橋梁工程檢測(cè)技術(shù)
2010-09-08 來源：網(wǎng)絡(luò)
我國規(guī)定，新建橋梁必須進(jìn)行竣工驗(yàn)收，通過檢測(cè)來判斷橋梁的健康狀況。另外，隨著時(shí)間的推移，越來越多的橋梁將達(dá)到或接近設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期，或因各種原因發(fā)生結(jié)構(gòu)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(guān)部門亟待解決的問題。如何對(duì)現(xiàn)役橋梁的結(jié)構(gòu)承載力進(jìn)行科學(xué)合理的評(píng)定，最有效、最直接的辦法同樣是橋梁檢測(cè)。橋梁檢測(cè)是對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行包括橋梁檢查和必要的理論驗(yàn)算以及結(jié)構(gòu)荷載試驗(yàn)等內(nèi)容的一系列工作，并據(jù)此對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合分析，作出符合實(shí)際的技術(shù)結(jié)論。
一、資料收集
資料收集涉及的細(xì)節(jié)很多，如設(shè)計(jì)資料里面有計(jì)算書、設(shè)計(jì)圖紙、修改圖紙以及地質(zhì)資料等；施工資料里面包括各個(gè)階段的竣工圖紙、竣工說明書、材料試驗(yàn)資料及施工記錄竣工驗(yàn)收資料等；歷史上通過的特種車輛、交通量狀況、養(yǎng)護(hù)維修的資料等。對(duì)于某些曾經(jīng)維修、加固過的橋梁，還需要收集工程有關(guān)的養(yǎng)護(hù)、維修、加固等方面的資料。還有一些與之有關(guān)的自然環(huán)境或者自然災(zāi)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(nèi)容可歸納成如下幾個(gè)方面：（一）橋面系的外觀檢查。橋面系的外觀調(diào)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(shè)施、欄桿、扶手及人行道、照明設(shè)備和交通設(shè)施等依次檢查。（二）橋梁上部結(jié)構(gòu)的檢查。橋梁上部結(jié)構(gòu)是橋梁的主要承重結(jié)構(gòu)，它往往由許多基本構(gòu)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(dòng)等病害。對(duì)于不同的支座類型，病害也各不相同。（四）橋梁墩臺(tái)的檢查。橋梁墩臺(tái)的檢查主要是墩臺(tái)臺(tái)身缺陷及裂縫檢查，墩臺(tái)變位（沉降、位移、傾斜）的檢查。（五）橋梁基礎(chǔ)的檢查。對(duì)于墩臺(tái)基礎(chǔ)的檢查，主要指墩臺(tái)基礎(chǔ)的沖刷情況和缺陷情況的檢查。
三、材料檢測(cè)
?。ㄒ唬┗炷恋膹?qiáng)度
隨著時(shí)間的推移，橋梁會(huì)產(chǎn)生一些變化。比較大的橋梁通常會(huì)有同期的試塊用以確定強(qiáng)度。對(duì)于沒有試塊的橋梁，目前測(cè)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(yàn)法等?；貜椃ā⒊暡ǚㄒ约熬C合法是屬于非破損測(cè)試方法，應(yīng)用較廣泛，不少國家已有指南或標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)由專業(yè)檢測(cè)人員測(cè)試時(shí)，三種方法的測(cè)試結(jié)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(cè)精度要高一些。對(duì)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。混凝土的濕度對(duì)回彈值和超聲波脈沖速度都有一定的影響。
（二）鋼筋銹蝕
混凝土的密實(shí)度、滲水性、含水量、含氯鹽量、碳化深度、保護(hù)層厚度不足和開裂等缺損，是導(dǎo)致鋼筋銹蝕的因素。反之，鋼筋銹蝕又促使混凝土進(jìn)一步破損。通過簡單的外觀檢查、敲擊檢查可以檢測(cè)程度較重的鋼筋銹蝕現(xiàn)象。其他檢測(cè)方法有：
1.直接評(píng)定鋼筋銹蝕技術(shù)
?。?）電阻探測(cè)器技術(shù)是根據(jù)金屬板銹蝕而變薄，其電阻增大的原理；
（2）線性極化探測(cè)技術(shù)是根據(jù)電化動(dòng)力學(xué)原理，測(cè)量試驗(yàn)電極問的微小電流；
（3）半電池電位測(cè)量法是通過與一已知的、并保持常量的基準(zhǔn)電極（半電池）的極電位相比較，能有效地測(cè)量混凝土中鋼筋的極電位。
2.間接評(píng)定鋼筋銹蝕技術(shù)
?。?）用保護(hù)層測(cè)定儀檢測(cè)鋼筋的}昆凝土保護(hù)層厚度是否足夠；
（2）測(cè)定混凝土電阻率，通常取四電極法測(cè)量；
（3）混凝土中氯離子含量測(cè)試方法，評(píng)定氯鹽對(duì)鋼筋的銹蝕；
（4）混凝土碳化深度的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(dá)到鋼筋部位，混凝土失去保護(hù)作用，則鋼筋可能被銹蝕。
四、靜動(dòng)載檢測(cè)
?。ㄒ唬╈o載試驗(yàn)
1．試驗(yàn)準(zhǔn)備階段
在進(jìn)行荷載試驗(yàn)前，應(yīng)首先確定試驗(yàn)孔（墩、臺(tái)），然后才可以進(jìn)行加載方案的制定。試驗(yàn)孔的選擇主要綜合考慮以下條件：該孔（或墩）計(jì)算受力最不利；該孑L（或墩）施工質(zhì)量較差，缺陷較多或病害較嚴(yán)重；該孔（或墩）便于搭設(shè)腳手架及設(shè)置測(cè)點(diǎn)或試驗(yàn)時(shí)便于加載。而試驗(yàn)方案一般包括以下內(nèi)容：試驗(yàn)?zāi)康囊约皽y(cè)量要求、測(cè)試內(nèi)容、試驗(yàn)程序、試驗(yàn)人員的組織和分工、加載方法、測(cè)量方法、安全措施。
2．加裁與觀測(cè)階段
荷載作用下橋梁變形可分為兩類：反映結(jié)構(gòu)整體工作狀況的整體變形；反映結(jié)構(gòu)局部工作狀況的局部變形。在確定觀測(cè)項(xiàng)目時(shí)應(yīng)當(dāng)首先考慮整體變形，同時(shí)兼顧局部變形。通常橋梁需要鑒定的主要是上部結(jié)構(gòu)的受力特性，監(jiān)控試驗(yàn)荷載各工況下控制截面的應(yīng)力應(yīng)變就是主要內(nèi)容。另外，對(duì)于舊橋來說，一些正常使用狀態(tài)下的參數(shù)（如撓度、裂縫寬度等）也是其測(cè)試的主要內(nèi)容。通常橋梁觀測(cè)的項(xiàng)目有：結(jié)構(gòu)的最大撓度、支座沉降、結(jié)構(gòu)最大拉、壓應(yīng)力、裂縫的出現(xiàn)和擴(kuò)展?fàn)顩r。測(cè)量部位的選擇和測(cè)點(diǎn)布設(shè)一般在滿足試驗(yàn)?zāi)康牡那疤嵯?，測(cè)點(diǎn)數(shù)量必須充分；測(cè)點(diǎn)位置必須具有代表性，以利于計(jì)算分析。
位移測(cè)量大體可分為兩類，機(jī)械測(cè)量或電測(cè)法的接觸式測(cè)量。如百分表、撓度計(jì)、位移傳感器等；光學(xué)測(cè)量的非接觸式測(cè)量如精密水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、全站儀等。應(yīng)變測(cè)量一般可分為兩種情況：主應(yīng)力方向已知，沿著主應(yīng)力方向布設(shè)應(yīng)變片；主應(yīng)力方向未知，在測(cè)試點(diǎn)沿三個(gè)方向布設(shè)成應(yīng)變花形式。常采用應(yīng)變片、電阻應(yīng)變儀、振弦式應(yīng)變計(jì)、鋼筋應(yīng)力計(jì)等。裂縫測(cè)量通常依靠目力輔以刻度放大鏡，對(duì)于較大裂縫在要求不高的情況下也可用塞尺測(cè)量。
?。ǘ﹦?dòng)力試驗(yàn)
橋梁檢測(cè)動(dòng)載試驗(yàn)是動(dòng)力測(cè)定評(píng)價(jià)方法的基本測(cè)試項(xiàng)目。是為了滿足工程應(yīng)用的需要，應(yīng)用理論分析與試驗(yàn)測(cè)試結(jié)合的科學(xué)方法解決橋梁振動(dòng)問題的必要手段，是橋梁檢測(cè)工作中的重要環(huán)節(jié)，其對(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)參數(shù)。
橋梁檢測(cè)中動(dòng)載試驗(yàn)的內(nèi)容主要是結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性和動(dòng)載響應(yīng)的試驗(yàn)與分析，量測(cè)的主要部位是結(jié)構(gòu)動(dòng)力效應(yīng)最大構(gòu)件的動(dòng)應(yīng)力及動(dòng)變形的控制截面。一般來說，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（頻率、振形、阻尼比）和橋梁動(dòng)力響應(yīng)測(cè)試（動(dòng)撓度、動(dòng)應(yīng)力、加速度、沖擊系數(shù)）。
1．測(cè)試儀器
動(dòng)載試驗(yàn)的測(cè)試儀器主要包括測(cè)試傳感器，信號(hào)放大器，光線示波器，磁帶記錄儀和數(shù)字信號(hào)處理機(jī)。根據(jù)儀器的性能和使用傳感器的特性，可以選配不同的測(cè)試系統(tǒng)。
2．橋梁動(dòng)載試驗(yàn)的激振方法橋梁動(dòng)載試驗(yàn)的激振方法應(yīng)根據(jù)橋梁的結(jié)構(gòu)型式和剛度，選擇效果好、易實(shí)施的方法。常用的方法有自振法、共振法和脈動(dòng)法三種。
3．動(dòng)載試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及評(píng)定
橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性是與結(jié)構(gòu)的組成形式、剛度、質(zhì)量分布和材料性質(zhì)等結(jié)構(gòu)本身的固有性質(zhì)有關(guān)而與荷載等其他條件無關(guān)的性質(zhì)。橋梁的模態(tài)參數(shù)是整個(gè)結(jié)構(gòu)振動(dòng)系統(tǒng)的基本特性，它是進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析所必須的參數(shù)，其結(jié)果不僅可以用來分析結(jié)構(gòu)動(dòng)載作用下的受力情況，而且對(duì)橋梁承載力狀況評(píng)定提供重要指標(biāo)。
（1）固有頻率的測(cè)定
對(duì)于比較簡單的結(jié)構(gòu)，只需結(jié)構(gòu)的一階頻率，對(duì)于較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析，還應(yīng)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(cè)試系統(tǒng)實(shí)測(cè)記錄的功率譜圖上的峰值、時(shí)域歷程曲線或其自相關(guān)圖上確定。由基頻還可以推算承重結(jié)構(gòu)的動(dòng)剛度。
?。?）阻尼
橋梁結(jié)構(gòu)的阻尼特性一般由對(duì)數(shù)衰減率γ或阻尼比ζ來表示，可由時(shí)域信號(hào)中的振動(dòng)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(jì)算阻尼，一般測(cè)試系統(tǒng)軟件均可完成此類分析。
?。?）振型
一般橋梁結(jié)構(gòu)的基頻是動(dòng)力分析的重要參數(shù)。傳感器測(cè)點(diǎn)的布置根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式，通過理論分析后確定。振型的測(cè)定一般采用兩種方法，一種是使用多個(gè)傳感器測(cè)定，另一種是使用一個(gè)傳感器變換位置測(cè)量，這種情況下需要一個(gè)作用參考點(diǎn)，測(cè)試時(shí)比較煩瑣，在條件限制時(shí)使用。一般應(yīng)采取第一種方法測(cè)試。
?。?）沖擊系數(shù)
橋規(guī)中定義沖擊系數(shù)μ為沖擊力與汽車荷載之比。對(duì)于線彈性狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)來說，動(dòng)荷載產(chǎn)生的荷載效應(yīng)與靜荷載產(chǎn)生的荷載效應(yīng)之比即為1+μ。因此，沖擊系數(shù)的測(cè)試通常采用測(cè)定結(jié)構(gòu)動(dòng)應(yīng)變或動(dòng)撓度的方法。測(cè)試前，在梁的跨中（或最大變位、應(yīng)變處）布置電阻應(yīng)變片式的位移計(jì)或應(yīng)變計(jì)，并通過動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀與電腦相接。試驗(yàn)時(shí)，由加載車輛以某一速度從測(cè)點(diǎn)駛過，記錄其輸出應(yīng)變隨時(shí)間變化的實(shí)時(shí)信號(hào)。一般情況下，應(yīng)測(cè)試記錄多種車速下的輸出應(yīng)變結(jié)果，以作分析比較。一般來講，橋梁在跨徑L為30-70m時(shí)，車輛與橋梁的自振頻率較接近，易產(chǎn)生共振，在單臺(tái)車作用下的沖擊系數(shù)特別大；沖擊系數(shù)隨阻尼比的減小而增大，阻尼比越小，沖擊系數(shù)受橋梁的影響越明顯，預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋的沖擊系數(shù)大于同等跨徑的鋼筋混凝土梁橋，這些在測(cè)試中需注意，以便更好地分析沖擊系數(shù)的測(cè)試結(jié)果。事實(shí)上，實(shí)測(cè)汽車沖擊系數(shù)除了與結(jié)構(gòu)本身有關(guān)，還與試驗(yàn)車輛的性質(zhì)、路面平整度、車速有一定關(guān)系。車輛荷載本身是一個(gè)帶有質(zhì)量的振動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)它在橋上行駛時(shí)，與橋產(chǎn)生車、橋耦合振動(dòng)。由于車輛動(dòng)力特性的復(fù)雜性，以及橋梁阻尼的離散性和橋面不平整的隨機(jī)性，同一座橋梁多次不同的試驗(yàn)，測(cè)得的沖擊系數(shù)也不盡相同。
五、結(jié)束語
總之，隨著新材料、新工藝、新結(jié)構(gòu)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(cè)。橋梁檢測(cè)是一項(xiàng)復(fù)雜而細(xì)致的工作，不僅要求工作人員有豐富的實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，而且同時(shí)需要堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)作為指導(dǎo)。因此只有把理論和實(shí)際充分結(jié)合起來，再加上指揮者與各試驗(yàn)人員之間的默契配合，才能做好檢測(cè)工作并取得滿意的數(shù)據(jù)，也只有這樣才有可能做出準(zhǔn)確的評(píng)估。
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