胡 升

（安徽省交通科學(xué)研究院，安徽合肥 230000）

0 引言

隨著橋梁工程使用年限的不斷增加，不可避免地會(huì)受到損傷。造成損傷的原因可能是自然環(huán)境、自然災(zāi)害引起的，也可能是人為因素引起的。在我國(guó)交通建設(shè)快速發(fā)展下，交通運(yùn)輸量逐漸增加，車(chē)輛的載重和行車(chē)密度也隨之增加。在這種情況下就會(huì)進(jìn)一步加劇橋梁的結(jié)構(gòu)損傷，對(duì)橋梁運(yùn)營(yíng)的安全性造成影響。為了做好橋梁的改造、維修和加固，需要做好橋梁的檢測(cè)工作。

1 橋梁無(wú)損檢測(cè)分析與評(píng)價(jià)

1.1 橋梁無(wú)損檢測(cè)方法介紹

（1）非破損法。非破損法指的是將一些物理量和混凝土的強(qiáng)度作為基礎(chǔ)，在不破壞混凝土性能的基礎(chǔ)上，對(duì)這些物理量進(jìn)行測(cè)試，并按照物理量之間的關(guān)系對(duì)混凝土的強(qiáng)度進(jìn)行推算。常見(jiàn)的方法如成熟法、射線吸收和散射法、超聲脈沖法等。

（2）半破損法。半破損法是在不對(duì)構(gòu)件承載力造成影響的基礎(chǔ)上，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行局部破壞性試驗(yàn)，常見(jiàn)的方法如拔出法、鉆芯法、射擊法等。

（3）無(wú)損檢測(cè)法。一般多使用超聲法進(jìn)行混凝土的無(wú)損檢測(cè)，當(dāng)前利用超聲法對(duì)混凝土內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，主要使用波幅、聲時(shí)、頻率、波形等參數(shù)對(duì)混凝土結(jié)合面、混凝土的裂縫情況、表面損傷情況等進(jìn)行判斷。超聲波檢測(cè)原理如圖1所示。

（4）動(dòng)力試樁法。這種方法主要由大應(yīng)變法和小應(yīng)變法構(gòu)成。其中大應(yīng)變法主要對(duì)單樁的承載力進(jìn)行檢測(cè)；小應(yīng)變法主要檢測(cè)樁身內(nèi)部是否有缺陷存在。此方法可以比較準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)灌注樁混凝土的縮頸、離析、孔洞、夾泥等問(wèn)題，如果用來(lái)檢測(cè)承載力，誤差會(huì)比較大。

圖1 超聲法檢測(cè)技術(shù)原理圖

1.2 橋梁無(wú)損檢測(cè)的評(píng)價(jià)

橋梁表觀檢測(cè)包含以下幾種情況，即測(cè)量橋梁整體與局部部件的幾何尺寸、檢查和測(cè)量結(jié)構(gòu)病害等。對(duì)于不同的橋型來(lái)說(shuō)，表觀檢測(cè)的側(cè)重點(diǎn)略有不同。對(duì)于表觀檢測(cè)而言，一定要達(dá)到可以定量反映出橋梁的結(jié)構(gòu)情況，根據(jù)有關(guān)的規(guī)定來(lái)衡量橋梁技術(shù)的級(jí)別[1]。調(diào)查橋梁結(jié)構(gòu)資料包含了橋梁的原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工的技術(shù)與過(guò)程，還包括該橋梁維修保養(yǎng)的記載等。檢測(cè)材料指的是檢測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)材料的損傷情況。鋼筋混凝土橋梁檢測(cè)的時(shí)候，主要是對(duì)鋼筋和混凝土進(jìn)行檢測(cè)，包含了混凝土的強(qiáng)度、表觀及內(nèi)部缺陷、碳化深度、含堿量、氯離子的含量、鋼筋的銹蝕情況以及鋼筋保護(hù)層的厚度等。

橋梁無(wú)損檢測(cè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展目標(biāo)為表觀檢測(cè)和材料檢測(cè)水平的不斷進(jìn)步以及相關(guān)儀器設(shè)備的不斷更新。在國(guó)外許多國(guó)家檢測(cè)儀器和有關(guān)技術(shù)在橋梁檢測(cè)探究領(lǐng)域占有較大的比例，相繼研發(fā)出電、雷達(dá)等相結(jié)合的高、精、尖設(shè)備。例如，應(yīng)用于檢測(cè)橋面的成像系統(tǒng)，它就是雙頻帶紅外線自動(dòng)溫度的；檢測(cè)橋面板的探底雷達(dá)檢測(cè)成像體系，等等。

2 橋梁荷載試驗(yàn)

荷載試驗(yàn)是混凝土橋梁檢測(cè)的關(guān)鍵，以下4種情況需要進(jìn)行荷載試驗(yàn)：第一，大跨度的混凝土橋，特別是材料、結(jié)構(gòu)和技術(shù)都采用新型技藝的；第二，需要通行特種車(chē)輛的新舊橋梁都需要進(jìn)行荷載試驗(yàn)，這樣可以確保橋梁的安全，一定要進(jìn)行等效荷載試驗(yàn)或者依據(jù)實(shí)際的荷載情況進(jìn)行模擬試驗(yàn)；第三，那些舊橋在改擴(kuò)建、加固或修復(fù)以后一定要進(jìn)行鑒定性荷載試驗(yàn)，這樣可以檢測(cè)出橋梁的效果；第四，那些修建歷史久遠(yuǎn)、沒(méi)有經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)和記載相關(guān)施工信息的橋梁，要想知道它們的荷載情況，就一定要進(jìn)行荷載試驗(yàn)。

2.1 荷載試驗(yàn)的類(lèi)別和準(zhǔn)備情況

（1）荷載試驗(yàn)的類(lèi)別：按照荷載性質(zhì)可以分為靜載、動(dòng)力兩種荷載試驗(yàn)；按照數(shù)目和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值可以分為基礎(chǔ)荷載、輕荷載和重荷載三種荷載試驗(yàn)情況。本文主要是對(duì)靜載和動(dòng)力兩種情況進(jìn)行詳細(xì)闡述。

（2）荷載試驗(yàn)的準(zhǔn)備情況：在進(jìn)行荷載試驗(yàn)以前一定要做好充分的準(zhǔn)備工作，竭盡全力搜集有關(guān)設(shè)計(jì)和施工方面的材料。為了更好地進(jìn)行荷載試驗(yàn)，要安排測(cè)控點(diǎn)，對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，做好前期準(zhǔn)備工作。搜集的材料包含橋梁的幾何圖形、高度、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、行車(chē)情況以及原材料的物理性質(zhì)等。如果有條件的話，可以從兩方面來(lái)進(jìn)行：一方面從橋梁的設(shè)計(jì)單位那里獲取橋梁的控制截面計(jì)算數(shù)據(jù)以及橋梁結(jié)構(gòu)的自振情況；另一方面，從橋梁施工單位獲取橋梁實(shí)際施工的所有情況，特別是有關(guān)混凝土的相關(guān)信息。還要做好橋梁的實(shí)地考察工作，在橋梁上標(biāo)明病害的實(shí)際情況，包括病害的程度、病害的位置等；還要對(duì)橋梁位置的交通、氣候和供電情況進(jìn)行全面掌握。所有的情況都會(huì)給事先做好的試驗(yàn)方案帶來(lái)影響，早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，可以提前對(duì)方案進(jìn)行修改，做好試驗(yàn)準(zhǔn)備工作。

2.2 動(dòng)力試驗(yàn)

橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力試驗(yàn)主要是對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的自振性能、車(chē)輛動(dòng)力荷載與橋梁結(jié)構(gòu)的聯(lián)合振動(dòng)性能進(jìn)行探究，測(cè)試得到的信息用來(lái)衡量橋梁結(jié)構(gòu)的運(yùn)營(yíng)情況以及承載特征。大家都清楚，設(shè)計(jì)橋梁的時(shí)候一定要對(duì)外界的強(qiáng)迫振動(dòng)源予以回避，例如大風(fēng)、車(chē)輛的速度和橋梁結(jié)構(gòu)自振頻率相同，不然會(huì)產(chǎn)生較大的共振，會(huì)對(duì)橋梁的安全造成影響[2]。車(chē)輛經(jīng)過(guò)橋面的時(shí)候，動(dòng)應(yīng)力和動(dòng)撓度的數(shù)值達(dá)到最大化，這時(shí)候的車(chē)速稱(chēng)之為臨界速度，它會(huì)產(chǎn)生共振從而使動(dòng)力擴(kuò)大效應(yīng)得到最大化，對(duì)橋梁的安全造成一定的影響。這種擴(kuò)大效應(yīng)一般會(huì)用沖擊系數(shù)來(lái)代表。橋梁的動(dòng)力試驗(yàn)以沖擊系數(shù)為核心，動(dòng)力試驗(yàn)包含下面兩點(diǎn)。

（1）對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)在車(chē)輛荷載情況下的強(qiáng)迫振動(dòng)特征進(jìn)行測(cè)試，例如動(dòng)應(yīng)力、動(dòng)位移、強(qiáng)迫振動(dòng)頻率、沖擊系數(shù)等。

（2）對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的自振特征進(jìn)行測(cè)試，例如阻尼特性、振型和頻率等。橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力測(cè)試情況為先由橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)，再由儀器將橋梁結(jié)構(gòu)自振曲線進(jìn)行記錄，最后使用專(zhuān)業(yè)的快速傅立葉轉(zhuǎn)換儀器來(lái)進(jìn)行振動(dòng)特性的分析。模擬外界對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力激振包含脈動(dòng)激振、穩(wěn)態(tài)激振兩種情況。脈動(dòng)激振直接使用外界隨機(jī)振源，而穩(wěn)態(tài)激振是由一輛或者幾輛滿載車(chē)輛以不一樣的速度在橋上制動(dòng)或者是從橋面上通過(guò)[3]。隨著動(dòng)力分析設(shè)備技術(shù)的不斷進(jìn)步，經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師可以直觀地對(duì)輸出結(jié)果進(jìn)行分析，然而理論分析會(huì)與實(shí)際情況有所不同。動(dòng)力試驗(yàn)進(jìn)行的時(shí)候，標(biāo)準(zhǔn)的容許值要大于最低標(biāo)準(zhǔn)限值、動(dòng)撓度和橋梁結(jié)構(gòu)控制截面上測(cè)量得到的最大動(dòng)應(yīng)力，不然會(huì)損壞到橋梁結(jié)構(gòu)。

2.3 靜載試驗(yàn)檢測(cè)法

靜載試驗(yàn)檢測(cè)法就是對(duì)橋梁實(shí)施靜載試驗(yàn)，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行量測(cè)，影響橋梁結(jié)構(gòu)的參數(shù)有裂縫、應(yīng)變、撓度和變形等。靜載試驗(yàn)可以對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的抗裂性能、剛度和強(qiáng)度等進(jìn)行分析，從而對(duì)橋梁的承載力進(jìn)行判斷。橋梁靜載試驗(yàn)的內(nèi)容包括以下5點(diǎn)。

（1）橋梁結(jié)構(gòu)的側(cè)向撓度、扭轉(zhuǎn)變形和豎向撓度。每一個(gè)跨度里包含3個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，從而獲取撓度和變形的最大值，還要觀測(cè)支座的下沉值。

（2）對(duì)控制截面的應(yīng)力分布情況進(jìn)行記錄，獲取偏載的特征和最大值。控制截面上要選取5個(gè)測(cè)試點(diǎn)，包含了截面突變處、上緣和下緣[4]。有的橋梁結(jié)構(gòu)需要檢測(cè)支點(diǎn)和支點(diǎn)四周、橫隔板四周的剪應(yīng)力、主拉應(yīng)力等，這時(shí)候一定要將應(yīng)變計(jì)轉(zhuǎn)換成應(yīng)變化。

（3）支座的沉降、轉(zhuǎn)角和伸縮，橋梁墩柱的轉(zhuǎn)角和位移。

（4）對(duì)于裂紋進(jìn)行仔細(xì)檢查，裂紋剛出現(xiàn)的時(shí)候做好荷載值的記錄，對(duì)于裂紋出現(xiàn)的大小、長(zhǎng)度、位置以及卸載后恢復(fù)的情況做好詳細(xì)的記錄。假如橋梁結(jié)構(gòu)的控制面出現(xiàn)變形、裂紋延伸，在沒(méi)有達(dá)到荷載最大值以前，但已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，應(yīng)該立即停止加載，此時(shí)對(duì)裂紋的延伸情況進(jìn)行觀測(cè)，并將設(shè)備儀器和工作人員全部撤離。

3 混凝土橋梁檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展

在國(guó)外，伴隨著混凝土橋梁檢測(cè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，為了使大量的維修經(jīng)費(fèi)得到更加合理的使用，橋梁管理部門(mén)把過(guò)去的橋梁檢測(cè)信息和工程緊密結(jié)合在一起，使得錯(cuò)誤的信息一目了然，這就是貝葉斯預(yù)測(cè)技術(shù)[5]。在先驗(yàn)信息和工程評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)之上，對(duì)橋梁的衰變情況進(jìn)行事先的推測(cè)，將先進(jìn)的檢測(cè)信息填充到橋梁管理體系中來(lái)，為今后的橋梁檢測(cè)工作提供便利。日前，上海創(chuàng)建了橋梁管理體系，使用模擬數(shù)學(xué)概念經(jīng)過(guò)對(duì)橋梁不同構(gòu)成部分的評(píng)價(jià)來(lái)做出相應(yīng)的處理，最后使用電腦將橋梁的缺損情況匯總出來(lái)，這樣就可以充分顯現(xiàn)出橋梁檢測(cè)的安全性和可靠性。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，我國(guó)當(dāng)前橋梁檢測(cè)還有一些問(wèn)題存在，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，橋梁檢測(cè)技術(shù)也會(huì)不斷成熟，逐漸完善。只有不斷對(duì)橋梁檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行完善，才可以更加準(zhǔn)確得出橋梁檢測(cè)結(jié)果，從而更好地完成橋梁的維護(hù)工作。

[1]劉沐宇,袁衛(wèi)國(guó).橋梁無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J].中外公路,2002(6):135-139.

[2]張奔牛,李星星,宋軍,等.激光投射式位移傳感技術(shù)在橋梁撓度檢測(cè)中的應(yīng)用研究[J].傳感技術(shù)學(xué)報(bào),2009(5):78-79.

[3]林俊,姜小磊.公路橋梁試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用研究[J].交通世界(建養(yǎng).機(jī)械),2013(12):156-157.

[4]宋來(lái)平.淺談如何提高公路橋梁試驗(yàn)檢測(cè)水平[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2013(34):421-422.

[5]連啟濱,楊瑋,馮江.不中斷交通的橋梁試驗(yàn)方法初探[J].公路交通技術(shù),2005(S1):67-68.