橋梁工程檢測技術
2010-09-08 來源：網絡
我國規(guī)定，新建橋梁必須進行竣工驗收，通過檢測來判斷橋梁的健康狀況。另外，隨著時間的推移，越來越多的橋梁將達到或接近設計基準期，或因各種原因發(fā)生結構性的損傷，老化現(xiàn)象明顯，服役橋梁能否繼續(xù)使用已成為有關部門亟待解決的問題。如何對現(xiàn)役橋梁的結構承載力進行科學合理的評定，最有效、最直接的辦法同樣是橋梁檢測。橋梁檢測是對橋梁結構進行包括橋梁檢查和必要的理論驗算以及結構荷載試驗等內容的一系列工作，并據此對橋梁結構進行綜合分析，作出符合實際的技術結論。
一、資料收集
資料收集涉及的細節(jié)很多，如設計資料里面有計算書、設計圖紙、修改圖紙以及地質資料等；施工資料里面包括各個階段的竣工圖紙、竣工說明書、材料試驗資料及施工記錄竣工驗收資料等；歷史上通過的特種車輛、交通量狀況、養(yǎng)護維修的資料等。對于某些曾經維修、加固過的橋梁，還需要收集工程有關的養(yǎng)護、維修、加固等方面的資料。還有一些與之有關的自然環(huán)境或者自然災害（洪水、地震、凍土、泥石流等）的資料也有必要收集。
二、表觀檢查
橋梁的外觀檢查主要內容可歸納成如下幾個方面：（一）橋面系的外觀檢查。橋面系的外觀調查可以按橋面系組成部分：橋面鋪裝、伸縮縫裝置、橋面排水設施、欄桿、扶手及人行道、照明設備和交通設施等依次檢查。（二）橋梁上部結構的檢查。橋梁上部結構是橋梁的主要承重結構，它往往由許多基本構件組成，例如梁、板、拱肋（片）等。（三）支座的檢查。支座的檢查主要是檢查支座有沒有出現(xiàn)常見的如老化、開裂、銹蝕或松動等病害。對于不同的支座類型，病害也各不相同。（四）橋梁墩臺的檢查。橋梁墩臺的檢查主要是墩臺臺身缺陷及裂縫檢查，墩臺變位（沉降、位移、傾斜）的檢查。（五）橋梁基礎的檢查。對于墩臺基礎的檢查，主要指墩臺基礎的沖刷情況和缺陷情況的檢查。
三、材料檢測
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隨著時間的推移，橋梁會產生一些變化。比較大的橋梁通常會有同期的試塊用以確定強度。對于沒有試塊的橋梁，目前測試方法主要有回彈法（即Schmidt錘法或表面硬度法）、超聲波法、超聲波一回彈綜合法、貫人法、斷裂法、取芯樣試驗法等?；貜椃ā⒊暡ǚㄒ约熬C合法是屬于非破損測試方法，應用較廣泛，不少國家已有指南或標準。當由專業(yè)檢測人員測試時，三種方法的測試結果平均誤差約10%左右，相比較而言，超聲波一回彈綜合法檢測精度要高一些。對于齡期在90d以上，采用回彈法要考慮混凝土表面碳化深度的修正?；炷恋臐穸葘貜椫岛统暡}沖速度都有一定的影響。
?。ǘ╀摻钿P蝕
混凝土的密實度、滲水性、含水量、含氯鹽量、碳化深度、保護層厚度不足和開裂等缺損，是導致鋼筋銹蝕的因素。反之，鋼筋銹蝕又促使混凝土進一步破損。通過簡單的外觀檢查、敲擊檢查可以檢測程度較重的鋼筋銹蝕現(xiàn)象。其他檢測方法有：
1.直接評定鋼筋銹蝕技術
（1）電阻探測器技術是根據金屬板銹蝕而變薄，其電阻增大的原理；
（2）線性極化探測技術是根據電化動力學原理，測量試驗電極問的微小電流；
（3）半電池電位測量法是通過與一已知的、并保持常量的基準電極（半電池）的極電位相比較，能有效地測量混凝土中鋼筋的極電位。
2.間接評定鋼筋銹蝕技術
?。?）用保護層測定儀檢測鋼筋的}昆凝土保護層厚度是否足夠；
（2）測定混凝土電阻率，通常取四電極法測量；
（3）混凝土中氯離子含量測試方法，評定氯鹽對鋼筋的銹蝕；
（4）混凝土碳化深度的現(xiàn)場測試方法，是用2%酚酞酒精溶液噴灑在混凝土的新鮮斷口處。若顯示紫紅色，則pH值大于10，說明未碳化；若保持無色，則pH值小于10，說明已碳化。如果碳化深度達到鋼筋部位，混凝土失去保護作用，則鋼筋可能被銹蝕。
四、靜動載檢測
?。ㄒ唬╈o載試驗
1．試驗準備階段
在進行荷載試驗前，應首先確定試驗孔（墩、臺），然后才可以進行加載方案的制定。試驗孔的選擇主要綜合考慮以下條件：該孔（或墩）計算受力最不利；該孑L（或墩）施工質量較差，缺陷較多或病害較嚴重；該孔（或墩）便于搭設腳手架及設置測點或試驗時便于加載。而試驗方案一般包括以下內容：試驗目的以及測量要求、測試內容、試驗程序、試驗人員的組織和分工、加載方法、測量方法、安全措施。
2．加裁與觀測階段
荷載作用下橋梁變形可分為兩類：反映結構整體工作狀況的整體變形；反映結構局部工作狀況的局部變形。在確定觀測項目時應當首先考慮整體變形，同時兼顧局部變形。通常橋梁需要鑒定的主要是上部結構的受力特性，監(jiān)控試驗荷載各工況下控制截面的應力應變就是主要內容。另外，對于舊橋來說，一些正常使用狀態(tài)下的參數（如撓度、裂縫寬度等）也是其測試的主要內容。通常橋梁觀測的項目有：結構的最大撓度、支座沉降、結構最大拉、壓應力、裂縫的出現(xiàn)和擴展狀況。測量部位的選擇和測點布設一般在滿足試驗目的的前提下，測點數量必須充分；測點位置必須具有代表性，以利于計算分析。
位移測量大體可分為兩類，機械測量或電測法的接觸式測量。如百分表、撓度計、位移傳感器等；光學測量的非接觸式測量如精密水準儀、經緯儀、全站儀等。應變測量一般可分為兩種情況：主應力方向已知，沿著主應力方向布設應變片；主應力方向未知，在測試點沿三個方向布設成應變花形式。常采用應變片、電阻應變儀、振弦式應變計、鋼筋應力計等。裂縫測量通常依靠目力輔以刻度放大鏡，對于較大裂縫在要求不高的情況下也可用塞尺測量。
（二）動力試驗
橋梁檢測動載試驗是動力測定評價方法的基本測試項目。是為了滿足工程應用的需要，應用理論分析與試驗測試結合的科學方法解決橋梁振動問題的必要手段，是橋梁檢測工作中的重要環(huán)節(jié)，其對橋梁使用狀況和承載力的評價提供了重要的數據參數。
橋梁檢測中動載試驗的內容主要是結構動力特性和動載響應的試驗與分析，量測的主要部位是結構動力效應最大構件的動應力及動變形的控制截面。一般來說，檢測項目主要包括橋梁動力特性模態(tài)參數測試（頻率、振形、阻尼比）和橋梁動力響應測試（動撓度、動應力、加速度、沖擊系數）。
1．測試儀器
動載試驗的測試儀器主要包括測試傳感器，信號放大器，光線示波器，磁帶記錄儀和數字信號處理機。根據儀器的性能和使用傳感器的特性，可以選配不同的測試系統(tǒng)。
2．橋梁動載試驗的激振方法橋梁動載試驗的激振方法應根據橋梁的結構型式和剛度，選擇效果好、易實施的方法。常用的方法有自振法、共振法和脈動法三種。
3．動載試驗數據分析及評定
橋梁結構的動力特性是與結構的組成形式、剛度、質量分布和材料性質等結構本身的固有性質有關而與荷載等其他條件無關的性質。橋梁的模態(tài)參數是整個結構振動系統(tǒng)的基本特性，它是進行結構動力分析所必須的參數，其結果不僅可以用來分析結構動載作用下的受力情況，而且對橋梁承載力狀況評定提供重要指標。
?。?）固有頻率的測定
對于比較簡單的結構，只需結構的一階頻率，對于較復雜的結構動力分析，還應考慮第二、第三及更高階的頻率。橋梁固有頻率可以直接通過測試系統(tǒng)實測記錄的功率譜圖上的峰值、時域歷程曲線或其自相關圖上確定。由基頻還可以推算承重結構的動剛度。
?。?）阻尼
橋梁結構的阻尼特性一般由對數衰減率γ或阻尼比ζ來表示，可由時域信號中的振動衰減曲線求得。另外，也可以從功率譜圖中，用半功率帶寬法來計算阻尼，一般測試系統(tǒng)軟件均可完成此類分析。
（3）振型
一般橋梁結構的基頻是動力分析的重要參數。傳感器測點的布置根據不同結構形式，通過理論分析后確定。振型的測定一般采用兩種方法，一種是使用多個傳感器測定，另一種是使用一個傳感器變換位置測量，這種情況下需要一個作用參考點，測試時比較煩瑣，在條件限制時使用。一般應采取第一種方法測試。
?。?）沖擊系數
橋規(guī)中定義沖擊系數μ為沖擊力與汽車荷載之比。對于線彈性狀態(tài)下的結構來說，動荷載產生的荷載效應與靜荷載產生的荷載效應之比即為1+μ。因此，沖擊系數的測試通常采用測定結構動應變或動撓度的方法。測試前，在梁的跨中（或最大變位、應變處）布置電阻應變片式的位移計或應變計，并通過動態(tài)應變儀與電腦相接。試驗時，由加載車輛以某一速度從測點駛過，記錄其輸出應變隨時間變化的實時信號。一般情況下，應測試記錄多種車速下的輸出應變結果，以作分析比較。一般來講，橋梁在跨徑L為30-70m時，車輛與橋梁的自振頻率較接近，易產生共振，在單臺車作用下的沖擊系數特別大；沖擊系數隨阻尼比的減小而增大，阻尼比越小，沖擊系數受橋梁的影響越明顯，預應力混凝土梁橋的沖擊系數大于同等跨徑的鋼筋混凝土梁橋，這些在測試中需注意，以便更好地分析沖擊系數的測試結果。事實上，實測汽車沖擊系數除了與結構本身有關，還與試驗車輛的性質、路面平整度、車速有一定關系。車輛荷載本身是一個帶有質量的振動系統(tǒng)，當它在橋上行駛時，與橋產生車、橋耦合振動。由于車輛動力特性的復雜性，以及橋梁阻尼的離散性和橋面不平整的隨機性，同一座橋梁多次不同的試驗，測得的沖擊系數也不盡相同。
五、結束語
總之，隨著新材料、新工藝、新結構形式的采用增多，橋梁病害的不斷出現(xiàn)，我國的橋梁很多都需要檢測。橋梁檢測是一項復雜而細致的工作，不僅要求工作人員有豐富的實際現(xiàn)場經驗，而且同時需要堅實的理論基礎作為指導。因此只有把理論和實際充分結合起來，再加上指揮者與各試驗人員之間的默契配合，才能做好檢測工作并取得滿意的數據，也只有這樣才有可能做出準確的評估。
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