浅谈钢筋混凝土桥梁试验检测技术及其发展趋势

2015-01-08胡升

城市道桥与防洪 2015年7期

胡升

（安徽省交通科学研究院，安徽合肥 230000）

0 引言

随着桥梁工程使用年限的不断增加，不可避免地会受到损伤。造成损伤的原因可能是自然环境、自然灾害引起的，也可能是人为因素引起的。在我国交通建设快速发展下，交通运输量逐渐增加，车辆的载重和行车密度也随之增加。在这种情况下就会进一步加剧桥梁的结构损伤，对桥梁运营的安全性造成影响。为了做好桥梁的改造、维修和加固，需要做好桥梁的检测工作。

1 桥梁无损检测分析与评价

1.1 桥梁无损检测方法介绍

（1）非破损法。非破损法指的是将一些物理量和混凝土的强度作为基础，在不破坏混凝土性能的基础上，对这些物理量进行测试，并按照物理量之间的关系对混凝土的强度进行推算。常见的方法如成熟法、射线吸收和散射法、超声脉冲法等。

（2）半破损法。半破损法是在不对构件承载力造成影响的基础上，对构件进行局部破坏性试验，常见的方法如拔出法、钻芯法、射击法等。

（3）无损检测法。一般多使用超声法进行混凝土的无损检测，当前利用超声法对混凝土内部缺陷进行检测时，主要使用波幅、声时、频率、波形等参数对混凝土结合面、混凝土的裂缝情况、表面损伤情况等进行判断。超声波检测原理如图1所示。

（4）动力试桩法。这种方法主要由大应变法和小应变法构成。其中大应变法主要对单桩的承载力进行检测；小应变法主要检测桩身内部是否有缺陷存在。此方法可以比较准确地评价灌注桩混凝土的缩颈、离析、孔洞、夹泥等问题，如果用来检测承载力，误差会比较大。

图1 超声法检测技术原理图

1.2 桥梁无损检测的评价

桥梁表观检测包含以下几种情况，即测量桥梁整体与局部部件的几何尺寸、检查和测量结构病害等。对于不同的桥型来说，表观检测的侧重点略有不同。对于表观检测而言，一定要达到可以定量反映出桥梁的结构情况，根据有关的规定来衡量桥梁技术的级别[1]。调查桥梁结构资料包含了桥梁的原结构设计、施工的技术与过程，还包括该桥梁维修保养的记载等。检测材料指的是检测桥梁结构材料的损伤情况。钢筋混凝土桥梁检测的时候，主要是对钢筋和混凝土进行检测，包含了混凝土的强度、表观及内部缺陷、碳化深度、含碱量、氯离子的含量、钢筋的锈蚀情况以及钢筋保护层的厚度等。

桥梁无损检测的长远发展目标为表观检测和材料检测水平的不断进步以及相关仪器设备的不断更新。在国外许多国家检测仪器和有关技术在桥梁检测探究领域占有较大的比例，相继研发出电、雷达等相结合的高、精、尖设备。例如，应用于检测桥面的成像系统，它就是双频带红外线自动温度的；检测桥面板的探底雷达检测成像体系，等等。

2 桥梁荷载试验

荷载试验是混凝土桥梁检测的关键，以下4种情况需要进行荷载试验：第一，大跨度的混凝土桥，特别是材料、结构和技术都采用新型技艺的；第二，需要通行特种车辆的新旧桥梁都需要进行荷载试验，这样可以确保桥梁的安全，一定要进行等效荷载试验或者依据实际的荷载情况进行模拟试验；第三，那些旧桥在改扩建、加固或修复以后一定要进行鉴定性荷载试验，这样可以检测出桥梁的效果；第四，那些修建历史久远、没有经过设计和记载相关施工信息的桥梁，要想知道它们的荷载情况，就一定要进行荷载试验。

2.1 荷载试验的类别和准备情况

（1）荷载试验的类别：按照荷载性质可以分为静载、动力两种荷载试验；按照数目和设计标准值可以分为基础荷载、轻荷载和重荷载三种荷载试验情况。本文主要是对静载和动力两种情况进行详细阐述。

（2）荷载试验的准备情况：在进行荷载试验以前一定要做好充分的准备工作，竭尽全力搜集有关设计和施工方面的材料。为了更好地进行荷载试验，要安排测控点，对所得数据进行对比分析，做好前期准备工作。搜集的材料包含桥梁的几何图形、高度、设计标准、行车情况以及原材料的物理性质等。如果有条件的话，可以从两方面来进行：一方面从桥梁的设计单位那里获取桥梁的控制截面计算数据以及桥梁结构的自振情况；另一方面，从桥梁施工单位获取桥梁实际施工的所有情况，特别是有关混凝土的相关信息。还要做好桥梁的实地考察工作，在桥梁上标明病害的实际情况，包括病害的程度、病害的位置等；还要对桥梁位置的交通、气候和供电情况进行全面掌握。所有的情况都会给事先做好的试验方案带来影响，早发现问题，可以提前对方案进行修改，做好试验准备工作。

2.2 动力试验

桥梁结构的动力试验主要是对桥梁结构的自振性能、车辆动力荷载与桥梁结构的联合振动性能进行探究，测试得到的信息用来衡量桥梁结构的运营情况以及承载特征。大家都清楚，设计桥梁的时候一定要对外界的强迫振动源予以回避，例如大风、车辆的速度和桥梁结构自振频率相同，不然会产生较大的共振，会对桥梁的安全造成影响[2]。车辆经过桥面的时候，动应力和动挠度的数值达到最大化，这时候的车速称之为临界速度，它会产生共振从而使动力扩大效应得到最大化，对桥梁的安全造成一定的影响。这种扩大效应一般会用冲击系数来代表。桥梁的动力试验以冲击系数为核心，动力试验包含下面两点。

（1）对桥梁结构在车辆荷载情况下的强迫振动特征进行测试，例如动应力、动位移、强迫振动频率、冲击系数等。

（2）对桥梁结构的自振特征进行测试，例如阻尼特性、振型和频率等。桥梁结构的动力测试情况为先由桥梁结构产生振动，再由仪器将桥梁结构自振曲线进行记录，最后使用专业的快速傅立叶转换仪器来进行振动特性的分析。模拟外界对桥梁结构的动力激振包含脉动激振、稳态激振两种情况。脉动激振直接使用外界随机振源，而稳态激振是由一辆或者几辆满载车辆以不一样的速度在桥上制动或者是从桥面上通过[3]。随着动力分析设备技术的不断进步，经验丰富的工程师可以直观地对输出结果进行分析，然而理论分析会与实际情况有所不同。动力试验进行的时候，标准的容许值要大于最低标准限值、动挠度和桥梁结构控制截面上测量得到的最大动应力，不然会损坏到桥梁结构。

2.3 静载试验检测法

静载试验检测法就是对桥梁实施静载试验，对桥梁结构的有关参数进行量测，影响桥梁结构的参数有裂缝、应变、挠度和变形等。静载试验可以对这些参数进行检测，对桥梁结构的抗裂性能、刚度和强度等进行分析，从而对桥梁的承载力进行判断。桥梁静载试验的内容包括以下5点。

（1）桥梁结构的侧向挠度、扭转变形和竖向挠度。每一个跨度里包含3个检测点，从而获取挠度和变形的最大值，还要观测支座的下沉值。

（2）对控制截面的应力分布情况进行记录，获取偏载的特征和最大值。控制截面上要选取5个测试点，包含了截面突变处、上缘和下缘[4]。有的桥梁结构需要检测支点和支点四周、横隔板四周的剪应力、主拉应力等，这时候一定要将应变计转换成应变化。

（3）支座的沉降、转角和伸缩，桥梁墩柱的转角和位移。

（4）对于裂纹进行仔细检查，裂纹刚出现的时候做好荷载值的记录，对于裂纹出现的大小、长度、位置以及卸载后恢复的情况做好详细的记录。假如桥梁结构的控制面出现变形、裂纹延伸，在没有达到荷载最大值以前，但已经达到设计标准值时，应该立即停止加载，此时对裂纹的延伸情况进行观测，并将设备仪器和工作人员全部撤离。

3 混凝土桥梁检测技术的发展

在国外，伴随着混凝土桥梁检测技术的不断进步，为了使大量的维修经费得到更加合理的使用，桥梁管理部门把过去的桥梁检测信息和工程紧密结合在一起，使得错误的信息一目了然，这就是贝叶斯预测技术[5]。在先验信息和工程评价的基础之上，对桥梁的衰变情况进行事先的推测，将先进的检测信息填充到桥梁管理体系中来，为今后的桥梁检测工作提供便利。日前，上海创建了桥梁管理体系，使用模拟数学概念经过对桥梁不同构成部分的评价来做出相应的处理，最后使用电脑将桥梁的缺损情况汇总出来，这样就可以充分显现出桥梁检测的安全性和可靠性。