淺談橋梁檢測加固技術
2016-03-23
一、橋梁檢測的目的和意義
橋梁檢測評價的目的和意義如下:①通過檢查確定橋梁營運多年后各部位由于出現(xiàn)如裂縫、錯位、沉降等缺陷而引起的損壞程度與實際承載能力損失，為進行橋梁的修復加固提供可靠依據(jù)。②通過檢查評價，可確定按舊標準規(guī)定的荷載等級設計的橋梁，現(xiàn)在由于交通量的不斷增加，車輛載重量的不斷加大，是否需要通過加固來提高其荷載等級。③通過檢查評價，可確定特大型工業(yè)設備與集裝箱運輸?shù)瘸剀囕v是否安全通過，并為臨時加固提供技術資料。④通過檢查評價，可評定一些重要的大橋或特大橋梁，在建成之后其設計與施工質(zhì)量，確定工程的可靠度。⑤通過檢測評價，可驗證采用新型結構橋梁理論的實踐性與可靠性，以便對結構設計理論及結構形式加以改進，使其更完善。⑥通過對維修加固的橋梁進行竣工檢查可檢驗維修加固的質(zhì)量，并驗證加固方法的合理性與可靠性。
二、橋梁載荷試驗研究
1.橋梁檢測靜載試驗
靜載試驗是橋梁結構工作狀態(tài)測試的一種主要的方法，其將靜止的荷載作用于橋梁結構指定位置并測試測點的靜應變、靜位移與應力等，從而評定橋梁結構的工作狀態(tài)和使用能力。橋梁靜載通常采用設定的車輛荷載或重物堆載等方式來模擬某一等級的車輛荷載。
1.1試驗跨的選擇
橋梁靜載試驗既需要客觀全面的反映橋梁結構的承載能力與使用性，同時又受試驗費用、時間與環(huán)境條件等的限制，所以必須選擇典型橋跨進行試驗，其應根據(jù)橋梁調(diào)查和驗算結果綜合確定。對于跨徑相同的多孔結構可選擇1～3個具有代表性的橋孔進行荷載實驗，選擇時應綜合考慮以下條件:①橋跨計算受力最不利。②橋跨施工質(zhì)量較差，缺陷較多或病害最嚴重。③橋跨便于搭設腳手支架，布置測點與荷載。
1.2控制截面確定
控制截面的數(shù)量應根據(jù)能否準確地繪制出內(nèi)力包絡圖而確定?？刂平孛孀畈焕钶d內(nèi)力計算的一般方法是先求出應該截面的各類影響線，然后根據(jù)影響線加載，再按照車道數(shù)、沖擊系數(shù)及車道橫向折減系數(shù)計算出該截面的最不利活載內(nèi)力。
影響線計算主要以荷載橫向分布理論為基礎，將結構內(nèi)力和變形簡化為平面問題計算，該方法概念明確、計算簡便。采用此方法能夠得到橋跨結構順橋向的最不利效應值，可用于確定橋梁結構最不利位置。此外，對于存在病害或缺陷的橋梁，還應進行內(nèi)力組合，根據(jù)規(guī)范方法驗算控制截面強度，以確保橋梁使用時的結構安全。
1.3試驗荷載確定
靜力試驗荷載是根據(jù)結構設計內(nèi)力計算結果來確定加載位置、等級的，該過程是一個反復試算的過程。試驗荷載原則上應采用與試驗控制荷載相同的荷載，但客觀條件所限，但實際上采用的試驗荷載與試驗控制荷載很難一致，為保證試驗效果，試驗荷載一般采用靜載試驗效率系數(shù)進行控制確定。
2.橋梁檢測動載試驗
橋梁結構動載試驗是利用某種激振方法激起橋梁結構的振動，進而測試橋梁結構的固有頻率、阻尼比、振型、動力沖擊系數(shù)與動力響應等參數(shù)的試驗項目。橋梁動載試驗能從宏觀上判斷橋梁結構的整體剛度與運營性能。橋梁結構動載試驗在試驗目的、測試內(nèi)容等方面雖然與靜載試驗有所不同，但其對于全面分析掌握橋梁結構工作性能而言是同等重要的，因為它是影響橋梁使用壽命的主要因素之一。因此，動載試驗對橋梁設計和維護都有很重要的意義。
2.1動載測試目的
橋梁動載試驗的目的是測定橋梁結構的動力特性與在動荷載作用下的強迫振動響應，即橋梁結構的自振頻率、振型、阻尼比等模態(tài)參數(shù)與橋梁結構的動位移、動應力、沖擊系數(shù)等，進而在動載試驗基礎上，通過理論分析了解橋梁結構的實際工作狀態(tài)，判斷和評價橋梁結構的承載能力和使用條件。
橋梁動載試驗的主要目的為:
①通過動載試驗判斷橋梁結構在不同動荷載作用下的動態(tài)反應是否在橋梁的一般容許范圍內(nèi)。②通過動力特性試驗了解橋梁結構的固有振動特性與長期使用荷載作用下的動力性能。③通過動載試驗，并結合理論分析，綜合評價橋梁承載能力與工作狀況。④為橋梁維護提供依據(jù)，指導橋梁的正確使用、養(yǎng)護與維修。
2.2動載測試內(nèi)容
橋梁動載試驗的關鍵是要避免振源頻率與橋跨結構的自振頻率相等，進而避免引起共振，動載測試內(nèi)容主要包括以下方面:①測定橋跨結構在動力荷載下的強迫振動特性。②測定橋跨結構的自振特性。③測定振源本身的動力特性。
2.3動載測試項目
橋梁動載試驗測試內(nèi)容一般包括以下幾個方面:①脈動試驗。當橋面上無行駛汽車和其它的周期性干擾力時，在風與地面微振等環(huán)境因素的作用下，通過脈動測試可以確定橋梁結構的固有頻率。②跳車試驗。跳車試驗是指測試汽車跨過15cm高跳板后制動，測量橋梁結構在附加汽車荷載情況下的衰減振動情況，進而確定橋梁沖擊系數(shù)，分析橋梁結構的振動特性。③跑車試驗。跑車試驗主要是指測試汽車在橋面上通過，量測橋梁結構強迫振動響應與激勵后振動衰減情況。④剎車試驗。剎車試驗是以測試汽車在橋上緊急制動作為激振源，量測其所產(chǎn)生的響應，主要用于評價橋梁承受活載水平力性能，測試汽車可以不同速度停在預定位置。
2.4動載測點布置
測點的布置應考慮動載試驗目的、要求與橋梁結構形式來綜合確定，具體布置形式如下:①拾振器的布置。測點拾振器一般按照結構振型布置在變位較大的部位，且應避開各階振型的節(jié)點，以免丟失模態(tài)。②動應變測點的布置。動應變測點一般布置在結構最大應變截面處，且應注意溫度補償。
三、橋梁加固理論
1.加固目的和要求
隨著公路交通運輸事業(yè)的快速發(fā)展，道路交通運輸量和大噸位車輛在逐年增加，由此導致既有橋梁“健康狀況”逐年降低，損壞速度加快，此時，對既有橋梁進行合理而有效的加固，提高橋梁的運行能力和承載標準具有重要的意義，則相應的橋梁加固應做到:①確保橋梁工程的安全、完整、適用與耐久。②提高既有橋梁的運行能力與承載能力。
橋梁加固的具體要求為:①橋梁結構由于結構失效或損傷經(jīng)評估不滿足結構安全或正常使用要求時，必須進行加固。加固內(nèi)容與范圍應根據(jù)評估結論和委托方提出的要求確定，可以包括整座橋梁，亦可以是指定的區(qū)段或特定的構件。②加固后橋梁結構整體壽命應達到原設計橋梁的壽命。③加固設計與施工方法應緊密結合，并采取有效措施保證新老結構連接的可靠與協(xié)同工作。④對于大橋、特大橋，主要承重構件需要加固補強時，加固設計方案應不少于2個，并對方案進行比選和經(jīng)濟評價。⑤加固設計與施工應盡量不損傷原結構，并保留具有利用價值的構件，避免不必要的拆除或更換。⑥加固設計應進行承載力驗算。⑦加固施工中應盡可能減少對橋上下通行車輛與行人的干擾，同時減小對周圍環(huán)境的污染。⑧加固施工過程中應采取安全監(jiān)測措施，確保人員、結構的安全。
2.橋梁結構加固方法
2.1混凝土修補法
混凝土修補法主要適用于混凝土橋梁結構中出現(xiàn)蜂窩、空洞以及較大范圍的破損等缺陷的修補?；炷列扪a法根據(jù)施工工藝不同一般可分為直接澆筑、噴射與壓漿等幾種方法。
2.2水泥砂漿修補法
?、偎嗌皾{人工涂抹法
水泥砂漿人工涂抹法通常用于修補小面積缺陷，特別是損壞深度較淺時，其修補效果相對較好。當修補部位深度較大時，可在水泥砂漿中摻入適量礫料，以增強砂漿強度并減少砂漿干縮。此外，應在新修補區(qū)域周圍再涂上一定厚度的環(huán)氧樹脂膠液、鋁粉水泥漿液或其它膠粘劑等封閉劑，以減少收縮裂縫的產(chǎn)生。
?、趪姖{修補法
噴漿修補法主要用于重要混凝土結構物或大面積混凝土表面缺陷與破損的修補。該方法操作工藝較為簡單，工效高，但材料消耗相對較多，且當噴漿層較薄或不均勻時容易發(fā)生干縮裂縫。
2.3粘結劑修補法
粘結劑修補法一般用于對混凝土橋梁結構表面的風化、剝落、露筋與小面積破損的修補。施工時應避免荷載或重力振動等因素的干擾，主梁及其他重要部位的修補應在強度達到原結構強度的100%時方可承受荷載。
2.4增大梁截面和配筋加固法
增大梁截面和配筋加固法是在構件表面加大混凝土尺寸，增加受力鋼筋，使其與原結構形成整體，從而增大構件有效高度和受力鋼筋面積，增加構件的剛度，提高橋梁整體承載能力，這種加固方法廣泛應用于梁(板)橋及拱橋拱肋的加固。加大構件截面時，會使上部結構恒載增加，對原結構及基礎承載能力有一定影響。
增大梁截面和配筋加固法的受力特點為:增大主梁混凝土截面和增加配筋后，使主梁成為二次受力的疊合構件，原主梁的混凝土和鋼筋除了已有的應力外，還需要承受后期恒載和活載產(chǎn)生的應力。因此需按二次受力的疊和梁進行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的演算。
結論：
總之，橋梁檢測是橋梁新型結構性能研究、橋梁施工質(zhì)量與結構承載能力評定的重要手段。普及橋梁檢測技術，做檢測工作并給出橋梁結構性能的正確評價，對于推動我國橋梁工程建設，提高施工質(zhì)量，延長現(xiàn)役橋梁承載能力，都具有十分重要的意義。
