淺議橋梁檢測(cè)與評(píng)估
2010-09-08 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)
一、荷載試驗(yàn)分類(lèi)及其準(zhǔn)備
1．荷載試驗(yàn)分類(lèi)，按所加荷載性質(zhì)，可分為靜載試驗(yàn)和動(dòng)力試驗(yàn)；按加載數(shù)量與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)荷載的比值（包括沖擊系數(shù)在內(nèi)）可分為三種：基本荷載試驗(yàn)、重荷載試驗(yàn)和輕荷載試驗(yàn)。
2．荷載試驗(yàn)準(zhǔn)備：試驗(yàn)前，需做好充分的準(zhǔn)備，這就要求盡可能的收集設(shè)計(jì)與施工資料，這也是為確定試驗(yàn)荷載、布置測(cè)點(diǎn)以及以后的測(cè)試數(shù)據(jù)的對(duì)比分析。這些資料包括橋跨的總體與各截面幾何尺寸、標(biāo)高、設(shè)計(jì)荷載等級(jí)、行車(chē)道標(biāo)準(zhǔn)、支座和墩臺(tái)位置標(biāo)高及布置，材料的物理力學(xué)性能等。如有可能，一方面，從設(shè)計(jì)單位那里索取該橋的控制截面的計(jì)算內(nèi)力、計(jì)算撓度、影響線和結(jié)構(gòu)的自振頻率等；另一方面，從施工方那里索取該橋的實(shí)際尺寸、標(biāo)高、施工時(shí)材料數(shù)據(jù)，尤其是混凝土的強(qiáng)度增長(zhǎng)數(shù)據(jù)、彈模數(shù)據(jù)、荷載試驗(yàn)時(shí)混凝土的齡期等。與此同時(shí)，還應(yīng)做好實(shí)橋調(diào)查工作，對(duì)實(shí)橋表面的病害，用圖標(biāo)明病害位置和病害程度；摸清橋址處的供電和交通情況，當(dāng)?shù)氐臍庀笄闆r，有無(wú)試驗(yàn)所需的標(biāo)準(zhǔn)車(chē)輛等第一手資料，因?yàn)檫@些都可能影響到事先所擬訂的試驗(yàn)方案，如能及早發(fā)現(xiàn)情況和問(wèn)題，就可以對(duì)試驗(yàn)方案進(jìn)行及時(shí)修改。
二、橋梁檢測(cè)、評(píng)估的內(nèi)容
我國(guó)傳統(tǒng)的橋粱檢測(cè)內(nèi)容較多，主要是包括外觀檢查和動(dòng)靜載試驗(yàn)。其中外觀檢查按橋梁的構(gòu)件分為：橋面系的外觀檢查、橋梁上部結(jié)構(gòu)檢查、支座的檢查、墩臺(tái)的檢查、墩臺(tái)基礎(chǔ)的檢查；按檢測(cè)對(duì)象分為：裂縫的檢查、混凝土碳化深度的檢查、混凝土強(qiáng)度的檢查、鋼筋銹蝕的檢查、混凝土保護(hù)層厚度的檢查以及鋼筋的分布等。橋梁評(píng)估是利用特定信息，分析既有橋梁可靠性并為使橋梁保持一定水平的可靠性而做出相應(yīng)工程決策的過(guò)程。在實(shí)際評(píng)估過(guò)程中，對(duì)中小橋梁與大型橋梁采取不同的評(píng)價(jià)方法，橋梁評(píng)估的方法大致可分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是以承載能力評(píng)價(jià)為主的方法，一類(lèi)是以狀態(tài)評(píng)價(jià)為主的綜合評(píng)價(jià)方法。在大型橋梁評(píng)估研究中經(jīng)常采用的一種方法是在橋上建立結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)反映橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的特性參數(shù)進(jìn)行部分或全面監(jiān)測(cè)，然后以監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與人工檢測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用綜合評(píng)價(jià)的方法對(duì)大型橋梁的安全性做出科學(xué)的評(píng)價(jià)。中小橋梁由于數(shù)量多，分布廣，一般通過(guò)定期或不定期的檢測(cè)手段，對(duì)橋梁的承載能力做出評(píng)價(jià)。
三、目前橋梁檢測(cè)、評(píng)估存在的問(wèn)題
目前，我國(guó)橋梁檢測(cè)存在的問(wèn)題主要有：橋梁檢測(cè)技術(shù)落后，橋梁檢測(cè)的主要手段仍是目測(cè)，評(píng)估采用專(zhuān)家評(píng)分方法，主觀人為因素較大，有時(shí)不能客觀準(zhǔn)確反映橋梁的實(shí)際情況；檢測(cè)儀器設(shè)備落后；檢測(cè)復(fù)雜、耗時(shí)長(zhǎng)、技術(shù)要求高、工作量大，費(fèi)用高，一些檢測(cè)項(xiàng)目必須中斷交通進(jìn)行，給交通造成不便；沒(méi)有充分利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展最新成果和理論，盡管表觀檢測(cè)仍然是橋梁檢測(cè)的重要手段，但一方面表觀檢測(cè)結(jié)構(gòu)的分析方法或理論需要進(jìn)一步發(fā)展，另一方面逐漸引入先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)更是橋梁管理與養(yǎng)護(hù)的發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)大型橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)估是件很復(fù)雜的工作。首先，影響橋梁安全性的因素很多，包括設(shè)計(jì)、施工、材料等先天因素及荷載作用、自然環(huán)境、管理養(yǎng)護(hù)等后天因素；其次，這些因素對(duì)橋梁的影響既有本身的特點(diǎn)，又相互作用，它們給橋梁所造成的損壞，有些可以定量表示，有些無(wú)法定量表示，就是可以定量表示的部分各自的量綱定義不同，難以歸一化；第三，從帶病工作的一些橋梁的現(xiàn)狀看，它們的損壞（如裂縫或鋼筋嚴(yán)重銹蝕等）己超過(guò)安全等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，但仍然在工作，即有超出安全指標(biāo)而沒(méi)有破壞的橋梁事例。對(duì)大型橋梁結(jié)構(gòu)必須發(fā)展與其規(guī)模功能和影響相協(xié)調(diào)的現(xiàn)代安全維護(hù)技術(shù)，并進(jìn)一步在完善常規(guī)人工監(jiān)控，建立數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立與智能技術(shù)相結(jié)合的橋梁運(yùn)行狀態(tài)的分析及評(píng)價(jià)專(zhuān)家系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)橋梁的現(xiàn)代化管理。
四、橋梁檢測(cè)基本方法與技術(shù)
?。ㄒ唬╈o載試驗(yàn)
混凝土橋梁的靜載試驗(yàn)，一般需進(jìn)行以下測(cè)試內(nèi)容：
1．結(jié)構(gòu)的豎向撓度、側(cè)向撓度和扭轉(zhuǎn)變形。每個(gè)跨度內(nèi)至少有三個(gè)測(cè)點(diǎn)，并取得最大的撓度及變形值，同時(shí)觀測(cè)支座下沉值。有時(shí)測(cè)試也為了驗(yàn)證所采用的計(jì)算理論，要實(shí)測(cè)控制截面的內(nèi)力和撓度縱向和橫向影響線。
2．記錄控制截面的應(yīng)力分布，并取得最大值和偏載特性。沿截面高度不少于5個(gè)測(cè)點(diǎn)，包括上、下緣和截面突變處。有些結(jié)構(gòu)需測(cè)試支點(diǎn)及附近、橫隔板附近剪應(yīng)力和主拉應(yīng)力，此時(shí)需將應(yīng)變計(jì)布成應(yīng)變花。
3．支座的伸縮、轉(zhuǎn)角，支座的沉降；墩頂位移及轉(zhuǎn)角。
4．仔細(xì)觀察是否已出現(xiàn)裂縫，出現(xiàn)初始裂縫時(shí)所加的荷載，仔細(xì)表明裂縫出現(xiàn)的位置、方向、長(zhǎng)度、寬度及卸載后閉合情況。如果結(jié)構(gòu)的控制截面變形、應(yīng)力或裂縫擴(kuò)展，在尚未加到預(yù)計(jì)最大試驗(yàn)荷載前，己提前達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的允許值，應(yīng)立即停止加載，同時(shí)注意觀察裂縫擴(kuò)展情況，撤離儀器和人員。
5．細(xì)觀察卸載后的殘余變形。對(duì)于特殊結(jié)構(gòu)而言，如懸索橋和斜拉橋，尚需觀察索力和塔的變位并進(jìn)行支座的測(cè)定?；炷翗虻撵o載試驗(yàn)，對(duì)關(guān)鍵控制截面的測(cè)試，嚴(yán)格在該截面影響線上加載標(biāo)準(zhǔn)荷載車(chē)隊(duì)，以確定標(biāo)準(zhǔn)車(chē)輛在橋上的輪位位置。除了對(duì)加載車(chē)輛的輪位有所控制外，試驗(yàn)時(shí)溫度是一個(gè)重要因素。通常而言，溫度變化一攝氏度，混凝土構(gòu)件將產(chǎn)生十個(gè)微應(yīng)變的變形，對(duì)于50號(hào)混凝土，相應(yīng)于0.35h中a的應(yīng)力誤差。因此，應(yīng)做好溫度補(bǔ)償和收縮補(bǔ)償塊等工作，以直接或間接消除溫度及收縮的影響。
?。ǘ﹦?dòng)力試驗(yàn)
橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力試驗(yàn)是研究橋梁結(jié)構(gòu)的自振特性和車(chē)輛動(dòng)力荷載與橋梁結(jié)構(gòu)的聯(lián)合振動(dòng)特性，其測(cè)試數(shù)據(jù)是判斷橋梁結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)狀況和承載特性的重要指標(biāo)。眾所周知，橋梁在設(shè)計(jì)時(shí)，要避免外界的強(qiáng)迫振動(dòng)源，如風(fēng)、車(chē)輛等的頻率與橋跨結(jié)構(gòu)的自振頻率相等，否則會(huì)引起過(guò)大的共振振幅危及橋梁的使用安全。同理，當(dāng)車(chē)輛以某一速度通過(guò)橋面時(shí)，橋跨的動(dòng)撓度和動(dòng)應(yīng)力最大，那么，此時(shí)的車(chē)速稱(chēng)為臨界車(chē)速。由臨界車(chē)速引起的共振將產(chǎn)生動(dòng)力擴(kuò)大效應(yīng)并直接影響到橋梁的安全使用，通常用沖擊系數(shù)表示這種擴(kuò)大效應(yīng)。橋梁的動(dòng)力試驗(yàn)，主要是圍繞沖擊系數(shù)做文章，實(shí)際的的動(dòng)力試驗(yàn)包括以下內(nèi)容：
1．測(cè)定橋跨結(jié)構(gòu)在車(chē)輛荷載下的強(qiáng)迫振動(dòng)特性，如沖擊系數(shù)、強(qiáng)迫振動(dòng)頻率、動(dòng)位移和動(dòng)應(yīng)力等。
2．測(cè)定橋跨結(jié)構(gòu)的自振特性，如自振頻率、振型和阻尼特性等。橋跨結(jié)構(gòu)的動(dòng)力試驗(yàn)，首先必須使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)，然后通過(guò)儀器記錄下結(jié)構(gòu)的振動(dòng)時(shí)程曲線，再通過(guò)專(zhuān)門(mén)的FPT（快速傅立葉轉(zhuǎn)換）儀器，分析出結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)振動(dòng)特性。有兩種方法可模擬外界對(duì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力激振，這其中包括穩(wěn)態(tài)激振和脈動(dòng)激振。穩(wěn)態(tài)激振包括以一輛或多輛并行滿載車(chē)列以不同速度過(guò)橋或在橋上制動(dòng)。而脈動(dòng)激振可直接利用外界隨機(jī)振源。動(dòng)力分析設(shè)備越來(lái)越先進(jìn)，具有豐富經(jīng)驗(yàn)的工程師可直接分析輸出結(jié)果。但與之同時(shí)的理論分析，與實(shí)際情況仍存在相當(dāng)?shù)牟顒e。在進(jìn)行動(dòng)力試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)注意結(jié)構(gòu)控制截面上的實(shí)測(cè)最大動(dòng)應(yīng)力、動(dòng)撓度和最低標(biāo)準(zhǔn)限值應(yīng)小于標(biāo)準(zhǔn)的容許值。否則容易對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)造成損壞。
3．無(wú)損檢測(cè)技術(shù)傳統(tǒng)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)得到了較大的發(fā)展，目前已有超聲檢測(cè)、紅外檢測(cè)、聲發(fā)射、自然電位檢測(cè)、沖擊回波檢測(cè)、磁試驗(yàn)或X射線檢測(cè)、光干涉、脈沖雷達(dá)、振動(dòng)試驗(yàn)分析等。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法一般可以對(duì)橋梁的外觀及部分結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行監(jiān)測(cè)，雖然可以對(duì)橋梁局部關(guān)鍵構(gòu)件，節(jié)點(diǎn)可以進(jìn)行較為合理的損傷的判斷，然而難以全面反映橋梁的整體健康狀況，對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)的安全度，剩余壽命難以作出系統(tǒng)評(píng)估。一種比較現(xiàn)實(shí)的損傷檢測(cè)方法可能是綜合整體損傷定位與局部細(xì)化檢測(cè)兩種手段的技術(shù)。
五、小結(jié)
橋梁檢測(cè)是一項(xiàng)復(fù)雜而細(xì)致的工作，要求我們檢測(cè)人員具有豐富的檢測(cè)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。近年來(lái)我國(guó)在橋梁檢測(cè)、評(píng)估方面逐漸積累豐富資料和經(jīng)驗(yàn)，橋梁工程的重點(diǎn)已逐步向橋梁的檢測(cè)維修與加固方面發(fā)展。
