市政橋梁結構檢測與安全評估分析

趙偉彬

廣東省建筑科學研究院集團股份有限公司，廣東 廣州 510500

市政橋梁主要分布于市鎮交通運輸較為密集的區域，市政橋梁在實際應用和檢測維護方面承擔著巨大的壓力。為了進一步提高市政橋梁運行質量，規范檢測方法，需要對現有市政橋梁結構檢測和安全評估進行深入分析，掌握有效的檢測、評估方法，保障市政橋梁結構穩定性和通行安全性。

1 橋面構造

橋面構造以及橋跨結構都是橋梁上層結構，具體分為橋面鋪裝、縱橫坡和排水設施、伸縮縫以及伸縮裝置、照明設施、人行道、防水排水系統、欄桿、安全帶、路緣石等，盡管該部分并非在橋梁承力系統內，但局部構造依然存在某些安全隱患，容易影響承力結構的穩定性。

2 橋跨結構與支座

2.1 主梁

橋跨結構即承重結構，屬于橋梁內直接承受交通荷載以及架空的部位，包括支座連接跨橋結構、橋梁墩臺，能夠提供相應的傳力途徑。在整個橋梁結構中，主梁通過自身抗彎能力承擔荷載，同時在豎向荷載影響下對應支撐反力呈現出豎直狀態，梁結構單純承擔剪力和彎矩，并不承擔軸向力。通過分析以往各種市政橋梁結構工程可以發現，經過長期應用后，橋梁結構普遍會出現各種安全隱患，當橋梁處于一種不利荷載條件下時，主梁跨中承擔最高彎矩，而橋梁支承區域承擔著最高剪力，兩處同時是主梁中頻發病害問題的區域，其中所出現的病害問題具體如下：梁體大部分區域滲水，T形梁腹板產生裂縫，主梁底層保護層混凝土基于外力影響產生剝落，預應力混凝土底部箱梁產生裂縫、裂縫數量較多、裂縫覆蓋面積較廣，內嵌鋼筋的外露部分存在嚴重的銹蝕（見圖1），T梁橫隔板出現制造誤差，而連接鋼板同時存在較為嚴重的損壞和銹蝕問題。行車道板出現橫向連接物脫落問題，降低整橋橫向連接能力，容易造成單獨某一行車道板受力過度，產生老化加速現象。

圖1 主梁病害

2.2 支座

支座通常設置在墩臺和橋梁上部結構之間，其主要作用便是將上部結構所受荷載全部傳輸至墩臺當中，能夠更好地適應溫度變化、活載變化、徐變、混凝土收縮等因素產生的轉角、位移、變位等現象，促進橋梁上下部結構實際受力狀況進一步滿足相應的工程要求。橋梁支座形式較為多樣，具體分為特種支座、橡膠支座、鋼筋混凝土支座、鋼支座、簡易支座等。油毛氈支座單純于墩臺頂層和梁底間安設油毛氈墊層，用于對上部結構提供基礎支撐，能夠更好地適應梁端所出現的伸縮變形和細微轉動。經過長期應用，部分橋梁結構內的油毛氈支座容易產生老化現象，橋梁結構的變形和承重能力也不復從前。橡膠支座融合了金屬材料較高的抗壓能力以及橡膠材料較強的變形能力等優勢，借助橡膠不均勻彈性壓縮能夠順利實現轉角目標，借助剪切變形還可以有效進行水平位移，借助其良好的變形能力可以廣泛吸收能量，借助鋼材承重控制橡膠材料變形，通過剪切變形能力進行水平位移，通過較大變形能力全面吸收各種能量，發揮出鋼材承重和對橡膠材料的變形約束作用。通過分析橋梁工程歷史經驗可知，連板式橡膠支座經過長期應用后普遍會出現支座開裂、老化和剪切變形以及鋼盆外部銹蝕等問題。除此之外，部分支座周圍存在大量建筑垃圾堆積，嚴重的情況下還會直接掩埋支座，導致其快速老化，影響其發揮功能。

2.3 下部結構

橋梁下部結構也是支承結構，具體涵蓋墩臺、橋臺和橋墩的連梁以及基礎梁，其主要功能是直接承受上部結構所傳輸的荷載，隨后將自重傳遞至地基。部分大型橋梁設置于通航河道中，橋墩為柱式墩，橋臺則是以重力式橋臺為主。橋臺與橋墩除了承擔上部結構作用，橋墩同時會受到船只、流水壓力和風力等因素的影響，橋臺則需要承受填土車輛荷載以及臺背填土附加側壓力。當橋臺和橋墩處于自然條件和多種荷載影響下時，容易產生各種病害問題。橋墩面臨的安全隱患涵蓋以下幾點：墩身處于船只撞擊影響下，導致表層混凝土脫落；墩身保護層出現大面積混凝土脫落，暴露出內部鋼筋，產生銹蝕問題；鋼筋長銹，比如承臺、蓋梁、墩身等部位產生病害，使保護層出現大面積混凝土脫落；墩身產生明顯裂縫，裂縫長度和寬度較大；橋臺病害涵蓋橋臺石砌臺身表層毀壞、開裂；橋臺雨天滲水；橋臺臺帽鋼筋長銹，保護層混凝土脫落。

3 橋梁結構檢測

3.1 材料檢測

市政橋梁中的結構檢測是一種常規檢測方法，能夠有效確定橋梁技術現狀，借助專用儀器設備，選擇無損檢測方法針對整個橋梁實施全面探傷檢測，分析部分區域損壞原因、范圍和程度，了解損壞后果和潛在安全隱患，以及對橋梁結構的威脅，為進一步評價橋梁承載力、耐久性提供有效參考。在橋梁結構檢測中，除了外觀破損方面的檢測工作，還需要進行荷載試驗和材料、結構檢測。

在對橋梁外觀進行全面檢查的基礎上，對于橋梁中損壞較為嚴重的安全隱患部位，需要檢測橋梁結構材料，了解對應結構材料潛藏的不利影響和運行狀態，準確預測相關發展趨勢，為綜合判斷橋梁可靠性和耐久性提供有效的技術支持。橋梁結構材料的重點檢測內容便是橋梁混凝土鋼筋銹蝕和強度檢測。在混凝土強度相關檢測中，主要利用回彈儀器對混凝土表層回彈值實施檢測，在回彈法條件下，還需要結合碳化深度等因素影響進行全面考慮，而混凝土強度也是對橋梁結構實施評價分析的基礎指標。在檢測混凝土對應保護層厚度和鋼筋分布狀態的過程中，需要選擇專用的厚度檢測設備，針對橋梁結構中的混凝土材料和鋼筋材料實施檢測分析，了解保護層厚度和鋼筋狀況，隨后根據相應的評價標準評定結構材料性能狀態。

3.2 橋梁有限元模型

在橋梁實施荷載試驗前，為了實現預期試驗效果，全面監控整個試驗過程加載進度，需要實施理論計算分析。對于普通T形梁橋，加載試驗的核心便是對T梁橫向連接狀況進行有效檢測?？梢赃x擇正交梁相關鋼鉸接梁法針對橫向分布系數進行準確計算，利用大型的有限元分析軟件模型合理創建單梁模型，同時對其受力狀態進行模擬分析。針對部分較為復雜的結構橋梁，如系桿拱形橋梁，應該創建整個橋梁模型（見圖2），對橋梁受力狀態進行準確模擬。

圖2 系桿拱整體有限元模型

3.3 橋梁荷載試驗

結束結構材料檢測和外觀檢查后，根據最終的檢測結果對其中結構材料狀態較差和破損嚴重的橋梁開展荷載試驗，主要目的便是按照設計荷載針對橋梁進行加載，測試橋梁在不利荷載影響下的具體響應，準確把握橋梁工作狀態，判斷橋梁結構真實承載力。借助動載試驗，還可以針對橋梁結構在動力荷載條件下的強迫振動響應以及動力特征參數，明確處于車輛荷載下的橋梁的使用條件和動力效應，根據等效原則對不同加載狀況進行合理設計，對橋梁實施加載，檢測最不利截面條件下的橋梁的受力狀態和變形狀況，準確判斷荷載下橋梁結構的承載能力和工作狀態。橋梁荷載試驗方法即將各種傳感器設置于橋梁結構主控截面當中，在規定荷載下，借助專業儀器設備準確記錄橋梁變形數據和受力水平。

4 結束語

市政橋梁屬于城市中的大型交通構筑物，在實施常規檢測的過程中，需要展開深入研究探索，積極總結現有檢測經驗，同時綜合市政橋梁檢測過程中的多種影響因素進行考慮，在檢測中確保不會影響城市交通和安全運行。另外，也需要聯系日常車流量做好交通疏導，進行安全交底。