高速公路桥梁预制小箱梁构件制作质量快速检测技术研究

刘静

摘要：装配式空心板桥，采用了预应力钢筋混凝土或普通钢筋混凝土预制空心板构件；简支和先简支后结构连续装配式T梁，采用了预应力钢筋混凝土预制T梁构件；装配式小箱形梁桥，采用了预应力钢筋混凝土预制小箱梁构件。预制梁板（空心板、T梁、小箱梁）构件是装配式桥梁的主要、关键承重构件，直接决定了桥梁施工质量和建成以后的承载能力。保证装配式桥梁预制梁板构件的施工质量和结构性能，是保证桥梁结构承载能力和安全的前提和基础。

关键词：桥梁；装配式桥梁；结构无损技术

在装配式桥梁预制梁板构件施工中，材料质量、施工工艺、养护条件、施工操作人员水平等方面，都有可能会存在各种不确定的偏差；同时，桥梁预制梁板构件，通常跨度大、配筋密、混凝土厚度薄，稍有不慎、极易出现各种施工缺陷。施工偏差和缺陷将会影响预制梁板构件的施工质量和结构性能，导致其结构承载能力达不到设计预期。若不能有效的检测出存在结构病害的预制梁板构件，那么桥梁建成后，将会存在桥梁结构质量缺陷，降低桥梁结构承载能力，危及桥梁自身的结构安全和车辆正常通行的安全。对装配式桥梁预制梁板构件结构性能和施工质量，进行有效、科学的检测，对于保证装配式桥梁结构安全，具有重要的意义。

一、装配式桥梁预制梁板构件制作质量快速检测技术类型

目前，对于装配式桥梁预制梁板构件的施工质量和结构性能，通常采用结构无损技术和静载试验检测技术进行检测评价。

（一）结构无损技术

无损检测技术是在不损伤被测材料的情况下，检查材料的内在或表面缺陷、测定材料的某些物理量或性能、组织状态等的检测技术。无损检测技术是多学科紧密结合的高技术产物，现代材料学和应用物理学的发展为无损检测技术奠定了理论基础，而现代电子技术和计算机科学的发展又为无损检测技术提供了现代化的测试工具。

按检测目的，结构混凝土构件现场无损检测方法大体可分为两类：

第一类，以检测强度为目的。包括半破损法（如钻芯法、拔出法、射击法等）、非破损法（如压痕法、回弹法、超声脉冲法、回弹-超声综合法、超声-衰减综合法、射线法、落球法等，其中回弹法及回弹，超声综合法已被广泛用于工程检测，我国已制定相应的技术规范），以及半破损和非破损的综合法。

第二类，以检测混凝土内部缺陷为目的。目前我国应用最广的是超声脉冲法。超声波在混凝土无损检测中的研究和应用已有近60年的历史，混凝土超声波检测是混凝土无损检测技术的一个重要方面。我国开展超声脉冲技术的研究始于20世纪50年代中期，于1964年自主研制成功第一台非金属超声检测仪。有关单位陆续开展了混凝土质量非破损检测研究工作，并取得了大量的研究成果，同时在工程检测中得到了推广与应用。检测的应用范围不断扩大，从地面上部结构的检测发展到地下结构的检测；从一般小构件的检测发展到大体积混凝土结构的检测；从单一测强度到裂缝、缺陷、损伤层厚度、弹性参数等。随着计算机技术与材料科学的发展，已研制出具有数据采集与处理功能的智能化超声仪。

（二）静载试验检测技术

静载试验检测是鉴定桥梁预制梁板构件结构能否正常使用的一个重要、直接检测手段。桥梁预制梁板构件静载试验检测，通过对预制梁板构件直接施加静力试验荷载、利用各种试验仪器来检测梁板构件在试验荷载作用下的应变和挠度，根据测试的应变和挠度，对预制梁板构件的结构性能和质量进行评价。

预制梁板构件的静载试验，首先进行理论计算，在正常使用极限状态下，根据桥梁设计荷载标准，在实际桥梁所测断面内力影响线上按最不利位置进行加载，得到单个构件控制截面的活载内力。然后，根据现场的实际情况，采取合理、准确的加载方案，以达到一定的荷载效率系数为目的，采用应变或内力等效的原则，确定在试验梁上所需的试验荷载，以此确定加载工况、测点布置等。试验中的加、卸载均采取分级的办法进行，可采用均匀堆放沙袋、堆放钢材或安装反力架（配重）使用千斤顶等方式进行加载。预制梁板构件静载试验检测测试的主要内容通常为：内力控制截面的挠度（应测试支座沉降，用于进行跨中挠度测试修正）、上下截面应变等；同时，在试验过程中观测试验构件结构裂缝等可能病害的发生、发展情况。根据静载试验测试的挠度和应变，采用使用性能、校验系数、相对残余变形、截面应变分布规律等指标，对预制构件的施工质量和结构性能进行评价和判断。

二、动态测试技术的发展

尽管无损检测和构件静载试验技术已经取得很大的进步，但由于其测试原理、工艺等的限制，这些现有的检测手段对于桥梁预制梁板构件施工质量的主要方面一承载能力指标的检测而言，始终存在着一定的局限性。无损检测技术存在仅针对材料病害或性能、检测结果片面，不能直接评价结构承载能力的不足；静载试验检测存在所需的加载设备复杂、试验周期较长等不足。现有检测技术存在的局限性，制约了预制梁板构件施工质量和结构性能的检测，难以滿足实际桥梁预制梁板构件工程大规模施工的需求。

试验模态分析开始于20世纪30年代。最初在航空工业中就用来通过共振试验测量飞机模态参数，确定系统的固有频率。到了20世纪60年代，由于计算机和快速富氏变换等数字处理技术的发展，使结构的动力特性研究得以迅速的发展，商用数字分析仪及软件大量出现，试验模态分析开始了新纪元。发展了许多试验建模方法。把复杂结构简化成模态模型，通过激励一响应的因果关系来描述系统中各环节的动态特性，大大简化了系统中求解的数学运算。

基于动力特性的结构性能（施工质量）检测实际上属于振动问题的反问题。对于桥梁预制构件的施工质量（通常主要是刚度性能），事先并不知道其具体情况，所以往往需要对构件进行整体性检测。预制构件的结构动力特性能够较敏感地从整体上反映结构参数的变化，并且其模态参数来源丰富，容易进行测量，因此以模态参数为基础的检测、分析方法，是一种有效的构件施工质量性能检测方法。利用损伤前后结构动态特性的变化来诊断结构损伤，诊断的过程不影响结构的正常使用，可以方便地完成结构损伤的在线检测和诊断。

装配式桥梁预制梁板构件结构质量检测，通常采用无损测试技术或静载试验检测技术，这些技术存在片面和试验检测过程复杂、费用高等缺点，难以有效、全面的用来保证桥梁结构安全。本项目的研究成果，将有效的克服无损测试技术片面、不直接，静载试验检测技术复杂、费用高的缺陷，实现预制梁板构件结构质量（性能）的快速、有效检测，是桥梁预制构件施工质量的有效保证手段。研究成果服务于桥梁工程建设实际，对于保证装配式桥梁自身的結构安全和车辆通行安全具有直接的意义。

目前和今后一段时期内，我国城镇和交通领域仍将处于大规模的建设高峰期，大量的交通基础设施需要建设，桥梁是城镇市政、公路和铁路等行业基本建设的重要内容。装配式桥梁是应用最为广泛的中小跨径桥型，对装配式桥梁预制梁板构件进行全面、有效的施工质量和结构性能检测，是保证其自身和桥梁整体结构安全的基础，本项目研究成果具有广阔的工程应用前景。

三、装配式桥梁预制梁板构件制作质量快速检测技术的应用

结合工程的施工进度，进行技术方案的确定，施工设备及费用的选择、预算，并根据实际施工效果进行技术方案的调整和优化，最后进行资料的整理以及技术报告成果的整理。

（一）第一阶段：2017年3月至2017年7月，进一步收集资料，完成现有研究文献调研，对现有检测技术进行分析和比较；完善研究思路，确定研究实施方案。

（二）2017年8月至2017年10月，对装配式桥梁预制梁板构件，进行结构质量（性能）与结构动力特性（频率、振型等）相关关系的理论分析、研究；研究预制梁板构件动力特性（频率、振型等）的现场测试技术与参数分析方法；研究、提出通过现场测试动力特性，快速评价预制构件结构质量（性能）的完整方法体系；进行室内试验验证研究，验证所提方法的效果和可行性。

（三）2017年11月至2018年06月，选取合适的实际工程桥梁预制梁板构件，实施现场静力荷载试验检测和测试动力特性、快速评价预制构件结构质量（性能），比较、验证所提方法的实际效果和工程应用价值。并进行一定范围的推广应用。

（四）2018年06月至2018年12月总结、完善通过现场测试动力特性、快速评价预制构件结构质量（性能）的整套方法，编制实施技术指南；进行相关专利技术申请、发表学术论文；完成研究报告，申请成果鉴定或验收。

四、结束语

综上所述，在公路桥梁工程施工中，预制梁施工是一个重要的施工环节，其施工质量直接影响公路桥梁运行的安全性、稳定性及长久性。因此，施工单位应重视公路桥梁工程预制小箱梁构件制作质量快速检测技术的应用，要结合实际情况制定科学合理的检测方案，把握施工细节，消除质量漏洞及安全隐患，以实现企业经济效益与社会效益的提升。