淺議橋梁檢測與評估
2010-09-08 來源：網(wǎng)絡(luò)
一、荷載試驗分類及其準備
1．荷載試驗分類，按所加荷載性質(zhì)，可分為靜載試驗和動力試驗；按加載數(shù)量與標準設(shè)計荷載的比值（包括沖擊系數(shù)在內(nèi)）可分為三種：基本荷載試驗、重荷載試驗和輕荷載試驗。
2．荷載試驗準備：試驗前，需做好充分的準備，這就要求盡可能的收集設(shè)計與施工資料，這也是為確定試驗荷載、布置測點以及以后的測試數(shù)據(jù)的對比分析。這些資料包括橋跨的總體與各截面幾何尺寸、標高、設(shè)計荷載等級、行車道標準、支座和墩臺位置標高及布置，材料的物理力學(xué)性能等。如有可能，一方面，從設(shè)計單位那里索取該橋的控制截面的計算內(nèi)力、計算撓度、影響線和結(jié)構(gòu)的自振頻率等；另一方面，從施工方那里索取該橋的實際尺寸、標高、施工時材料數(shù)據(jù)，尤其是混凝土的強度增長數(shù)據(jù)、彈模數(shù)據(jù)、荷載試驗時混凝土的齡期等。與此同時，還應(yīng)做好實橋調(diào)查工作，對實橋表面的病害，用圖標明病害位置和病害程度；摸清橋址處的供電和交通情況，當(dāng)?shù)氐臍庀笄闆r，有無試驗所需的標準車輛等第一手資料，因為這些都可能影響到事先所擬訂的試驗方案，如能及早發(fā)現(xiàn)情況和問題，就可以對試驗方案進行及時修改。
二、橋梁檢測、評估的內(nèi)容
我國傳統(tǒng)的橋粱檢測內(nèi)容較多，主要是包括外觀檢查和動靜載試驗。其中外觀檢查按橋梁的構(gòu)件分為：橋面系的外觀檢查、橋梁上部結(jié)構(gòu)檢查、支座的檢查、墩臺的檢查、墩臺基礎(chǔ)的檢查；按檢測對象分為：裂縫的檢查、混凝土碳化深度的檢查、混凝土強度的檢查、鋼筋銹蝕的檢查、混凝土保護層厚度的檢查以及鋼筋的分布等。橋梁評估是利用特定信息，分析既有橋梁可靠性并為使橋梁保持一定水平的可靠性而做出相應(yīng)工程決策的過程。在實際評估過程中，對中小橋梁與大型橋梁采取不同的評價方法，橋梁評估的方法大致可分為兩大類，一類是以承載能力評價為主的方法，一類是以狀態(tài)評價為主的綜合評價方法。在大型橋梁評估研究中經(jīng)常采用的一種方法是在橋上建立結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，對反映橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的特性參數(shù)進行部分或全面監(jiān)測，然后以監(jiān)測數(shù)據(jù)與人工檢測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用綜合評價的方法對大型橋梁的安全性做出科學(xué)的評價。中小橋梁由于數(shù)量多，分布廣，一般通過定期或不定期的檢測手段，對橋梁的承載能力做出評價。
三、目前橋梁檢測、評估存在的問題
目前，我國橋梁檢測存在的問題主要有：橋梁檢測技術(shù)落后，橋梁檢測的主要手段仍是目測，評估采用專家評分方法，主觀人為因素較大，有時不能客觀準確反映橋梁的實際情況；檢測儀器設(shè)備落后；檢測復(fù)雜、耗時長、技術(shù)要求高、工作量大，費用高，一些檢測項目必須中斷交通進行，給交通造成不便；沒有充分利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展最新成果和理論，盡管表觀檢測仍然是橋梁檢測的重要手段，但一方面表觀檢測結(jié)構(gòu)的分析方法或理論需要進一步發(fā)展，另一方面逐漸引入先進的檢測技術(shù)更是橋梁管理與養(yǎng)護的發(fā)展趨勢。對大型橋梁結(jié)構(gòu)進行評估是件很復(fù)雜的工作。首先，影響橋梁安全性的因素很多，包括設(shè)計、施工、材料等先天因素及荷載作用、自然環(huán)境、管理養(yǎng)護等后天因素；其次，這些因素對橋梁的影響既有本身的特點，又相互作用，它們給橋梁所造成的損壞，有些可以定量表示，有些無法定量表示，就是可以定量表示的部分各自的量綱定義不同，難以歸一化；第三，從帶病工作的一些橋梁的現(xiàn)狀看，它們的損壞（如裂縫或鋼筋嚴重銹蝕等）己超過安全等級標準，但仍然在工作，即有超出安全指標而沒有破壞的橋梁事例。對大型橋梁結(jié)構(gòu)必須發(fā)展與其規(guī)模功能和影響相協(xié)調(diào)的現(xiàn)代安全維護技術(shù)，并進一步在完善常規(guī)人工監(jiān)控，建立數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立與智能技術(shù)相結(jié)合的橋梁運行狀態(tài)的分析及評價專家系統(tǒng)，最終實現(xiàn)橋梁的現(xiàn)代化管理。
四、橋梁檢測基本方法與技術(shù)
（一）靜載試驗
混凝土橋梁的靜載試驗，一般需進行以下測試內(nèi)容：
1．結(jié)構(gòu)的豎向撓度、側(cè)向撓度和扭轉(zhuǎn)變形。每個跨度內(nèi)至少有三個測點，并取得最大的撓度及變形值，同時觀測支座下沉值。有時測試也為了驗證所采用的計算理論，要實測控制截面的內(nèi)力和撓度縱向和橫向影響線。
2．記錄控制截面的應(yīng)力分布，并取得最大值和偏載特性。沿截面高度不少于5個測點，包括上、下緣和截面突變處。有些結(jié)構(gòu)需測試支點及附近、橫隔板附近剪應(yīng)力和主拉應(yīng)力，此時需將應(yīng)變計布成應(yīng)變花。
3．支座的伸縮、轉(zhuǎn)角，支座的沉降；墩頂位移及轉(zhuǎn)角。
4．仔細觀察是否已出現(xiàn)裂縫，出現(xiàn)初始裂縫時所加的荷載，仔細表明裂縫出現(xiàn)的位置、方向、長度、寬度及卸載后閉合情況。如果結(jié)構(gòu)的控制截面變形、應(yīng)力或裂縫擴展，在尚未加到預(yù)計最大試驗荷載前，己提前達到或超過設(shè)計標準的允許值，應(yīng)立即停止加載，同時注意觀察裂縫擴展情況，撤離儀器和人員。
5．細觀察卸載后的殘余變形。對于特殊結(jié)構(gòu)而言，如懸索橋和斜拉橋，尚需觀察索力和塔的變位并進行支座的測定?；炷翗虻撵o載試驗，對關(guān)鍵控制截面的測試，嚴格在該截面影響線上加載標準荷載車隊，以確定標準車輛在橋上的輪位位置。除了對加載車輛的輪位有所控制外，試驗時溫度是一個重要因素。通常而言，溫度變化一攝氏度，混凝土構(gòu)件將產(chǎn)生十個微應(yīng)變的變形，對于50號混凝土，相應(yīng)于0.35h中a的應(yīng)力誤差。因此，應(yīng)做好溫度補償和收縮補償塊等工作，以直接或間接消除溫度及收縮的影響。
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橋梁結(jié)構(gòu)的動力試驗是研究橋梁結(jié)構(gòu)的自振特性和車輛動力荷載與橋梁結(jié)構(gòu)的聯(lián)合振動特性，其測試數(shù)據(jù)是判斷橋梁結(jié)構(gòu)運營狀況和承載特性的重要指標。眾所周知，橋梁在設(shè)計時，要避免外界的強迫振動源，如風(fēng)、車輛等的頻率與橋跨結(jié)構(gòu)的自振頻率相等，否則會引起過大的共振振幅危及橋梁的使用安全。同理，當(dāng)車輛以某一速度通過橋面時，橋跨的動撓度和動應(yīng)力最大，那么，此時的車速稱為臨界車速。由臨界車速引起的共振將產(chǎn)生動力擴大效應(yīng)并直接影響到橋梁的安全使用，通常用沖擊系數(shù)表示這種擴大效應(yīng)。橋梁的動力試驗，主要是圍繞沖擊系數(shù)做文章，實際的的動力試驗包括以下內(nèi)容：
1．測定橋跨結(jié)構(gòu)在車輛荷載下的強迫振動特性，如沖擊系數(shù)、強迫振動頻率、動位移和動應(yīng)力等。
2．測定橋跨結(jié)構(gòu)的自振特性，如自振頻率、振型和阻尼特性等。橋跨結(jié)構(gòu)的動力試驗，首先必須使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動，然后通過儀器記錄下結(jié)構(gòu)的振動時程曲線，再通過專門的FPT（快速傅立葉轉(zhuǎn)換）儀器，分析出結(jié)構(gòu)的各項振動特性。有兩種方法可模擬外界對結(jié)構(gòu)的動力激振，這其中包括穩(wěn)態(tài)激振和脈動激振。穩(wěn)態(tài)激振包括以一輛或多輛并行滿載車列以不同速度過橋或在橋上制動。而脈動激振可直接利用外界隨機振源。動力分析設(shè)備越來越先進，具有豐富經(jīng)驗的工程師可直接分析輸出結(jié)果。但與之同時的理論分析，與實際情況仍存在相當(dāng)?shù)牟顒e。在進行動力試驗時，應(yīng)注意結(jié)構(gòu)控制截面上的實測最大動應(yīng)力、動撓度和最低標準限值應(yīng)小于標準的容許值。否則容易對橋梁結(jié)構(gòu)造成損壞。
3．無損檢測技術(shù)傳統(tǒng)的無損檢測技術(shù)得到了較大的發(fā)展，目前已有超聲檢測、紅外檢測、聲發(fā)射、自然電位檢測、沖擊回波檢測、磁試驗或X射線檢測、光干涉、脈沖雷達、振動試驗分析等。傳統(tǒng)的檢測方法一般可以對橋梁的外觀及部分結(jié)構(gòu)特性進行監(jiān)測，雖然可以對橋梁局部關(guān)鍵構(gòu)件，節(jié)點可以進行較為合理的損傷的判斷，然而難以全面反映橋梁的整體健康狀況，對于橋梁結(jié)構(gòu)的安全度，剩余壽命難以作出系統(tǒng)評估。一種比較現(xiàn)實的損傷檢測方法可能是綜合整體損傷定位與局部細化檢測兩種手段的技術(shù)。
五、小結(jié)
橋梁檢測是一項復(fù)雜而細致的工作，要求我們檢測人員具有豐富的檢測技術(shù)和經(jīng)驗。近年來我國在橋梁檢測、評估方面逐漸積累豐富資料和經(jīng)驗，橋梁工程的重點已逐步向橋梁的檢測維修與加固方面發(fā)展。
