混凝土橋梁的檢測技術(shù)及其新發(fā)展

1、混凝土橋梁的檢測技術(shù)及其新發(fā)展近幾十年來，我國的江河上和城市內(nèi)，都修建了很多特大和大、中型橋梁，包括鐵路橋梁、大路橋梁、公鐵兩用橋和城市的立交橋等。這些橋梁在建設(shè)中和運(yùn)營管理期間，都需要舉行大量常規(guī)的技術(shù)檢測工作，以確保工程的設(shè)計(jì)要求和施工質(zhì)量及運(yùn)行平安。而同時(shí)很多早期修建的橋梁結(jié)構(gòu)，因?yàn)槟昃檬?，?dǎo)致橋梁局部消失了一些病害，例如，混凝土表面脫落，鋼筋外露；混凝土碳化、鹽蝕嚴(yán)峻，使主要受力截面的抗壓性能受到減弱等等不一而足。因此，今日的橋梁檢測領(lǐng)域不僅僅包括成橋前靜載和動(dòng)力實(shí)驗(yàn)，還涵蓋到大量舊橋的檢測與維護(hù)上，惟獨(dú)通過檢測，評價(jià)其使用牢靠度、估量其剩余壽命，才干為橋梁主管部門的決策供應(yīng)依據(jù)。在

2、我國，混凝土橋梁的檢測技術(shù)經(jīng)過幾十年的進(jìn)展，已比較成熟，但與國外研究的最新技術(shù)相比，還有一定的差距，本文著重推薦混凝土橋梁的檢測技術(shù)在我國及世界范圍內(nèi)的應(yīng)用及其新進(jìn)展。一、混凝土橋梁的檢測技術(shù)混凝土橋梁的檢測離不開荷載實(shí)驗(yàn)。一般來說，有以下狀況需舉行荷載實(shí)驗(yàn)：一是興建的大跨度混凝土橋，尤其當(dāng)采用了新結(jié)構(gòu)、新材料和新工藝的橋跨結(jié)構(gòu)更需舉行荷載實(shí)驗(yàn)；二是需通行特種車輛的新舊橋梁，為保證該橋使用平安，需按實(shí)際輪位和軸重舉行模擬荷載實(shí)驗(yàn)或等效菏載實(shí)驗(yàn)；三是修復(fù)的、改建的或加固的舊橋，為驗(yàn)證工程效果，需舉行驗(yàn)收或鑒定性荷載實(shí)驗(yàn)；四是年久失修，且缺乏設(shè)計(jì)和施工技術(shù)數(shù)據(jù)的舊橋，為推斷是否能承受預(yù)計(jì)的荷載，也

3、需舉行荷載實(shí)驗(yàn)。（一）荷載實(shí)驗(yàn)分類及其打算1.荷載實(shí)驗(yàn)分類，按所加荷載性質(zhì)，可分為靜載實(shí)驗(yàn)和動(dòng)力實(shí)驗(yàn)；按加載數(shù)量與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)荷載的比值（包括沖擊系數(shù)在內(nèi)）可分為三種：基本荷載實(shí)驗(yàn)、重荷載實(shí)驗(yàn)和輕荷載實(shí)驗(yàn)，本文著重闡述靜載實(shí)驗(yàn)和動(dòng)力實(shí)驗(yàn)。2.荷載實(shí)驗(yàn)打算：實(shí)驗(yàn)前，需做好充分的打算，這就要求盡可能的收集設(shè)計(jì)與施工資料，這也是為決定實(shí)驗(yàn)荷載、布置測點(diǎn)以及以后的測試數(shù)據(jù)的對照分析。這些資料包括橋跨的總體與各截面幾何尺寸、標(biāo)高、設(shè)計(jì)荷載等級、行車道標(biāo)準(zhǔn)、支座和墩臺位置標(biāo)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(jì)單位那里索取該橋的控制截面的計(jì)算內(nèi)力、計(jì)算撓度、影響線和結(jié)構(gòu)的自振頻率等；另一方面

4、，從施工方那里索取該橋的實(shí)際尺寸、標(biāo)高、施工時(shí)材料數(shù)據(jù)，尤其是混凝土的強(qiáng)度增長數(shù)據(jù)、彈模數(shù)據(jù)、荷載實(shí)驗(yàn)時(shí)混凝土的齡期等。與此同時(shí)，還應(yīng)做好實(shí)橋調(diào)查工作，對實(shí)橋表面的病害，用圖標(biāo)明病害位置和病害程度；摸清橋址處的供電和交通狀況，當(dāng)?shù)氐臍庀鬆顩r，有無實(shí)驗(yàn)所需的標(biāo)準(zhǔn)車輛等第一手資料，由于這些都可能影響到事先所擬訂的實(shí)驗(yàn)方案，如能及早發(fā)覺狀況和間題，就可以對實(shí)驗(yàn)方案舉行準(zhǔn)時(shí)修改。（二）靜載實(shí)驗(yàn)混凝土橋梁的靜載實(shí)驗(yàn)，一般需舉行以下測試內(nèi)容：1.結(jié)構(gòu)的豎向撓度、側(cè)向撓度和扭改變形。每個(gè)跨度內(nèi)至少有三個(gè)測點(diǎn)，并取得最大的撓度及變形值，同時(shí)觀測支座下沉值。有時(shí)測試也為了驗(yàn)證所采用的計(jì)算理論，要實(shí)測控制截面的內(nèi)

5、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(gè)測點(diǎn)，包括上、下緣和截面突變處。有些結(jié)構(gòu)需測試支點(diǎn)及附近、橫隔板附近剪應(yīng)力和主拉應(yīng)力，此時(shí)需將應(yīng)變計(jì)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.認(rèn)真觀看是否已消失裂縫，消失初始裂縫時(shí)所加的荷載，認(rèn)真表明裂縫消失的位置、方向、長度、寬度及卸載后閉合狀況。倘若結(jié)構(gòu)的控制截面變形、應(yīng)力或裂縫擴(kuò)展，在尚未加到預(yù)計(jì)最大實(shí)驗(yàn)荷載前，已提前達(dá)到或超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的允許值，應(yīng)立刻停止加載，同時(shí)留意觀看裂縫擴(kuò)展?fàn)顩r，撤離儀器和人員。5.細(xì)觀看卸載后的殘余變形。對于特別結(jié)構(gòu)而言，如懸索橋和斜拉橋，尚

6、需觀看索力和塔的變位并舉行支座的測定?；炷翗虻撵o載實(shí)驗(yàn)，對關(guān)鍵控制截面的測試，嚴(yán)格在該截面影響線上加載標(biāo)準(zhǔn)荷載車隊(duì)，以決定標(biāo)準(zhǔn)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，實(shí)驗(yàn)時(shí)溫度是一個(gè)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(gè)微應(yīng)變的變形，對于50號混凝土，相應(yīng)于0.35吻a的應(yīng)力誤差。因此應(yīng)做好溫度補(bǔ)償和收縮補(bǔ)償塊等工作，以直接或間接消退溫度及收縮的影響。（三）動(dòng)力實(shí)驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力實(shí)驗(yàn)是研究橋梁結(jié)構(gòu)的自振特性和車輛動(dòng)力荷載與橋梁結(jié)構(gòu)的聯(lián)合振動(dòng)特性，其測試數(shù)據(jù)是推斷橋梁結(jié)構(gòu)運(yùn)營情況和承載特性的重要指標(biāo)。眾所周知，橋梁在設(shè)計(jì)時(shí)，要避開外界的強(qiáng)迫振動(dòng)源，如風(fēng)、車輛等

7、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平安。同理，當(dāng)車輛以某一速度通過橋面時(shí)，橋跨的動(dòng)撓度和動(dòng)應(yīng)力最大，那么，此時(shí)的車速稱為臨界車速。由臨界車速引起的共振將產(chǎn)生動(dòng)力擴(kuò)大效應(yīng)并直接影響到橋梁的平安使用，通常用沖擊系數(shù)來表示這種擴(kuò)大效應(yīng)。橋梁的動(dòng)力實(shí)驗(yàn)，主要是圍繞沖擊系數(shù)做文章，實(shí)際的的動(dòng)力實(shí)驗(yàn)包括以下內(nèi)容：1.測定橋跨結(jié)構(gòu)在車輛荷載下的強(qiáng)迫振動(dòng)特性，如沖擊系數(shù)、強(qiáng)迫振動(dòng)頻率、動(dòng)位移和動(dòng)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(dòng)力實(shí)驗(yàn)，首先務(wù)必使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)，然后通過儀器記錄下結(jié)構(gòu)的振動(dòng)時(shí)程曲線，再通過特地的FFT（迅速傅立葉轉(zhuǎn)換

8、）儀器，分析出結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)振動(dòng)特性。有兩種方法可模擬外界對結(jié)構(gòu)的動(dòng)力激振，這其中包括穩(wěn)態(tài)激振和脈動(dòng)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(dòng)。而脈動(dòng)激振可直接利用外界隨機(jī)振源。動(dòng)力分析設(shè)備越來越先進(jìn)，具有豐盛閱歷的工程師可直接分析輸出結(jié)果。但與之同時(shí)的理論分析，與實(shí)際狀況仍存在相當(dāng)?shù)牟顒e。在舉行動(dòng)力實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)留意結(jié)構(gòu)控制截面上的實(shí)測最大動(dòng)應(yīng)力、動(dòng)撓度和最低標(biāo)準(zhǔn)限值應(yīng)小于標(biāo)準(zhǔn)的容許值。否則簡單對橋梁結(jié)構(gòu)造成損壞。二、國內(nèi)外檢測技術(shù)的一些最新進(jìn)展在美國，每年有大量的橋梁急需修理，為了確保橋梁的修理經(jīng)費(fèi)的合理使用，美國大路管理局?jǐn)M采用一種貝葉斯預(yù)報(bào)技術(shù)，將以前的檢測數(shù)據(jù)和工程

9、推斷組合起來，可清晰的考慮到測量的錯(cuò)誤，將建立在工程評價(jià)和從前的閱歷信息上融入到將來的混凝土橋梁衰變預(yù)報(bào)中，并可隨時(shí)將新的檢測數(shù)據(jù)增添到已有橋梁的管理系統(tǒng)中的架構(gòu)中。這種技術(shù)現(xiàn)已運(yùn)用于克羅拉多州的一座預(yù)應(yīng)力橋梁上。美國大路管理局早已開頭對美國國內(nèi)全部的橋梁的基本數(shù)據(jù)建庫，并可將以后的檢測所獲得數(shù)據(jù)不斷的更新數(shù)據(jù)庫中的內(nèi)容。美國AASHTO已建立起DATAPAVE路面長期管理使用性能數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，信任不久其相應(yīng)的橋梁數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)也將建立起來。我國上海市現(xiàn)已著手建立上海市城市橋梁管理系統(tǒng)，它通過對橋梁的不同部位舉行評價(jià)，通過加權(quán)匯總成全橋的橋梁缺損情況值（Bcl），最后得出該橋的使用牢靠度，這種分析充分運(yùn)用了迷糊數(shù)學(xué)的學(xué)問。目前，將損傷力學(xué)用于橋梁表面病害、故障檢測，已有不少成績間世，有學(xué)者認(rèn)為可用它粗略估量老橋梁的殘余壽命。多學(xué)科的交錯(cuò)大大進(jìn)展了橋梁的檢測理論，這標(biāo)志著以后橋梁牢靠度綜合評價(jià)技術(shù)進(jìn)展的方向，檢測方法的進(jìn)展也是日新月異。過去斜拉橋的斜拉索發(fā)生斷索事故，無從知曉?，F(xiàn)在，使用磁漏檢測技術(shù)可直接檢測出是否斷索和斷索部位。樁基實(shí)驗(yàn)方法也已有大的突破。應(yīng)用波動(dòng)方程的解析