曹新建，吳清偉，李 尚，屠偉新

（1.浙江省建筑科學(xué)設(shè)計研究有限公司，浙江 杭州310012；2.浙江省建設(shè)工程質(zhì)量檢驗站有限公司，浙江 杭州 310012；3.浙江浙交檢測技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310015；4.上海數(shù)久信息科技有限公司，上海 200070）

1 概述

鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土空心板因其自重輕，結(jié)構(gòu)性能好，施工方便，可大批量工廠化集中預(yù)制等諸多有利因素，20世紀80年代至21世紀初被廣泛應(yīng)用于我國公路及城市道路的中小橋梁，成為我國中小橋梁的主要結(jié)構(gòu)形式。

隨著交通運輸業(yè)的迅猛發(fā)展以及橋梁的日益老化等因素，在役橋梁的安全運營面臨著嚴峻的考驗。荷載試驗是當(dāng)前常用的橋梁承載能力檢測方法。它通過試驗荷載檢驗橋梁在設(shè)計荷載作用下，梁體的剛度和強度是否滿足設(shè)計要求。荷載試驗存在以下不足：

1）規(guī)范要求對新建橋梁和橋梁技術(shù)狀況等級較差的橋梁進行荷載試驗。但是新建橋梁和技術(shù)狀況等級差的數(shù)量巨大，養(yǎng)護部門每年預(yù)算有限，加之荷載試驗費時費力，嚴重影響交通，很多地方實際上難以實現(xiàn)。

2）荷載試驗雖可以從剛度的角度確認橋梁的安全性，但并不能把握橋梁在設(shè)計荷載作用下實際運營時的安全情況。即對于滿足設(shè)計要求的車輛荷載顯然沒有問題，但是對于超出設(shè)計標準的車輛荷載存在著風(fēng)險。這個問題也是中小橋梁垮塌的重要原因之一。

日本道路保全技術(shù)中心在1995年制定了檢測標準，并每年對定期檢查有問題的橋梁和服役時間長的橋梁實施相關(guān)檢測。其要點如下：

1）在橋梁的跨中底部粘貼應(yīng)變傳感器，連續(xù)監(jiān)測應(yīng)變72 h；

2）根據(jù)72 h的監(jiān)測結(jié)果，統(tǒng)計不同應(yīng)變值的發(fā)生頻次，得到實際交通荷載引起的最大應(yīng)變值；

3）根據(jù)對象橋梁的設(shè)計資料，計算跨中下緣達到抗拉強度時的允許最大活載應(yīng)變值；

4）如果實際運營交通荷載引起的最大應(yīng)變值大于允許最大活載應(yīng)變值，則認為是不安全的，需要補強。

2016年上海市道運管理局道運中心委托上海數(shù)久信息科技有限公司，參考日本道路保全技術(shù)中心的方法，對5座橋梁的板梁結(jié)構(gòu)的撓度和應(yīng)變進行了72 h監(jiān)測試驗研究，建立了板梁結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)評定標準［1］。

本文參考了上述研究結(jié)果，提出了基于實時監(jiān)測和荷載試驗相結(jié)合的綜合檢測方法，實現(xiàn)了少封交通、低成本及對板梁上部結(jié)構(gòu)的承載能力進行檢測評定，并進行了三座橋梁驗證試驗。

2 監(jiān)測評定方法

提出的基于72 h實時監(jiān)測和荷載試驗相結(jié)合的綜合檢測方法如下（圖1）。

圖1 提案的檢測評定方法

1）結(jié)合板梁設(shè)計參數(shù)，對板梁撓度與應(yīng)變進行有限元計算，獲得各跨最大應(yīng)變與最大撓度作為閾值；

2）對板梁結(jié)構(gòu)進行72 h實時監(jiān)測，獲取該監(jiān)測周期內(nèi)最大的板梁應(yīng)變與撓度特征；

3）對應(yīng)變與撓度數(shù)值在閾值內(nèi)的板梁結(jié)構(gòu)，判定其為安全。而超出閾值的板梁結(jié)構(gòu)，需進行荷載試驗，檢查板梁剛度是否存在問題。如果沒有達標則需要考慮對橋梁進行加固與維修；如果荷載試驗結(jié)果符合橋梁的剛度要求，則需要對其橋面交通進行治超管理。

3 試驗橋梁概況

試驗橋梁為杭州市臨安區(qū)畔湖橋、杭州市臨安區(qū)青山大道橋及杭州市余杭塘路蔣村港橋3座橋梁（表1）。這3座橋全橋的狀況評估見表2。杭州市余杭塘路蔣村港橋由于周邊施工，試驗期間存在超重的土方車和混凝土攪拌車通行。

表1 畔湖橋、青山大道橋、余杭塘路蔣村港橋配置參數(shù)

表2 畔湖橋、青山大道橋、蔣村港橋各結(jié)構(gòu)狀況評估

4 72 h實時監(jiān)測設(shè)備

72 h實時監(jiān)測設(shè)備采用上海數(shù)久信息科技有限公司獨立研發(fā)針對板梁結(jié)構(gòu)的快速監(jiān)測系統(tǒng)［2-3］（簡稱BAM系統(tǒng)）。它由布置在梁底測點的傳感器以100 Hz的速率高速采集測點的撓度和應(yīng)變，見圖2。

圖2 BAM系統(tǒng)架構(gòu)

BAM系統(tǒng)通過72 h的連續(xù)監(jiān)測對板梁結(jié)構(gòu)的實際工作狀況進行定量評定［4-5］，具體功能見表3。

表3 72 h監(jiān)測結(jié)果評定

5 橋梁試驗結(jié)果

5.1 理論計算結(jié)果

采用MIDAS CIVIL 2020建立3座橋梁的有限元模型。通過計算實際加載車輛得到梁體在車輛荷載作用下梁體最大應(yīng)變和最大撓度，見表4。

表4 畔湖橋、青山大道橋、蔣村港橋的理論計算結(jié)果

5.2 72 h監(jiān)測結(jié)果

72 h連續(xù)采樣監(jiān)測，選擇機動車道路面下方的板梁結(jié)構(gòu)，見圖3。

圖3 3座橋梁72 h監(jiān)測測點布置

將傳感器布置在每條待監(jiān)測板梁之間的鉸縫上，即每條鉸縫兩側(cè)需要布置兩個傳感器。

表5為畔湖橋72 h監(jiān)測結(jié)果。其中3號、4號、5號及15號、16號板梁的監(jiān)測設(shè)備故障，監(jiān)測數(shù)據(jù)作廢棄處理。6號至14號板梁的最大應(yīng)變和撓度均小于理論計算最大值，屬于安全范圍內(nèi)（狀態(tài)I）。

表5 畔湖橋72 h監(jiān)測結(jié)果

圖4為畔湖橋11號板梁跨中撓度和應(yīng)變的頻度分布。由此可見，72 h內(nèi)通行車輛以輕型車輛為主。

圖4 畔湖橋11號板梁跨中撓度和應(yīng)變的頻度分布

表6為青山大道橋72 h監(jiān)測結(jié)果。1號至14號所有板梁的最大應(yīng)變和撓度均小于理論計算最大值，屬于安全范圍內(nèi)（狀態(tài)I）。

表6 青山大道橋72 h監(jiān)測結(jié)果

圖5為青山大道橋4號板梁跨中撓度和應(yīng)變的頻度分布圖。由此可見，72 h內(nèi)通行車輛以輕型車輛為主。

圖5 青山大道橋4號板梁跨中撓度和應(yīng)變的頻度分布

表7為蔣村港橋72 h監(jiān)測結(jié)果。7號板梁的最大應(yīng)變超出理論計算最大值，為不安全狀態(tài)（狀態(tài)Ⅱ）。圖6為蔣村港橋7號板梁跨中撓度和應(yīng)變的頻度分布圖。由此可見，72 h內(nèi)通行車輛仍以輕型車輛為主，但是存在數(shù)百次重型車輛通過。

圖6 蔣村港橋7號板梁跨中撓度和應(yīng)變的頻度分布

表7 蔣村港橋72 h監(jiān)測結(jié)果

5.3 荷載試驗結(jié)果

為進一步驗證橋梁剛度，對3座橋梁按照現(xiàn)行《公路橋梁荷載試驗規(guī)程（JTG／T J21—01—2015）》的要求，進行了偏載和中載兩種不同荷載工況的荷載試驗。

3座橋梁荷載試驗的結(jié)果見表8，荷載試驗結(jié)果表明橋梁的剛度和強度均滿足相關(guān)規(guī)范的要求。

表8 畔湖橋、青山大道橋、蔣村港橋荷載試驗結(jié)果與剛度系數(shù)

5.4 試驗監(jiān)測結(jié)果分析

表9為理論計算72 h監(jiān)測及荷載試驗結(jié)果的匯總表。如表9所示，畔湖橋和青山大道橋經(jīng)過72 h監(jiān)測結(jié)果表明板梁的工作狀況處于安全范圍，荷載試驗證明其剛度也是合格狀態(tài)。

表9 荷載試驗和72 h監(jiān)測結(jié)果匯總

蔣村港橋的72 h監(jiān)測發(fā)現(xiàn)板梁最大應(yīng)變超過理論計算最大應(yīng)變值，表明板梁的工作狀況處于不安全范圍。而荷載試驗表明其自身剛度處于合格范圍。通過調(diào)查蔣村港橋周邊，發(fā)現(xiàn)該橋附近有工地施工，裝載混凝土和樁基設(shè)備的重型車輛頻繁通過該橋。這說明影響該橋的安全因素應(yīng)該是超載車輛，需要對該橋的超載狀況進行治理。

6 結(jié)語

為了解決荷載試驗作為目前橋梁常用的承載能力檢測方法存在著檢測費用高、對交通影響大、無法反映實際運營交通荷載作用下結(jié)構(gòu)的承載能力等問題。本文提出了基于72 h實時監(jiān)測和荷載試驗相結(jié)合的綜合檢測方法，實現(xiàn)了少封交通、低成本，且對橋梁上部結(jié)構(gòu)的承載能力進行檢測評定。并以此方法對杭州市臨安區(qū)畔湖橋、杭州市臨安區(qū)青山大道橋及杭州市余杭塘路蔣村港橋等3座橋梁進行了驗證試驗。

試驗結(jié)果表明，此方法能較好解決單純進行荷載試驗存在檢測費用高，對交通影響大，無法反映實際運營交通荷載作用下橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力狀況等問題。并且通過72 h實時監(jiān)測，提出橋梁目前所屬狀況，從而為板梁結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護和維修提供了寶貴的數(shù)據(jù)。