淺談橋梁健康監(jiān)測(cè)技術(shù)方法
2015-07-02
1 前言
改革開放以來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，交通運(yùn)輸發(fā)展越來越快，路網(wǎng)密度不斷提高，公路橋梁建設(shè)也進(jìn)入了高速發(fā)展期，在高速公路、江河湖海、深溝峽谷中建設(shè)了眾多的現(xiàn)代橋梁。但這些橋梁在實(shí)際使用的過程中，不同程度地存在安全和耐久性方面的隱患，與此同時(shí)由于許多舊有橋梁設(shè)計(jì)施工等方面局限，長(zhǎng)期高負(fù)荷運(yùn)營(yíng)，許多舊橋也大批量進(jìn)入預(yù)警階段，這些新建和舊有橋梁，在當(dāng)前頻繁重載交通下，十分迫切采取必要的技術(shù)改造措施，以提高其安全性能和使用價(jià)值。因此，加強(qiáng)橋梁健康監(jiān)測(cè)，真實(shí)了解橋梁結(jié)構(gòu)的工作狀況，充分利用現(xiàn)有的公路橋梁，使橋梁結(jié)構(gòu)即能滿足現(xiàn)有交通運(yùn)輸荷載的要求，又可避免重大橋梁結(jié)構(gòu)事故的發(fā)生顯得尤為重要。
橋梁健康監(jiān)測(cè)就是根據(jù)橋梁實(shí)際情況對(duì)橋梁進(jìn)行健康評(píng)估，以便根據(jù)橋梁實(shí)際情況進(jìn)行養(yǎng)護(hù)和維修。健康監(jiān)測(cè)主要以事前分析了解待檢測(cè)橋梁的各方面情況，從現(xiàn)狀與關(guān)鍵結(jié)構(gòu)著手，總體把握待測(cè)的實(shí)體，盡可能收集被檢橋梁的所處地質(zhì)資料、原始設(shè)計(jì)資料、一線施工資料、原材料試驗(yàn)資料以及日常檢測(cè)、歷史維修等資料，然后有的放矢的制定監(jiān)測(cè)工作的方向，選擇適當(dāng)?shù)臋z測(cè)方法，根據(jù)檢測(cè)工作要求安排計(jì)劃、準(zhǔn)備各類檢測(cè)和試驗(yàn)器具，進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行健康評(píng)估，提供橋梁現(xiàn)狀分析報(bào)告。
2 橋梁健康監(jiān)測(cè)主要方式
目前橋梁監(jiān)測(cè)方法主要由日常檢測(cè)、定期檢測(cè)、特殊檢測(cè)來進(jìn)行總體監(jiān)測(cè)維護(hù)。而檢測(cè)的主要手段，主要是橋梁外觀檢測(cè)及橋梁結(jié)構(gòu)受力檢測(cè)等方法構(gòu)成：
2.1 橋梁外觀檢測(cè)
橋梁外觀檢測(cè)主要是對(duì)橋梁各部位的使用情況，查驗(yàn)橋梁外觀有無可視缺陷，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷橋梁使用情況，正確評(píng)價(jià)橋梁使用現(xiàn)狀的一種表觀檢測(cè)。外觀檢測(cè)包括橋梁整體與局部構(gòu)造幾何尺寸的量測(cè)、結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位病害的檢查與量測(cè)。外觀檢查側(cè)重點(diǎn)的不同可分為以下幾個(gè)部分：
2.1.1原始資料的調(diào)查，包括了解橋梁的原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工工藝及過程以及橋梁的結(jié)構(gòu)維修養(yǎng)護(hù)等；
2.1.2 通過技術(shù)人員親自對(duì)橋梁外觀進(jìn)行查驗(yàn)，并配合采用各種試驗(yàn)儀器，如顯微鏡、超聲波、雷達(dá)等對(duì)局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行無損檢測(cè)。該過程中，配合儀器得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的都需要專業(yè)的知識(shí)，必須對(duì)橋梁總體使用情況和自然環(huán)境深入了解。必要時(shí)使用橋梁檢測(cè)車，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)主要受力結(jié)構(gòu)進(jìn)行人員現(xiàn)場(chǎng)詳查。
2.1.3橋梁結(jié)構(gòu)材料的無損或微損檢測(cè)。目前公路橋梁廣泛采用的材料是鋼筋和混凝土。兩種材料分別以混凝土強(qiáng)度、鋼筋材料銹蝕性對(duì)結(jié)構(gòu)影響最為突出。主要檢測(cè)方法如下：
2.1.3.1 混凝土強(qiáng)度測(cè)定
混凝土強(qiáng)度會(huì)隨著時(shí)間的推移產(chǎn)生一些變化。比較大的橋梁通常會(huì)有同條件同齡期的試塊用以確定強(qiáng)度。對(duì)于沒有試塊的橋梁，目前無損測(cè)試方法主要有回彈法、超聲波法、超聲波回彈綜合法等，在我國(guó)已經(jīng)普遍使用，三種方法的測(cè)試結(jié)果誤差較小，相對(duì)而言，超聲波回彈綜合法檢測(cè)精度更高一些?；貜椃z測(cè)更加便捷，但對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)齡期在90天以上，采用回彈法要進(jìn)行混凝土表面碳化深度的修正。
2.1.3.2 鋼筋銹蝕的判定
橋梁混凝土的耐久性差、環(huán)境對(duì)碳化深度影響大、混凝土保護(hù)層厚度不足及開裂等缺損，是導(dǎo)致鋼筋銹蝕的主要因素；通過簡(jiǎn)單的外觀檢查、敲擊可以檢測(cè)出程度較重的鋼筋銹蝕現(xiàn)象，也可以通過對(duì)橋梁混凝土裂紋明顯鉆芯得到內(nèi)部鋼筋實(shí)際銹蝕情況，以便為下一步養(yǎng)護(hù)加固提供依據(jù)。
橋梁外觀檢測(cè)已經(jīng)有了一定的技術(shù)規(guī)程可循，可定量反映橋梁結(jié)構(gòu)狀況，依據(jù)相關(guān)規(guī)范評(píng)定橋梁技術(shù)等級(jí)的要求。是目前橋梁健康日常檢測(cè)的重要手段，但橋梁外觀檢測(cè)也存在一些問題，例如檢測(cè)結(jié)果的管理和如何將表觀破壞與結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)指標(biāo)聯(lián)系，需要進(jìn)一步深化研究。
2.2結(jié)構(gòu)受力性能檢測(cè)
當(dāng)對(duì)橋梁的整體外觀特性進(jìn)行分析后應(yīng)依據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范和歷史常規(guī)檢測(cè)結(jié)果做評(píng)價(jià)比較。當(dāng)歷史數(shù)據(jù)變化明顯，結(jié)構(gòu)外觀損害嚴(yán)重的橋梁，在判定其是否具有使用功能或是否需要降級(jí)使用的情況下則需要通過橋梁進(jìn)行荷載試驗(yàn)方法，來準(zhǔn)確判斷結(jié)構(gòu)受力性能狀況。
荷載試驗(yàn)法主要根據(jù)橋梁設(shè)計(jì)承載力，結(jié)合結(jié)構(gòu)幾何尺寸、支撐條件、外觀缺陷及通行荷載，按照橋梁結(jié)構(gòu)的計(jì)算理論來評(píng)定承載力。通常采用車輛加載方式測(cè)定粱的應(yīng)變、撓度和裂縫，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算值的對(duì)比分析來判斷橋梁實(shí)際承載能力。是一種定量了解橋梁承載力的方法，對(duì)結(jié)構(gòu)受力性能表述直觀，結(jié)果可靠，多用于新結(jié)構(gòu)的研究和橋梁質(zhì)量的評(píng)定。荷載試驗(yàn)方法多用于橋梁實(shí)際工作狀態(tài)不明確情況，以彌補(bǔ)根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)表觀檢查方法的不足。根據(jù)荷載試驗(yàn)檢測(cè)的作用性質(zhì)，通常分為動(dòng)載試驗(yàn)和靜載試驗(yàn)：
2.2.1 動(dòng)載試驗(yàn)
橋梁檢測(cè)是一項(xiàng)復(fù)雜而細(xì)致的工作，動(dòng)載試驗(yàn)是為了滿足橋梁使用的需要，應(yīng)用理論分析與試驗(yàn)檢測(cè)相結(jié)合的科學(xué)方法解決橋梁振動(dòng)問題的必要手段，對(duì)橋梁使用狀況和承載力的評(píng)價(jià)提供了重要的數(shù)據(jù)。反映橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能動(dòng)載試驗(yàn)，該性能是判斷橋梁狀況和承載能力的重要標(biāo)志之一。
動(dòng)載試驗(yàn)檢測(cè)的主要目的是因?yàn)闃蛄鹤哉耦l率處于某些范圍時(shí)，可由行駛的車輛、自然環(huán)境等外部荷載引起共振，對(duì)結(jié)構(gòu)造成損傷。橋梁動(dòng)載試驗(yàn)檢測(cè)主要是結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性和動(dòng)載響應(yīng)的試驗(yàn)與分析。檢測(cè)的主要部位是結(jié)構(gòu)動(dòng)力效應(yīng)的最大位置及動(dòng)變形的控制截面。檢測(cè)項(xiàng)目主要包括：橋梁動(dòng)力特性模態(tài)參數(shù)測(cè)試和橋梁動(dòng)力響應(yīng)測(cè)試。其檢測(cè)原理是利用振動(dòng)方法對(duì)橋梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)，從橋梁振動(dòng)模態(tài)的變化中計(jì)算出結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化。在橋梁的不同位置布置測(cè)點(diǎn)，通過結(jié)構(gòu)損傷發(fā)生前后由這些測(cè)點(diǎn)記錄的信息可提取出的橋梁振動(dòng)模態(tài)特性參數(shù)的變化，以此來判斷結(jié)構(gòu)損傷發(fā)生的位置及損傷狀況。
2.2.2 靜載試驗(yàn)
對(duì)橋梁進(jìn)行靜載試驗(yàn)，量測(cè)與橋梁結(jié)構(gòu)性能有關(guān)的參數(shù)，主要反映橋梁在恒載作用下的結(jié)構(gòu)抗壓工作性能。
靜載試驗(yàn)的主要內(nèi)容是檢測(cè)對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)的受力特性，觀察試驗(yàn)中各重載下控制截面的應(yīng)力應(yīng)變，并收集一些正常使用狀態(tài)下的橋梁受力參數(shù)。應(yīng)力應(yīng)變的測(cè)點(diǎn)布設(shè)在內(nèi)力控制截面與附加控制截面。同時(shí)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的橫截面形式在每一個(gè)控制截面上選取一些有代表的測(cè)點(diǎn)，來反應(yīng)整個(gè)控制截面的受力狀況。除此之外還有必要根據(jù)實(shí)際外觀檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的一些病害在個(gè)別部位進(jìn)行布點(diǎn)檢測(cè)。
結(jié)構(gòu)受力性能檢測(cè)是判定橋梁健康狀況的最終手段。試驗(yàn)前要精心計(jì)劃，明確檢測(cè)階段任務(wù)，合理準(zhǔn)備，保證試驗(yàn)按照計(jì)劃正常進(jìn)行?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)要及時(shí)根據(jù)反饋回來的數(shù)據(jù)做初步判斷，不斷調(diào)整現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)流程。荷載要嚴(yán)格按照方案中確定的分級(jí)加載方式，當(dāng)未達(dá)到控制荷載卻發(fā)現(xiàn)有數(shù)據(jù)超出正常允許的范圍時(shí)，應(yīng)當(dāng)立即中止試驗(yàn)以保證檢測(cè)人員的安全。
3 結(jié)語
由于新材料、新工藝、新結(jié)構(gòu)形式的采用也越來越多，橋梁結(jié)構(gòu)為適應(yīng)不同地理環(huán)境使用要求越來越高，現(xiàn)代橋粱建設(shè)日趨復(fù)雜，為了能更好地檢測(cè)橋梁的健康狀況及工作情狀，我們必須時(shí)刻關(guān)注國(guó)內(nèi)外的新檢測(cè)方法，在橋梁分析中引進(jìn)目前國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的基礎(chǔ)研究成果，并根據(jù)實(shí)際情況做一些檢測(cè)驗(yàn)證工作，豐富橋梁檢測(cè)手段，積累健康監(jiān)測(cè)經(jīng)驗(yàn)。把理論和實(shí)踐充分結(jié)合起來，為我國(guó)現(xiàn)代化公路橋梁提供高水平的健康監(jiān)測(cè)服務(wù)。
