市政桥梁结构检测与安全评估分析

2021-10-24赵伟彬

工程技术研究 2021年16期

赵伟彬

广东省建筑科学研究院集团股份有限公司，广东广州 510500

市政桥梁主要分布于市镇交通运输较为密集的区域，市政桥梁在实际应用和检测维护方面承担着巨大的压力。为了进一步提高市政桥梁运行质量，规范检测方法，需要对现有市政桥梁结构检测和安全评估进行深入分析，掌握有效的检测、评估方法，保障市政桥梁结构稳定性和通行安全性。

1 桥面构造

桥面构造以及桥跨结构都是桥梁上层结构，具体分为桥面铺装、纵横坡和排水设施、伸缩缝以及伸缩装置、照明设施、人行道、防水排水系统、栏杆、安全带、路缘石等，尽管该部分并非在桥梁承力系统内，但局部构造依然存在某些安全隐患，容易影响承力结构的稳定性。

2 桥跨结构与支座

2.1 主梁

桥跨结构即承重结构，属于桥梁内直接承受交通荷载以及架空的部位，包括支座连接跨桥结构、桥梁墩台，能够提供相应的传力途径。在整个桥梁结构中，主梁通过自身抗弯能力承担荷载，同时在竖向荷载影响下对应支撑反力呈现出竖直状态，梁结构单纯承担剪力和弯矩，并不承担轴向力。通过分析以往各种市政桥梁结构工程可以发现，经过长期应用后，桥梁结构普遍会出现各种安全隐患，当桥梁处于一种不利荷载条件下时，主梁跨中承担最高弯矩，而桥梁支承区域承担着最高剪力，两处同时是主梁中频发病害问题的区域，其中所出现的病害问题具体如下：梁体大部分区域渗水，T形梁腹板产生裂缝，主梁底层保护层混凝土基于外力影响产生剥落，预应力混凝土底部箱梁产生裂缝、裂缝数量较多、裂缝覆盖面积较广，内嵌钢筋的外露部分存在严重的锈蚀（见图1），T梁横隔板出现制造误差，而连接钢板同时存在较为严重的损坏和锈蚀问题。行车道板出现横向连接物脱落问题，降低整桥横向连接能力，容易造成单独某一行车道板受力过度，产生老化加速现象。

图1 主梁病害

2.2 支座

支座通常设置在墩台和桥梁上部结构之间，其主要作用便是将上部结构所受荷载全部传输至墩台当中，能够更好地适应温度变化、活载变化、徐变、混凝土收缩等因素产生的转角、位移、变位等现象，促进桥梁上下部结构实际受力状况进一步满足相应的工程要求。桥梁支座形式较为多样，具体分为特种支座、橡胶支座、钢筋混凝土支座、钢支座、简易支座等。油毛毡支座单纯于墩台顶层和梁底间安设油毛毡垫层，用于对上部结构提供基础支撑，能够更好地适应梁端所出现的伸缩变形和细微转动。经过长期应用，部分桥梁结构内的油毛毡支座容易产生老化现象，桥梁结构的变形和承重能力也不复从前。橡胶支座融合了金属材料较高的抗压能力以及橡胶材料较强的变形能力等优势，借助橡胶不均匀弹性压缩能够顺利实现转角目标，借助剪切变形还可以有效进行水平位移，借助其良好的变形能力可以广泛吸收能量，借助钢材承重控制橡胶材料变形，通过剪切变形能力进行水平位移，通过较大变形能力全面吸收各种能量，发挥出钢材承重和对橡胶材料的变形约束作用。通过分析桥梁工程历史经验可知，连板式橡胶支座经过长期应用后普遍会出现支座开裂、老化和剪切变形以及钢盆外部锈蚀等问题。除此之外，部分支座周围存在大量建筑垃圾堆积，严重的情况下还会直接掩埋支座，导致其快速老化，影响其发挥功能。

2.3 下部结构

桥梁下部结构也是支承结构，具体涵盖墩台、桥台和桥墩的连梁以及基础梁，其主要功能是直接承受上部结构所传输的荷载，随后将自重传递至地基。部分大型桥梁设置于通航河道中，桥墩为柱式墩，桥台则是以重力式桥台为主。桥台与桥墩除了承担上部结构作用，桥墩同时会受到船只、流水压力和风力等因素的影响，桥台则需要承受填土车辆荷载以及台背填土附加侧压力。当桥台和桥墩处于自然条件和多种荷载影响下时，容易产生各种病害问题。桥墩面临的安全隐患涵盖以下几点：墩身处于船只撞击影响下，导致表层混凝土脱落；墩身保护层出现大面积混凝土脱落，暴露出内部钢筋，产生锈蚀问题；钢筋长锈，比如承台、盖梁、墩身等部位产生病害，使保护层出现大面积混凝土脱落；墩身产生明显裂缝，裂缝长度和宽度较大；桥台病害涵盖桥台石砌台身表层毁坏、开裂；桥台雨天渗水；桥台台帽钢筋长锈，保护层混凝土脱落。

3 桥梁结构检测

3.1 材料检测

市政桥梁中的结构检测是一种常规检测方法，能够有效确定桥梁技术现状，借助专用仪器设备，选择无损检测方法针对整个桥梁实施全面探伤检测，分析部分区域损坏原因、范围和程度，了解损坏后果和潜在安全隐患，以及对桥梁结构的威胁，为进一步评价桥梁承载力、耐久性提供有效参考。在桥梁结构检测中，除了外观破损方面的检测工作，还需要进行荷载试验和材料、结构检测。

在对桥梁外观进行全面检查的基础上，对于桥梁中损坏较为严重的安全隐患部位，需要检测桥梁结构材料，了解对应结构材料潜藏的不利影响和运行状态，准确预测相关发展趋势，为综合判断桥梁可靠性和耐久性提供有效的技术支持。桥梁结构材料的重点检测内容便是桥梁混凝土钢筋锈蚀和强度检测。在混凝土强度相关检测中，主要利用回弹仪器对混凝土表层回弹值实施检测，在回弹法条件下，还需要结合碳化深度等因素影响进行全面考虑，而混凝土强度也是对桥梁结构实施评价分析的基础指标。在检测混凝土对应保护层厚度和钢筋分布状态的过程中，需要选择专用的厚度检测设备，针对桥梁结构中的混凝土材料和钢筋材料实施检测分析，了解保护层厚度和钢筋状况，随后根据相应的评价标准评定结构材料性能状态。

3.2 桥梁有限元模型

在桥梁实施荷载试验前，为了实现预期试验效果，全面监控整个试验过程加载进度，需要实施理论计算分析。对于普通T形梁桥，加载试验的核心便是对T梁横向连接状况进行有效检测。可以选择正交梁相关钢铰接梁法针对横向分布系数进行准确计算，利用大型的有限元分析软件模型合理创建单梁模型，同时对其受力状态进行模拟分析。针对部分较为复杂的结构桥梁，如系杆拱形桥梁，应该创建整个桥梁模型（见图2），对桥梁受力状态进行准确模拟。

图2 系杆拱整体有限元模型

3.3 桥梁荷载试验

结束结构材料检测和外观检查后，根据最终的检测结果对其中结构材料状态较差和破损严重的桥梁开展荷载试验，主要目的便是按照设计荷载针对桥梁进行加载，测试桥梁在不利荷载影响下的具体响应，准确把握桥梁工作状态，判断桥梁结构真实承载力。借助动载试验，还可以针对桥梁结构在动力荷载条件下的强迫振动响应以及动力特征参数，明确处于车辆荷载下的桥梁的使用条件和动力效应，根据等效原则对不同加载状况进行合理设计，对桥梁实施加载，检测最不利截面条件下的桥梁的受力状态和变形状况，准确判断荷载下桥梁结构的承载能力和工作状态。桥梁荷载试验方法即将各种传感器设置于桥梁结构主控截面当中，在规定荷载下，借助专业仪器设备准确记录桥梁变形数据和受力水平。