趙曉川，趙子雪

（山東省交通科學研究院，山東 濟南 250031）

引言

無損檢測是在不損傷被測材料的情況下，檢查材料的內(nèi)在或表面缺陷，或測定材料的某些物理量、性能、組織狀態(tài)等的檢測技術。無損檢測技術目前已在土木工程領域廣泛應用，其一般借助現(xiàn)代的技術和設備器材，對試件內(nèi)部及表面的結構、性質(zhì)、狀態(tài)進行檢查和測試。現(xiàn)代電子技術和計算機技術的發(fā)展和其它學科介入無損檢測領域，使無損檢測技術得到飛速發(fā)展。對于橋梁結構，通過某鋼筋混凝土桁架拱橋的無損檢測和荷載試驗，獲取結構的主要技術參數(shù)后，可對橋梁結構運營使用狀況，承載能力檢測評定提供基礎數(shù)據(jù)。

1 橋梁概況

1.1 橋梁結構布置

某城市橋梁建成于1992年，橋梁設計為三跨上承式鋼筋混凝土桁架拱橋，橋梁立面布置見圖1。

圖1 橋梁立面布置/mm

該橋上部結構每跨均由11榀桁架拱片、微彎板和橫梁組成，相鄰桁架拱片中心間距為2.8 m，桁架上弦桿采用凸字形截面，高0.4 m，底寬0.3 m；下弦桿采用矩形截面，高0.5 m，寬0.3 m；腹桿分為豎桿及斜桿，均為矩形斷面，其中端豎桿截面尺寸為0.3 m×0.4 m，其余豎桿及斜桿截面尺寸為0.3 m×0.25 m。每跨相鄰兩桁架間均設置13道橫梁，其中上、下弦桿在節(jié)點處設4道拉桿及隔板，實腹段設5道隔板，在兩端拱腳、1/4及3/4跨處各設一道剪刀撐。橋梁下部結構橋臺為重力式橋臺，橋墩采用薄壁式空心墩，基礎采用21根直徑1.2 m的鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，樁長為13.5 m。

1.2 主要設計技術標準

橋梁桁架拱片混凝土設計強度等級為40#混凝土，橫系梁混凝土設計強度等級為25#混凝土，微彎板及拱座混凝土設計強度等級均為30#混凝土，橋臺臺身、橋墩墩身及鉆孔灌注樁混凝土設計強度等級均為20#混凝土。該橋設計橋面總寬30.0 m，橋?qū)挷贾萌缦拢?.25 m欄桿基座+2.75 m人行道+24.0 m車行道+2.75 m人行道+0.25 m欄桿基座。橋面鋪裝采用鋼筋混凝土鋪裝層。全橋墩臺位置橋面采用型鋼伸縮裝置。兩側采用高1.0 m，基座寬為0.25 m的鋼筋混凝土花板欄桿。橋梁設計荷載為汽車-20級，掛-100。

2 橋梁無損檢測結果與分析

2.1 鋼筋保護層厚度檢測

混凝土保護層可以有效阻止外界腐蝕介質(zhì)、氧氣及水分等滲入，從而保護鋼筋免遭侵蝕或延緩鋼筋的腐蝕，混凝土的保護層厚度是影響鋼筋耐久性的一個重要因素。因此，通過檢測鋼筋的混凝土保護層厚度可以把握鋼筋的耐久性。

檢測抽取了6片主拱肋和一個3#橋臺拱座進行主筋混凝土保護層厚度檢測，根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/TJ21—2011）有關規(guī)定進行標度評定。6片主拱肋主筋混凝土保護層厚度平均值為27.8～34.1 mm，均滿足設計所采用的拱肋底板主筋保護層厚度27.5 mm的要求，Dne/Dn為0.85～1.10，其中2片拱肋評定標度為1，表明這些拱肋混凝土保護層厚度對鋼筋耐久性影響不顯著，3片拱肋評定標度為2，表明這些拱肋混凝土保護層厚度對結構鋼筋耐久性有輕度影響，1片拱肋評定標度為3，表明該拱肋混凝土保護層厚度對結構鋼筋耐久性有影響。抽檢的橋臺拱座箍筋混凝土保護層厚度平均值為30.3 mm，不滿足設計所采用的橋臺拱座箍筋保護層厚度32.0 mm的要求，Dne/Dnd為0.77，評定標度為3，表明橋臺拱座混凝土保護層厚度對結構鋼筋耐久性有影響。

2.2 混凝土強度和碳化深度檢測

混凝土強度檢測選取了6片拱肋和3#橋臺拱座共7個構件，共70個測區(qū)進行混凝土強度檢測。抽檢的6片拱肋混凝土強度推定值介于41.1～52.7 MPa之間，均滿足設計所采用的拱肋混凝土強度等級40#（C38）的要求。抽檢的3#橋臺拱座混凝土強度推定值為34.4 MPa，滿足設計所采用的橋臺拱座混凝土強度等級30#（C28）的要求。

碳化深度對鋼筋銹蝕的影響，應根據(jù)測區(qū)混凝土碳化深度平均值與實測保護層厚度平均值之比進行評價。本次檢測通過在混凝土表面鉆孔，露出孔內(nèi)新鮮混凝土內(nèi)壁表面，并除凈表面粉塵，然后用1%酚酞酒精噴涂，檢測其變色與不變色的臨界面深度，確定混凝土的碳化深度，變紅表示混凝土未碳化，不變色則表示混凝土已經(jīng)碳化。碳化深度測試僅在結構表面鉆較小的孔，并不對結構造成實質(zhì)性損傷。本次選取強度測試的7個構件，共21個測區(qū)進行碳化深度檢測，抽檢的拱肋、橋臺拱座共7個構件混凝土保護層表面的平均碳化深度值為3.0～12.0 mm，比值Kc為0.10～0.40，表明本次抽檢的各構件混凝土碳化深度對鋼筋銹蝕無影響。

2.3 鋼筋銹蝕狀況檢測

當混凝土處于一個高堿性環(huán)境，混凝土中液體pH值為13左右時，會在表面形成一層保護膜，不會銹蝕；但當有氧氣和水分存在時，由于氯化物或碳化，這種保護膜會被破壞，發(fā)生銹蝕。銹蝕過程中，在表面形成陽極區(qū)和陰極區(qū)，導致離解，在陽極區(qū)生成膨脹的銹蝕物。腐蝕速率受鐵離子通過混凝土從陽極遷到陰極的便利程度的影響，因此，電勢越高，電阻率越低，通常腐蝕率也就越大。

橋梁銹蝕狀況檢測采用半電池電位銹蝕度測量法，該方法是目前在現(xiàn)場無損銹蝕度檢測中較先進的一種方法，使用的儀器是瑞士CANIN+銹蝕分析儀。瑞士CANIN+銹蝕分析儀能通過測量和混凝土表面之間的電位和電阻率，來評價腐蝕程度和保護層狀況，腐蝕程度由電勢的高低來判斷。電勢越高，腐蝕的可能性就越大；同時考慮電阻率的影響，電阻率低，表明混凝土孔中存在水分和氯化物，表現(xiàn)為電勢高；電阻率高，表現(xiàn)為電勢低。本次選取2片拱肋主筋作為檢測對象，其中一片拱肋檢測結果見圖2，抽檢的2片拱肋主筋無銹蝕活動性或銹蝕活動性不確定，銹蝕概率小于10%。

圖2 拱肋電阻率檢測結果

3 橋梁荷載試驗檢測

3.1 橋梁靜載試驗

靜載試驗是檢驗橋梁結構在試驗荷載作用下橋梁工作狀態(tài)與運營性能的有效手段。通過 對橋跨結構進行靜荷載加載，測量試驗荷載作用下主梁控制截面的應變（應力）和撓度等指標，評定橋梁承載力是否滿足設計要求。本次試驗選取該橋西邊跨作為試驗跨，設拱頂、3L/4及西端拱腳共3個測試斷面，在各測試斷面布置應變、撓度測試儀器。

采用 Midas Civil橋梁有限元軟件建立橋梁單跨空間模型進行計算分析，根據(jù)無損檢測結構對模型參數(shù)進行修正。靜載試驗荷載采用兩輛重480 kN的四軸載重貨車作為試驗荷載，靜載試驗效率見表1。

表1 靜載試驗加載效率系數(shù)

在試驗荷載作用下拱頂斷面各測點的應變校驗系數(shù)在0.42～0.66之間，拱腳斷面各測點的校驗系數(shù)在0.41～0.57之間，均小于1，滿足《城市橋梁檢測與評定技術規(guī)范》（CJJ/T233—2015）規(guī)定的校驗系數(shù)小于1的要求；拱頂斷面各測點撓度校驗系數(shù)在0.42～0.64之間，3L/4斷面各測點撓度校驗系數(shù)在0.26～0.39之間，均小于1。該橋各工況下測試斷面應變相對殘余變形在0～11.11%之間，各工況下測試斷面撓度相對殘余變形在0～4.00%之間，均小于規(guī)范規(guī)定的相對殘余變形容許值20%。靜載試驗結果表明橋梁上部結構在正常使用極限狀態(tài)下滿足汽車-20級荷載的安全使用要求。

3.2 動載試驗

3.2.1 橋梁自振特性測試

通過有限元計算見圖3，橋梁理論計算豎向1階振動頻率為1.91。采用橋梁動態(tài)信號采集和振動測量系統(tǒng)測得結構豎向振動頻率為3.65。該橋?qū)崪y豎向基頻大于理論計算豎向基頻，表明該橋?qū)嶋H剛度較理論要好。

圖3 橋梁豎向1階振型（f=3.65）

動載試驗橋梁沖擊系數(shù)測試，以一輛480 kN重車分別以行車速度10 km/h、20 km/h、30 km/h、40 km/h四個工況沿橋面勻速駛過橋面，采用DH5908型動靜態(tài)應變采集系統(tǒng)記錄拱肋動態(tài)測點的動應變時程信號。測試結構通過對動載試驗該測點應變動態(tài)時程曲線分析，可以得到該測點實測最大動應變及相應動態(tài)增量，測試結果見表2。

表2 橋梁沖擊系數(shù)測試結果

由表2測試結果可知，試驗車輛駛過橋面時引起拱肋應變沖擊系數(shù)在0.059～0.135之間，小于設計采用擊系數(shù)0.200，說明該橋抗沖擊性能較好，實際剛度好于理論計算剛度。

4 結語

橋梁無損檢測結果表明，部分構件的鋼筋保護層厚度不滿足設計要求，混凝土保護層厚度對結構鋼筋耐久性有影響；結構混凝土強度均滿足設計要求，混凝土碳化深度鋼筋銹蝕無影響；抽檢的2片拱肋主筋無銹蝕活動性或銹蝕活動性不確定，銹蝕概率小于10%。靜載試驗結果表明在正常使用極限狀態(tài)下，目前該橋上部結構能夠滿足原設計汽車-20級荷載的正常使用要求；動載試驗測試結果表明該橋抗沖擊性能較好，該橋?qū)崪y豎向基頻大于理論計算豎向基頻，表明該橋?qū)嶋H剛度較理論要好。該橋梁的試驗檢測方法和結果為同類橋梁的試驗檢測提供了參考，通過無損檢測和承載能力評定可掌握橋梁結構實際運營使用狀況，為橋梁的養(yǎng)護維修提供基礎數(shù)據(jù)。