谈桥梁结构检查和检测

2012-08-15崔晋阳

山西建筑 2012年9期

崔晋阳

(山西路桥第一工程有限责任公司，山西太原 030006)

1 概述

1.1 国内桥梁结构检查和检测现状

1)“七五”期间，我国交通部立项开展桥梁管理系统的研究开发，形成了我国公路桥梁养护管理系统(CBMS)。该技术主要以现有的公路桥梁为研究对象，依靠桥梁养护工程师对桥梁进行定期检查，将检查结果按照不同结构或构件权重打分［1］，通过对数据的统计分析确定桥梁的状况等级，该技术可以提高公路桥梁管理信息的准确度，同时增强对运营桥梁的监控，针对桥梁出现的不同问题，制定相应的养护和加固对策。2)2004年，我国重修JTG H11-2004公路桥涵养护规范，该规范详细规定了经常检测、定期检测和特殊检测的间隔时间，检测内容和方法，根据桥梁各个构件的损毁程度，该损毁对桥梁结构使用功能的影响程度和损毁的发展变化等三个方面，综合考虑和分析桥梁各构件的损毁对桥梁整体结构的影响，并提出了综合评定方法，根据该方法规定的评分情况，将桥梁划分为五个等级，再根据相应的级别提出适合的养护措施。

1.2 国外桥梁结构检查和检测现状

1)1987年，美国纽约州斯科哈里溪公路桥建设失败，纽约州交通部开始系统的评估该桥失败的原因，制定完成了一套综合的桥梁管理和安全体系，首次展开对引起塌桥原因的系统评估。这套体系构成了纽约州交通局通过制定方针政策，保障桥梁安全和管理决策的核心举措。同时，通过这套健全的桥梁维护系统，还可保证及时地指出结构上的缺陷，并根据要求进行处理。该系统包括总体的纠正和周期性的调整功能，尽量以经济有效的办法延长桥梁寿命。新建工程的结构安全应由严格的质量保证程序和要求主要结构施工作业实行资质认证来保证，以确保在役桥梁的结构和在建桥梁的结构安全。2)国外桥梁结构检测技术是建立在混凝土无破损检测技术和对钢筋混凝土桥梁结构模拟技术的基础上。

混凝土无破损检测技术的发展，1930年首次出现了表面压痕法，1935年格里姆、艾德用共振法测量混凝土的弹性模量，1949年加拿大的莱斯利、奇斯曼和英国的琼斯将超声脉冲法运用于混凝土结构无破损检测中并取得了成功。

钢筋混凝土桥梁结构模拟技术，在国外人们开发了ANSYS，LS-DYNA，ABAQUS，MSC等有限元应用软件，通过这些软件的分析成功的解决了许多实际的工程问题。例如，美国Kentucky大学土木工程系的E.Harik和Cincinnati大学土木工程与环境工程系的M.Lent与T.Baseheart使用ANSYS软件成功完成了对美国某悬索桥的数值仿真分析，此外，A.EminAKtan等学者利用有限元理论及有限元分析软件对桥梁结构进行损伤状况评估［2］。

结构检测的设备在19世纪以前是相当简陋的，还没有能直接量测结构应变的仪器。直至20世纪20年代～40年代才出现各种类型的应变计。桥梁荷载试验已有100多年历史，例如1850年英国建造的最大跨径为140 m的箱形连续梁铁路桥，原设计是一座有加劲梁的吊桥，但在建造过程中，通过进行荷载试验，改变了原设计方案。

2 桥梁结构检查和检测

2.1 桥梁结构检查

桥梁检查包括桥梁日常巡查和定期检查两个内容。

日常巡查:一月一次，通过日常巡查可随时掌握桥梁结构状态，发现问题及时采取相应的措施，确保桥梁结构功能正常(由路段养护人员或桥梁养护人员检查)。

定期检查:每3年～5年一次，通过定期采集桥梁结构技术状态的动态数据，列入桥梁养护管理系统，为评定桥梁使用功能、制定具体桥梁维修计划提供基础数据(由具有检查经验，受过专门桥梁检查培训、熟悉桥梁结构设计等方面知识的养护工程师负责)［3］。

2.2 桥梁结构检测

桥梁结构检测是在桥梁检查的基础上，通过对桥梁结构的变位、应变、动力特性参量、裂缝和损害等项目的检测，来证实桥梁在强度、刚度、稳定性、耐久性和动力性能等方面能否满足安全运营的要求。

2.2.1 桥梁结构检测内容

桥梁结构检测内容包括桥梁外观病害检查、桥梁结构材料检测和荷载试验。

桥梁外观病害检查:通过人工现场检查，根据桥梁结构的外观损坏状况打分、评定类别，为下一步桥梁结构材料检测提供了依据。

外观病害检查的主要内容有:

1)上部结构:支座、上部主要承重构件和上部一般承重构件;

2)下部结构:桥台及基础、桥墩及基础和地基冲刷;

3)防护工程:翼墙耳墙和维坡护坡;

4)桥面构造:桥面铺装、桥头跳车、伸缩缝、人行道以及栏杆护栏;

5)附属工程:照明标志、排水设施和调治构造物等。

桥梁结构材料检测:在桥梁外观病害的基础上，做进一步桥梁结构材料检测，检测的重点是桥梁结构钢筋锈蚀情况和混凝土强度检测，通过分析为桥梁可靠性和耐久性的判断提供了技术依据。

结构材料检测主要内容:

1)混凝土强度检测:混凝土回弹值、混凝土超声值和混凝土碳化深度;

2)混凝土氯离子含量、混凝土电阻率和钢筋锈蚀电位;

3)钢筋保护层厚度:钢筋混凝土保护层厚度。

桥梁荷载试验:根据桥梁外观病害检查和结构材料检测的结果，对外观病害和结构材料状况差的桥梁进行荷载试验，荷载试验可分为静载试验和动载试验两种，通过对桥梁按设计荷载直接加载，测试桥梁在最不利荷载作用下的实际响应，进一步分析桥梁的工作状态，判断桥梁结构的实际承载能力［3］。

桥梁荷载试验内容:

1)静载试验:不同加载工况;

2)脉动试验、随即试验、行车试验、刹车试验和跳车试验。

2.2.2 桥梁结构检测技术

1)桥梁外观病害检测技术:因主要评定桥梁表面现象，所以以目测桥梁外观的检查方法为主，必要时辅以简单工具和仪器进行检测，如量尺和放大镜等。

2)桥梁结构材料检测技术:分为无破损检测技术和局部破损检测技术。

无破损检测技术:采用无破损的方法测定混凝土强度、碳化深度、氯离子含量、混凝土电阻率、钢筋混凝土保护层厚度和混凝土中钢筋的锈蚀情况，无破损检查应用的技术有:回弹仪检查的技术;超声波探测技术(脉冲传递、脉冲衰减和全息摄影等方法);射线照相或衰减测定技术(电磁放射线有χ射线、γ射线、红外线和紫外线;核子放射线有中子、质子和正电子束等);磁力或磁通量探测技术;染色渗入法;探测锈蚀状况的半电池电位测量;激光全息摄影技术;光学孔径仪与光纤维和小型闭路电视录像机组合的观测技术;振动法检验技术等［4］。

局部破损检测技术:在构件上钻孔取样，然后进行物理化学分析和力学性能的检测，测定材料的强度、弹性模量、水泥含量、碳化深度和防水层电阻率等。

3)桥梁荷载试验:桥梁静载是将静止的荷载作用在荷载的最不利位置，通过检测得到桥梁的静力位移、应变、裂缝和沉降等静态参数。动载试验是利用激振方法激起桥梁的振动，从而测定其固有频率、阻尼比、动力冲击系数、动力响应等动态参量。不论是静载还是动载试验，都是通过相应的仪器设备得到桥梁结构的响应，根据响应分析得到桥梁结构的性能参数，根据参数变化对桥梁结构进行损伤识别与性能评价。

静态响应:损伤识别主要有系统识别和神经网络等方法。

动态响应:损伤识别是融合振动理论、振动测试技术、信号采集与分析等跨学科技术的试验模态分析法［5］。