淺談橋梁健康監(jiān)測技術(shù)方法
2015-07-02
1 前言
改革開放以來，隨著我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，交通運(yùn)輸發(fā)展越來越快，路網(wǎng)密度不斷提高，公路橋梁建設(shè)也進(jìn)入了高速發(fā)展期，在高速公路、江河湖海、深溝峽谷中建設(shè)了眾多的現(xiàn)代橋梁。但這些橋梁在實(shí)際使用的過程中，不同程度地存在安全和耐久性方面的隱患，與此同時由于許多舊有橋梁設(shè)計施工等方面局限，長期高負(fù)荷運(yùn)營，許多舊橋也大批量進(jìn)入預(yù)警階段，這些新建和舊有橋梁，在當(dāng)前頻繁重載交通下，十分迫切采取必要的技術(shù)改造措施，以提高其安全性能和使用價值。因此，加強(qiáng)橋梁健康監(jiān)測，真實(shí)了解橋梁結(jié)構(gòu)的工作狀況，充分利用現(xiàn)有的公路橋梁，使橋梁結(jié)構(gòu)即能滿足現(xiàn)有交通運(yùn)輸荷載的要求，又可避免重大橋梁結(jié)構(gòu)事故的發(fā)生顯得尤為重要。
橋梁健康監(jiān)測就是根據(jù)橋梁實(shí)際情況對橋梁進(jìn)行健康評估，以便根據(jù)橋梁實(shí)際情況進(jìn)行養(yǎng)護(hù)和維修。健康監(jiān)測主要以事前分析了解待檢測橋梁的各方面情況，從現(xiàn)狀與關(guān)鍵結(jié)構(gòu)著手，總體把握待測的實(shí)體，盡可能收集被檢橋梁的所處地質(zhì)資料、原始設(shè)計資料、一線施工資料、原材料試驗(yàn)資料以及日常檢測、歷史維修等資料，然后有的放矢的制定監(jiān)測工作的方向，選擇適當(dāng)?shù)臋z測方法，根據(jù)檢測工作要求安排計劃、準(zhǔn)備各類檢測和試驗(yàn)器具，進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)檢測，根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行健康評估，提供橋梁現(xiàn)狀分析報告。
2 橋梁健康監(jiān)測主要方式
目前橋梁監(jiān)測方法主要由日常檢測、定期檢測、特殊檢測來進(jìn)行總體監(jiān)測維護(hù)。而檢測的主要手段，主要是橋梁外觀檢測及橋梁結(jié)構(gòu)受力檢測等方法構(gòu)成：
2.1 橋梁外觀檢測
橋梁外觀檢測主要是對橋梁各部位的使用情況，查驗(yàn)橋梁外觀有無可視缺陷，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷橋梁使用情況，正確評價橋梁使用現(xiàn)狀的一種表觀檢測。外觀檢測包括橋梁整體與局部構(gòu)造幾何尺寸的量測、結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位病害的檢查與量測。外觀檢查側(cè)重點(diǎn)的不同可分為以下幾個部分：
2.1.1原始資料的調(diào)查，包括了解橋梁的原結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工工藝及過程以及橋梁的結(jié)構(gòu)維修養(yǎng)護(hù)等；
2.1.2 通過技術(shù)人員親自對橋梁外觀進(jìn)行查驗(yàn)，并配合采用各種試驗(yàn)儀器，如顯微鏡、超聲波、雷達(dá)等對局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行無損檢測。該過程中，配合儀器得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的都需要專業(yè)的知識，必須對橋梁總體使用情況和自然環(huán)境深入了解。必要時使用橋梁檢測車，對橋梁結(jié)構(gòu)主要受力結(jié)構(gòu)進(jìn)行人員現(xiàn)場詳查。
2.1.3橋梁結(jié)構(gòu)材料的無損或微損檢測。目前公路橋梁廣泛采用的材料是鋼筋和混凝土。兩種材料分別以混凝土強(qiáng)度、鋼筋材料銹蝕性對結(jié)構(gòu)影響最為突出。主要檢測方法如下：
2.1.3.1 混凝土強(qiáng)度測定
混凝土強(qiáng)度會隨著時間的推移產(chǎn)生一些變化。比較大的橋梁通常會有同條件同齡期的試塊用以確定強(qiáng)度。對于沒有試塊的橋梁，目前無損測試方法主要有回彈法、超聲波法、超聲波回彈綜合法等，在我國已經(jīng)普遍使用，三種方法的測試結(jié)果誤差較小，相對而言，超聲波回彈綜合法檢測精度更高一些。回彈法檢測更加便捷，但對于混凝土結(jié)構(gòu)齡期在90天以上，采用回彈法要進(jìn)行混凝土表面碳化深度的修正。
2.1.3.2 鋼筋銹蝕的判定
橋梁混凝土的耐久性差、環(huán)境對碳化深度影響大、混凝土保護(hù)層厚度不足及開裂等缺損，是導(dǎo)致鋼筋銹蝕的主要因素；通過簡單的外觀檢查、敲擊可以檢測出程度較重的鋼筋銹蝕現(xiàn)象，也可以通過對橋梁混凝土裂紋明顯鉆芯得到內(nèi)部鋼筋實(shí)際銹蝕情況，以便為下一步養(yǎng)護(hù)加固提供依據(jù)。
橋梁外觀檢測已經(jīng)有了一定的技術(shù)規(guī)程可循，可定量反映橋梁結(jié)構(gòu)狀況，依據(jù)相關(guān)規(guī)范評定橋梁技術(shù)等級的要求。是目前橋梁健康日常檢測的重要手段，但橋梁外觀檢測也存在一些問題，例如檢測結(jié)果的管理和如何將表觀破壞與結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)指標(biāo)聯(lián)系，需要進(jìn)一步深化研究。
2.2結(jié)構(gòu)受力性能檢測
當(dāng)對橋梁的整體外觀特性進(jìn)行分析后應(yīng)依據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范和歷史常規(guī)檢測結(jié)果做評價比較。當(dāng)歷史數(shù)據(jù)變化明顯，結(jié)構(gòu)外觀損害嚴(yán)重的橋梁，在判定其是否具有使用功能或是否需要降級使用的情況下則需要通過橋梁進(jìn)行荷載試驗(yàn)方法，來準(zhǔn)確判斷結(jié)構(gòu)受力性能狀況。
荷載試驗(yàn)法主要根據(jù)橋梁設(shè)計承載力，結(jié)合結(jié)構(gòu)幾何尺寸、支撐條件、外觀缺陷及通行荷載，按照橋梁結(jié)構(gòu)的計算理論來評定承載力。通常采用車輛加載方式測定粱的應(yīng)變、撓度和裂縫，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果與理論計算值的對比分析來判斷橋梁實(shí)際承載能力。是一種定量了解橋梁承載力的方法，對結(jié)構(gòu)受力性能表述直觀，結(jié)果可靠，多用于新結(jié)構(gòu)的研究和橋梁質(zhì)量的評定。荷載試驗(yàn)方法多用于橋梁實(shí)際工作狀態(tài)不明確情況，以彌補(bǔ)根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)表觀檢查方法的不足。根據(jù)荷載試驗(yàn)檢測的作用性質(zhì)，通常分為動載試驗(yàn)和靜載試驗(yàn)：
2.2.1 動載試驗(yàn)
橋梁檢測是一項(xiàng)復(fù)雜而細(xì)致的工作，動載試驗(yàn)是為了滿足橋梁使用的需要，應(yīng)用理論分析與試驗(yàn)檢測相結(jié)合的科學(xué)方法解決橋梁振動問題的必要手段，對橋梁使用狀況和承載力的評價提供了重要的數(shù)據(jù)。反映橋梁結(jié)構(gòu)的動力性能動載試驗(yàn)，該性能是判斷橋梁狀況和承載能力的重要標(biāo)志之一。
動載試驗(yàn)檢測的主要目的是因?yàn)闃蛄鹤哉耦l率處于某些范圍時，可由行駛的車輛、自然環(huán)境等外部荷載引起共振，對結(jié)構(gòu)造成損傷。橋梁動載試驗(yàn)檢測主要是結(jié)構(gòu)動力特性和動載響應(yīng)的試驗(yàn)與分析。檢測的主要部位是結(jié)構(gòu)動力效應(yīng)的最大位置及動變形的控制截面。檢測項(xiàng)目主要包括：橋梁動力特性模態(tài)參數(shù)測試和橋梁動力響應(yīng)測試。其檢測原理是利用振動方法對橋梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷檢測，從橋梁振動模態(tài)的變化中計算出結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化。在橋梁的不同位置布置測點(diǎn)，通過結(jié)構(gòu)損傷發(fā)生前后由這些測點(diǎn)記錄的信息可提取出的橋梁振動模態(tài)特性參數(shù)的變化，以此來判斷結(jié)構(gòu)損傷發(fā)生的位置及損傷狀況。
2.2.2 靜載試驗(yàn)
對橋梁進(jìn)行靜載試驗(yàn)，量測與橋梁結(jié)構(gòu)性能有關(guān)的參數(shù)，主要反映橋梁在恒載作用下的結(jié)構(gòu)抗壓工作性能。
靜載試驗(yàn)的主要內(nèi)容是檢測對橋梁上部結(jié)構(gòu)的受力特性，觀察試驗(yàn)中各重載下控制截面的應(yīng)力應(yīng)變，并收集一些正常使用狀態(tài)下的橋梁受力參數(shù)。應(yīng)力應(yīng)變的測點(diǎn)布設(shè)在內(nèi)力控制截面與附加控制截面。同時根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的橫截面形式在每一個控制截面上選取一些有代表的測點(diǎn)，來反應(yīng)整個控制截面的受力狀況。除此之外還有必要根據(jù)實(shí)際外觀檢測發(fā)現(xiàn)的一些病害在個別部位進(jìn)行布點(diǎn)檢測。
結(jié)構(gòu)受力性能檢測是判定橋梁健康狀況的最終手段。試驗(yàn)前要精心計劃，明確檢測階段任務(wù)，合理準(zhǔn)備，保證試驗(yàn)按照計劃正常進(jìn)行?，F(xiàn)場試驗(yàn)要及時根據(jù)反饋回來的數(shù)據(jù)做初步判斷，不斷調(diào)整現(xiàn)場試驗(yàn)流程。荷載要嚴(yán)格按照方案中確定的分級加載方式，當(dāng)未達(dá)到控制荷載卻發(fā)現(xiàn)有數(shù)據(jù)超出正常允許的范圍時，應(yīng)當(dāng)立即中止試驗(yàn)以保證檢測人員的安全。
3 結(jié)語
由于新材料、新工藝、新結(jié)構(gòu)形式的采用也越來越多，橋梁結(jié)構(gòu)為適應(yīng)不同地理環(huán)境使用要求越來越高，現(xiàn)代橋粱建設(shè)日趨復(fù)雜，為了能更好地檢測橋梁的健康狀況及工作情狀，我們必須時刻關(guān)注國內(nèi)外的新檢測方法，在橋梁分析中引進(jìn)目前國內(nèi)外先進(jìn)的基礎(chǔ)研究成果，并根據(jù)實(shí)際情況做一些檢測驗(yàn)證工作，豐富橋梁檢測手段，積累健康監(jiān)測經(jīng)驗(yàn)。把理論和實(shí)踐充分結(jié)合起來，為我國現(xiàn)代化公路橋梁提供高水平的健康監(jiān)測服務(wù)。
