定的豎向裂縫，但是寬度并未超出危險限制，此時還有部分裂縫已經伸到底部的位置形成了“L”形裂縫。各“T”梁表面均出現10%～20%左右的麻面，對于一些嚴重損傷的部位已經使用水泥砂漿進行修補處理，而梁體淺層結構部分存在麻面修補處理。由于各個墩頂全部都沒有安裝支座的形式，造成了T 梁的端部和蓋梁連接的位置上存在有一定的損壞問題。雖然損傷程度不大，但是也會給整個橋梁的運行造成一定的影響。還有部分墩和墩蓋存在了水侵蝕的影響，出現了部分的鋼筋膨脹反應，局部混凝土出現的剝落的問題。

5.2.2 材質項目檢測

通過使用回彈儀來進行混凝結構強度檢測，然后應用酚酞試劑、深度測量儀來確定具體的混凝土碳化深度，然后需要使用電位法來實現鋼筋銹蝕程度的檢測。從檢測結果分析發現，確定該處混凝土強度符合要求；保護層部分的厚度對于鋼筋混凝土耐久性并不會產生過大的影響；碳化深度平均值在4～5mm 之間，并且保護層厚度平均值不足0.5，評定標準確定為0.2，并不會給鋼筋產生嚴重的銹蝕反應。從混凝土腐蝕情況分析，其銹蝕嚴重性并不確定，所以導致銹蝕的速度并不確定。

5.3 靜載試驗

5.3.1 試驗方案

按照荷載的變化效率進行分析，也就是試驗荷載之下進行截面內力和控制荷載之下的截面最為不利的內力比是0.95～1.05 的荷載設定原則，對于該橋梁的第一跨來進行試驗和分析。試驗中選擇的是汽-15 級來完成對于橋梁截面的最不利內力效應進行數據換算之后確定，按照該橋跨中的受力變化性，在“T”梁的跨中位置布置5 個撓度測點（測量儀器采用百分表）和8 個應變傳感器。

5.3.2 試驗檢測結果最大試驗荷載與分級加載的影響之下能夠讓跨中截面具體的測量參數與理論數據的曲線是吻合的，經過測量之后發現其應變參數值要遠遠小于理論計算的數值。經過試驗荷載檢測之下，發現了T 梁中的最大應變校驗系數為0.84，這就表示其結構強度完全能夠達到要求。梁跨中的最大相對參與應變是6.33%，能夠達到沒有超過20%的標準。各個測量點之下的應變值線性是比較好的，這就表示整個結構是彈性良好的狀態中，能夠達到汽-15 的標準。

5.4 動載試驗

5.4.1 試驗方案

在橋面上行駛車輛，要按照20km/h、30km/h 的速度行駛，然后就是通過跨中來急剎車可以進行受迫振動，然后是檢測確定橋梁的加速度行程曲線。在沒有車輛通行的條件之下，橋梁會自動存在激勵的情況，然后此時檢測確定其固有振動頻率。

5.4.2 試驗檢測結果

靜載自振頻率采用脈動法進行測試，結果如表1 所示。

表1 自振頻率

經過試驗檢測之下發現該階段的頻率要大于理論計算參數，這就表示整個橋梁的剛度超過了理論計算參數，能夠達到標準的要求。

6 結語

橋梁結構的穩定性與安全性是最為關鍵的性能參數，也關系著人們的生命安全，所以需要投入較大的力量進行橋梁結構的安全性檢測，以滿足使用標準。本文以實際橋梁的案例作為基礎進行分析，進行多種病害問題的檢測確定，然后了解形成病害的原因，總結出切實可行的應對措施，能夠保證橋梁的使用性能合格，為今后的橋梁事業穩步發展起到一定的促進作用。