市政橋梁常規檢測技術分析

余苗苗

（浙江省建設工程質量檢驗站有限公司，浙江杭州750001）

0 引言

市政橋梁對國家的交通運輸、經濟發展起著舉足輕重的作用。市政橋梁安全監測與資料采集是確保市政橋梁安全的一項重要措施。利用橋梁安全監測技術，可以準確地把握市政橋梁的工作狀態，確定市政橋梁的幾何尺寸變化，收集市政橋梁在運行時的線形變化情況，了解市政橋梁的受力情況，分析其變形原因，確定維修和重建費用，確定養護、維修和重建工作的輕重緩急。為了防止市政橋梁倒塌、破壞，降低市政橋梁的事故率，合理進行常規檢測，以確保市政橋梁的安全運營，延長市政橋梁的使用壽命。

1 市政橋梁檢測的目的和作用

1.1 檢測目的

市政橋梁在運行過程中的安全檢查與數據收集是保證橋梁安全、穩定的可靠手段。這些檢查既能全面了解市政橋梁的基本情況，又能分析橋梁的一些變化，發現并解決質量問題。具體而言，市政橋梁檢測的目的可分為以下幾個方面：其一，收集橋梁結構的線形變化數據，確定橋梁內力變化及內力分布，分析原因，確定維修計劃。此外，通過這一工作，可以準確地計算出橋梁養護維修的基本流程和費用。其二，市政橋梁的檢查也應以避免橋梁故障和坍塌為目的，盡量減少橋梁運行中可能出現的問題，確保橋梁及交通的安全。其三，橋梁檢測的目的還在于合理分配橋梁養護管理、維修加固、壽命延長等工作，使各方面工作得以落實，減少橋梁安全事故造成的經濟損失。

1.2 檢測作用

橋梁檢測是一種十分有效的方法，不但能降低運行和維修的工作量，而且能提高行車安全性、節省經濟費用、改善行車體驗。具體而言，檢測的功能可以分為：

其一，橋梁的檢測能使橋梁的安全性得到較大的保障。在現行的市政橋梁設計中，還是按老規范中的荷載要求來進行的。但是，隨著我國汽車數量的增加，橋梁的承載能力也發生了較大的改變。如果按照原有的荷載標準進行設計，將會使其承載能力與實際狀況產生一定的差異。因此，橋梁的檢測能夠及時地發現這種問題，加強橋梁的結構強度，從而保證橋梁的安全。

其二，橋梁的檢測可以節省經濟費用，一座橋梁建成后，維修和管理都要投入一大筆錢。尤其是當一座橋梁發生微小的質量問題時，由于外部環境因素的影響，很可能導致嚴重的安全事故，從而造成嚴重的經濟損失。通過橋梁檢測就能有效地發現這些微觀質量問題，并對其進行優化，從而達到降低安全事故的目的[1]。

2 市政橋梁檢測的具體標準和儀器設備

2.1 具體標準

市政橋梁的檢測并非隨意性的，必須按照相關的檢測標準進行。無論是橋梁結構及其構件性能的檢測，還是相關材料的質量檢測，都需要在相關規范的約束下，對橋梁進行全面的檢測和評估。具體而言，國家出臺了《城市橋梁養護技術標準》（CJJ 99—2017）、《公路橋涵養護規范》（JTGH 11—2004）等詳細標準。此外，我國還制定了一些地方法規和標準，詳細規定了橋梁檢測的內容。橋梁檢測分為定期檢測、專項檢測、日常檢測和應急檢測。

2.2 儀器設備

橋梁檢測所用儀器因檢測項目不同而不同。具體來說，一般采用接觸法和非接觸法測量位移。接觸測量是用偏轉儀、位移傳感器、百分比計、電氣測量和機械測量。非接觸測量由照相機、經緯度測量、計算機化測量等方法完成。前者是較常用的測量方法，比如突然的變化，不規則的截面形狀，彎曲和剪切位置的測量，可用微分尺、導數、應變儀和應力儀測量。橋梁裂縫檢測通常采用帶刻度放大鏡或應變計測量裂縫的產生或載荷。

3 市政橋梁檢測分析

3.1 載荷試驗

本文以一座45m 長，13m 寬的市政人行橋為例展開研究，可以容納消防車通過。上部結構采用15m+15m+15m+15m 三跨C50 預應力鋼筋混凝土現澆連續板，梁高0.9m，橫斷面寬度0.5m 護欄+12m 人行道+0.5m 護欄=13m。橋墩為1m 長的柱體。根據《城市市政橋梁設計規范》(CJJ 11—2011)的要求，考慮到消防車輛的通行情況，其荷載級別為B 類。

3.2 檢測環節

通常情況下，市政橋梁的測試應該包括試驗準備階段、荷載觀測階段、分析總結階段。

3.2.1 在試驗前的準備階段，應做好下列工作：

一是搜集、整理市政橋梁設計文件、施工記錄、監理記錄、原始試驗數據、市政橋梁養護維修記錄等技術數據。

二是對橋面系、承重構件、支座、地基等進行檢測。

三是對設計載荷進行檢驗，并對在擬荷載下的理論內力進行試驗。

四是編制裝載、計量計劃、儀器設備的選用。

五是架設腳手架，安裝測量儀，進行測點的布置與分析。搭建腳手架，布置測量工具，布置測量點和表面加工，布置檢測部件（傳感器），安裝和調試測量設備[2]。可以說，市政橋梁檢驗能否成功，在很大程度上依賴于前期的準備工作。

首先，要統一部署和組織整個測試流程，包括：明確測試目標，查閱有關文獻，搜集設計與計算數據，開發測試方法；本文從理論上分析了市政橋梁的受力測試；負責測試設備的制作，并安排測試人員。

其次，要制訂具體、實際的檢驗計劃。其主要內容有：測試目的、測試要求、裝載方式、測試內容、測試方法、測試步驟、測試過程；檢驗人員的組成與工作，安全措施等。在靜載荷試驗中，應選取試驗用的洞口（墩臺、平臺），并在其上安裝探測架、儀器觀察架。此外，還確定了載荷測試項目（如最大正/負彎矩、撓度、最大支點剪力、墩臺最大垂直力、位移等），確定了當量試驗載荷（如可行車輛、重物）的布置位置、加載方式、載荷分類等。選定載荷和維護時間，確定載荷過程，并對測量點的變化進行嚴密監測（為使測試能夠及時結束，確保測試結果的準確性，必須確定觀測項目。結構最大撓度、支撐沉降、最大拉應力及中性軸位置、支撐附近截面的主要拉應力、活動支撐的變化、裂縫的出現與擴大）。要合理地選取觀察點（以跨中、四分之一點、支點、支座、牛腿、梁端、橋墩等）為宜。選用適當的測量儀，確定讀數原理，對位移、應變、裂縫等進行監測。在市政橋梁動荷載試驗中，要確定試驗內容（以振動頻率、固振、阻尼等為主，荷載自身的大小、方向、頻率、作用規律、動荷載的動荷載、動應力、沖擊系數等）。檢查校準用的儀表、供電、安裝燈具、根據測試計劃安裝感應器、在測試開始之前切斷交通、準備通信工具、進行預試（檢測儀器的運行狀況，并判斷所需的參數是否合理）。

3.2.2 在執行載荷測試的過程中，測試主要按照預先確定的時間表進行。在進行靜載荷試驗時，必須根據現有的試驗數據，將現有的試驗數據和實測數據進行比較，以判斷結構在受力后的性能是否正常，能否進行下一階段的載荷試驗，以保證試驗結構、儀器設備和試驗人員的安全。

3.2.3 在測試前、測試后，對測試結果進行分析、整理，依據相關技術法規、法規和測試目的，做出正確、科學的判斷與評估。首先，要對測量資料進行整理（測量值的修正，測量點的應力計算，撓度的計算，支點的沉降效應的修正，荷載的橫向分布系數的計算），并繪出荷載-變形曲線、結構位置-測量變形曲線，并將測量點的測量值與理論計算值或規范中的規定進行對比。最后，將實測數據與理論計算結果或容許值進行對比。接著用標定系數、允許規范極限、阻尼特性、沖擊系數等指標對其進行評價。

3.3 實際檢測

3.3.1 靜載試驗

靜載荷測試是對靜力工況下各個部件的極限承載能力進行測試。靜載荷測試是衡量市政橋梁結構靜載荷性能的重要方法。在此基礎上，對各點進行檢測，并與理論計算結果進行對比，得出了各點的靜載荷測試結果。若比率為1，則表示測量結果與理論值相符；若比率小于1，則表示該市政橋梁的結構性能較好；若超過1，則表示結構的穩定性較差，必須進行修復或更換。另外，靜載荷的不良組合也應該被確定。這些變形在短期內不會對城市居民的交通安全造成一定的影響，但是，如果這些變形持續時間較長，將會對城市居民的出行造成一定的威脅。

根據市政橋梁的構造特點，本文給出了兩種荷載條件：一是邊跨的最不利荷載；二是最不利的中跨處載荷，裝載是對稱的。

關鍵斷面的應變與變形是試驗研究的重點。在應變測點處，由于橋體截面形狀，應以板梁截面下緣為基礎，以縱向為中心，縱向間隔為3m，每個區段各設3 個，上部邊緣設在接近頂板下緣的腹板一側，每個區段各設2 個。在變形測點處，主要觀察受力邊跨、中跨的變形、橋臺、墩臺等部位的沉降。在變形測量中，市政橋梁荷載作用下，邊跨中段的變形量分別為-0.19mm 和+0.08mm。在荷載作用下，受力邊跨段的變形量為+0.47mm，而在荷載作用下，跨段的變形量為-0.7mm，其最大撓度為-0.70mm（1/21428l)，并且具有更少的變形。結果表明，在市政橋梁和橋墩上，均未發生明顯的沉陷[3]。應變測量的試驗結果表明，在工況一的荷載作用下，梁底斷面應變值分別為+15.41με 和+10.25με 板側；在荷載作用下，梁橋的下斷面應變分別為-11.04με 和-5.48με，板側應變值為-5.48με；在荷載作用下，加載中跨跨中斷面應變分別為-0.88με 和-2.53με 板側。工況二下的最大壓力應變均為-11.04με（與中跨最大壓力應變相當）。在這兩種測試中，其最大壓力應變為-11.04με（0.38MPa)，最大拉伸應變+15.41με（0.53MPa）。

最后，在結構檢算過程中，利用Midas/Civil 軟件對工況一和工況二進行了分析，并將其與實測應變、形變進行了比較。結果表明，在實際工程中，變形檢測系數分別為0.20～0.76、0.15～0.88，說明了構件在剛性、強度方面存在一定的剩余。

3.3.2 動載試驗

市政橋梁的動態載荷試驗是建立在市政橋梁主干試驗的基礎上。該系統保證了市政橋梁在整個結構持續移動的情況下，可以承受車輛的荷載。通過分析，可以將其與市政橋梁自身的受力特性相比較，從而評價其動力性能。做這樣的測試所需的儀器不是很專業，為了獲得更好的效果，還是要有專門的專家來做。比如，在對試驗結果進行統計、修正、誤差分析時，要從結構自身振動頻率出發，對其進行詳細的檢測。首先，采用跑車試驗方案，該車是靜載試驗中的汽車之一，跑車試驗要以5km/h 的間隔進行，即5km/h、10km/h、15km/h。其次，測試動力放大系數。結果顯示：在5km/h、10km/h 下，市政橋梁結構的動力放大系數為0，在15km/h 時為0.24。結果表明，在10km/h 以內，功率放大器的放大作用不顯著，在15km/h 時，放大系數為0.24，無顯著異常。

最后，在結構檢算環節，通過Midas/Civil 軟件對其進行了分析，得到了一階固有頻率6.65Hz 的一階固有頻率，并與實測數據進行了比較，結果顯示該結構的剛度得到了提高[4]。

3.4 總結評價

經市政橋梁靜載荷試驗、動載荷試驗及相應的計算與分析，按規范規定，其結構滿足設計和相關標準。建議在運行期間，加強對該橋的日常維護和定期檢查。同時，市政橋梁的荷載測試也可以從一定程度上反映出其承載力的強度。同時，通過對不同時代的市政橋梁進行測試，可以判斷出不同時代的市政橋梁結構，以及它們對市政橋梁的影響，從而為現代市政橋梁的建設帶來更大的價值。目前，越來越多的研究人員不斷地改進和革新市政橋梁負載測量裝置，使其整體朝著自動化、智能化、操作方便、遠距離、非接觸的方向發展。

4 結語

市政橋梁是一種重要的交通組織，其日常的檢測工作還有待深入的研究。市政橋梁的日常巡查，要注意其對城市交通的影響，保證其正常的安全使用。日常巡查結果除了要保證市政橋梁的安全性能，還要兼顧城市的景觀效應和經濟效益。對市政橋梁進行例行巡查時，要按照每天的車流量，對道路進行合理的分流，并進行安全通報。