市政桥梁常规检测技术分析

2021-06-28余苗苗

运输经理世界 2021年34期

余苗苗

（浙江省建设工程质量检验站有限公司，浙江杭州750001）

0 引言

市政桥梁对国家的交通运输、经济发展起着举足轻重的作用。市政桥梁安全监测与资料采集是确保市政桥梁安全的一项重要措施。利用桥梁安全监测技术，可以准确地把握市政桥梁的工作状态，确定市政桥梁的几何尺寸变化，收集市政桥梁在运行时的线形变化情况，了解市政桥梁的受力情况，分析其变形原因，确定维修和重建费用，确定养护、维修和重建工作的轻重缓急。为了防止市政桥梁倒塌、破坏，降低市政桥梁的事故率，合理进行常规检测，以确保市政桥梁的安全运营，延长市政桥梁的使用寿命。

1 市政桥梁检测的目的和作用

1.1 检测目的

市政桥梁在运行过程中的安全检查与数据收集是保证桥梁安全、稳定的可靠手段。这些检查既能全面了解市政桥梁的基本情况，又能分析桥梁的一些变化，发现并解决质量问题。具体而言，市政桥梁检测的目的可分为以下几个方面：其一，收集桥梁结构的线形变化数据，确定桥梁内力变化及内力分布，分析原因，确定维修计划。此外，通过这一工作，可以准确地计算出桥梁养护维修的基本流程和费用。其二，市政桥梁的检查也应以避免桥梁故障和坍塌为目的，尽量减少桥梁运行中可能出现的问题，确保桥梁及交通的安全。其三，桥梁检测的目的还在于合理分配桥梁养护管理、维修加固、寿命延长等工作，使各方面工作得以落实，减少桥梁安全事故造成的经济损失。

1.2 检测作用

桥梁检测是一种十分有效的方法，不但能降低运行和维修的工作量，而且能提高行车安全性、节省经济费用、改善行车体验。具体而言，检测的功能可以分为：

其一，桥梁的检测能使桥梁的安全性得到较大的保障。在现行的市政桥梁设计中，还是按老规范中的荷载要求来进行的。但是，随着我国汽车数量的增加，桥梁的承载能力也发生了较大的改变。如果按照原有的荷载标准进行设计，将会使其承载能力与实际状况产生一定的差异。因此，桥梁的检测能够及时地发现这种问题，加强桥梁的结构强度，从而保证桥梁的安全。

其二，桥梁的检测可以节省经济费用，一座桥梁建成后，维修和管理都要投入一大笔钱。尤其是当一座桥梁发生微小的质量问题时，由于外部环境因素的影响，很可能导致严重的安全事故，从而造成严重的经济损失。通过桥梁检测就能有效地发现这些微观质量问题，并对其进行优化，从而达到降低安全事故的目的[1]。

2 市政桥梁检测的具体标准和仪器设备

2.1 具体标准

市政桥梁的检测并非随意性的，必须按照相关的检测标准进行。无论是桥梁结构及其构件性能的检测，还是相关材料的质量检测，都需要在相关规范的约束下，对桥梁进行全面的检测和评估。具体而言，国家出台了《城市桥梁养护技术标准》（CJJ 99—2017）、《公路桥涵养护规范》（JTGH 11—2004）等详细标准。此外，我国还制定了一些地方法规和标准，详细规定了桥梁检测的内容。桥梁检测分为定期检测、专项检测、日常检测和应急检测。

2.2 仪器设备

桥梁检测所用仪器因检测项目不同而不同。具体来说，一般采用接触法和非接触法测量位移。接触测量是用偏转仪、位移传感器、百分比计、电气测量和机械测量。非接触测量由照相机、经纬度测量、计算机化测量等方法完成。前者是较常用的测量方法，比如突然的变化，不规则的截面形状，弯曲和剪切位置的测量，可用微分尺、导数、应变仪和应力仪测量。桥梁裂缝检测通常采用带刻度放大镜或应变计测量裂缝的产生或载荷。

3 市政桥梁检测分析

3.1 载荷试验

本文以一座45m 长，13m 宽的市政人行桥为例展开研究，可以容纳消防车通过。上部结构采用15m+15m+15m+15m 三跨C50 预应力钢筋混凝土现浇连续板，梁高0.9m，横断面宽度0.5m 护栏+12m 人行道+0.5m 护栏=13m。桥墩为1m 长的柱体。根据《城市市政桥梁设计规范》(CJJ 11—2011)的要求，考虑到消防车辆的通行情况，其荷载级别为B 类。

3.2 检测环节

通常情况下，市政桥梁的测试应该包括试验准备阶段、荷载观测阶段、分析总结阶段。

3.2.1 在试验前的准备阶段，应做好下列工作：

一是搜集、整理市政桥梁设计文件、施工记录、监理记录、原始试验数据、市政桥梁养护维修记录等技术数据。

二是对桥面系、承重构件、支座、地基等进行检测。

三是对设计载荷进行检验，并对在拟荷载下的理论内力进行试验。

四是编制装载、计量计划、仪器设备的选用。

五是架设脚手架，安装测量仪，进行测点的布置与分析。搭建脚手架，布置测量工具，布置测量点和表面加工，布置检测部件（传感器），安装和调试测量设备[2]。可以说，市政桥梁检验能否成功，在很大程度上依赖于前期的准备工作。

首先，要统一部署和组织整个测试流程，包括：明确测试目标，查阅有关文献，搜集设计与计算数据，开发测试方法；本文从理论上分析了市政桥梁的受力测试；负责测试设备的制作，并安排测试人员。

其次，要制订具体、实际的检验计划。其主要内容有：测试目的、测试要求、装载方式、测试内容、测试方法、测试步骤、测试过程；检验人员的组成与工作，安全措施等。在静载荷试验中，应选取试验用的洞口（墩台、平台），并在其上安装探测架、仪器观察架。此外，还确定了载荷测试项目（如最大正/负弯矩、挠度、最大支点剪力、墩台最大垂直力、位移等），确定了当量试验载荷（如可行车辆、重物）的布置位置、加载方式、载荷分类等。选定载荷和维护时间，确定载荷过程，并对测量点的变化进行严密监测（为使测试能够及时结束，确保测试结果的准确性，必须确定观测项目。结构最大挠度、支撑沉降、最大拉应力及中性轴位置、支撑附近截面的主要拉应力、活动支撑的变化、裂缝的出现与扩大）。要合理地选取观察点（以跨中、四分之一点、支点、支座、牛腿、梁端、桥墩等）为宜。选用适当的测量仪，确定读数原理，对位移、应变、裂缝等进行监测。在市政桥梁动荷载试验中，要确定试验内容（以振动频率、固振、阻尼等为主，荷载自身的大小、方向、频率、作用规律、动荷载的动荷载、动应力、冲击系数等）。检查校准用的仪表、供电、安装灯具、根据测试计划安装感应器、在测试开始之前切断交通、准备通信工具、进行预试（检测仪器的运行状况，并判断所需的参数是否合理）。

3.2.2 在执行载荷测试的过程中，测试主要按照预先确定的时间表进行。在进行静载荷试验时，必须根据现有的试验数据，将现有的试验数据和实测数据进行比较，以判断结构在受力后的性能是否正常，能否进行下一阶段的载荷试验，以保证试验结构、仪器设备和试验人员的安全。

3.2.3 在测试前、测试后，对测试结果进行分析、整理，依据相关技术法规、法规和测试目的，做出正确、科学的判断与评估。首先，要对测量资料进行整理（测量值的修正，测量点的应力计算，挠度的计算，支点的沉降效应的修正，荷载的横向分布系数的计算），并绘出荷载-变形曲线、结构位置-测量变形曲线，并将测量点的测量值与理论计算值或规范中的规定进行对比。最后，将实测数据与理论计算结果或容许值进行对比。接着用标定系数、允许规范极限、阻尼特性、冲击系数等指标对其进行评价。

3.3 实际检测

3.3.1 静载试验

静载荷测试是对静力工况下各个部件的极限承载能力进行测试。静载荷测试是衡量市政桥梁结构静载荷性能的重要方法。在此基础上，对各点进行检测，并与理论计算结果进行对比，得出了各点的静载荷测试结果。若比率为1，则表示测量结果与理论值相符；若比率小于1，则表示该市政桥梁的结构性能较好；若超过1，则表示结构的稳定性较差，必须进行修复或更换。另外，静载荷的不良组合也应该被确定。这些变形在短期内不会对城市居民的交通安全造成一定的影响，但是，如果这些变形持续时间较长，将会对城市居民的出行造成一定的威胁。

根据市政桥梁的构造特点，本文给出了两种荷载条件：一是边跨的最不利荷载；二是最不利的中跨处载荷，装载是对称的。

关键断面的应变与变形是试验研究的重点。在应变测点处，由于桥体截面形状，应以板梁截面下缘为基础，以纵向为中心，纵向间隔为3m，每个区段各设3 个，上部边缘设在接近顶板下缘的腹板一侧，每个区段各设2 个。在变形测点处，主要观察受力边跨、中跨的变形、桥台、墩台等部位的沉降。在变形测量中，市政桥梁荷载作用下，边跨中段的变形量分别为-0.19mm 和+0.08mm。在荷载作用下，受力边跨段的变形量为+0.47mm，而在荷载作用下，跨段的变形量为-0.7mm，其最大挠度为-0.70mm（1/21428l)，并且具有更少的变形。结果表明，在市政桥梁和桥墩上，均未发生明显的沉陷[3]。应变测量的试验结果表明，在工况一的荷载作用下，梁底断面应变值分别为+15.41με 和+10.25με 板侧；在荷载作用下，梁桥的下断面应变分别为-11.04με 和-5.48με，板侧应变值为-5.48με；在荷载作用下，加载中跨跨中断面应变分别为-0.88με 和-2.53με 板侧。工况二下的最大压力应变均为-11.04με（与中跨最大压力应变相当）。在这两种测试中，其最大压力应变为-11.04με（0.38MPa)，最大拉伸应变+15.41με（0.53MPa）。

最后，在结构检算过程中，利用Midas/Civil 软件对工况一和工况二进行了分析，并将其与实测应变、形变进行了比较。结果表明，在实际工程中，变形检测系数分别为0.20～0.76、0.15～0.88，说明了构件在刚性、强度方面存在一定的剩余。

3.3.2 动载试验

市政桥梁的动态载荷试验是建立在市政桥梁主干试验的基础上。该系统保证了市政桥梁在整个结构持续移动的情况下，可以承受车辆的荷载。通过分析，可以将其与市政桥梁自身的受力特性相比较，从而评价其动力性能。做这样的测试所需的仪器不是很专业，为了获得更好的效果，还是要有专门的专家来做。比如，在对试验结果进行统计、修正、误差分析时，要从结构自身振动频率出发，对其进行详细的检测。首先，采用跑车试验方案，该车是静载试验中的汽车之一，跑车试验要以5km/h 的间隔进行，即5km/h、10km/h、15km/h。其次，测试动力放大系数。结果显示：在5km/h、10km/h 下，市政桥梁结构的动力放大系数为0，在15km/h 时为0.24。结果表明，在10km/h 以内，功率放大器的放大作用不显著，在15km/h 时，放大系数为0.24，无显著异常。

最后，在结构检算环节，通过Midas/Civil 软件对其进行了分析，得到了一阶固有频率6.65Hz 的一阶固有频率，并与实测数据进行了比较，结果显示该结构的刚度得到了提高[4]。

3.4 总结评价

经市政桥梁静载荷试验、动载荷试验及相应的计算与分析，按规范规定，其结构满足设计和相关标准。建议在运行期间，加强对该桥的日常维护和定期检查。同时，市政桥梁的荷载测试也可以从一定程度上反映出其承载力的强度。同时，通过对不同时代的市政桥梁进行测试，可以判断出不同时代的市政桥梁结构，以及它们对市政桥梁的影响，从而为现代市政桥梁的建设带来更大的价值。目前，越来越多的研究人员不断地改进和革新市政桥梁负载测量装置，使其整体朝着自动化、智能化、操作方便、远距离、非接触的方向发展。