城市橋梁撞擊后的損傷檢測及安全評估

徐小順，袁文杰，溫永華

（1.江西省豐城市公路局；2.江西交苑公路工程試驗檢測中心）

1 前言

豐和立交3#橋為一跨現(xiàn)澆簡支箱梁橋，被一后八輪自卸工程車撞傷，撞擊原因是工程車卸貨后未將車箱放下，使得車箱高度超過橋下凈空，車輛無法通過直接對梁體撞擊，由于該橋下穿路線為一下坡路段，故撞擊時車速較快。

梁體被撞后，東端向北偏移20 cm，西端向北偏移3 cm。東端梁體與橋臺U型伸縮縫內(nèi)橡膠向外伸出10 cm，錯位處橡膠撕裂；西端伸縮逢內(nèi)橡膠外伸3 cm，未發(fā)現(xiàn)撕裂。梁體東端南側(cè)翼板頂緊貼橋臺背，有輕微碎裂，東端北側(cè)腹板底離臺背4 cm，撞擊時與臺帽接觸，有輕微碎裂，但碎裂范圍均不超過20 cm×20 cm。支座亦發(fā)生了移位，支座與梁體間未發(fā)現(xiàn)明顯相對移位。

為了確定車輛撞擊是否對梁體造成內(nèi)部損傷，對豐和立交橋3#橋進行了撞擊后質(zhì)量檢測。

2 被撞后現(xiàn)狀檢查

對梁體進行仔細觀察，梁體被撞區(qū)域位于路線中心線偏東約2.5 m處，在被撞區(qū)域可以看到很明顯的汽車油漆和汽車備胎痕跡，在距路線中心線偏東約4 m處，腹板與底板交角處有一約10 cm×10 cm的撞擊后混凝土剝離，深約1 cm，梁底相應(yīng)位置有一寬約3.0 cm，深約0.5 cm，長約2 m的刮痕。腹板存在多條豎向受力裂縫，未發(fā)現(xiàn)撞擊后的新的損傷裂縫（由撞擊部位向四周發(fā)射延伸的裂縫）。豎向裂縫寬度最大為0.31 mm，裂縫由下向上沿伸、裂縫下寬上窄，腹板裂縫較底板多。底板裂縫為橫橋向，均貫穿梁底，并與腹板對應(yīng)位置裂縫連通。裂縫分布規(guī)律為順橋向、橫橋向均基本對稱。對橋面進行觀察，未發(fā)現(xiàn)明顯的裂縫。

3 梁內(nèi)部缺陷的檢測方法

3.1 檢測原理

本次采用超聲脈沖法對表面損傷層厚度進行檢測。由于空氣的聲阻抗率遠小于混凝土的聲阻抗率，脈沖波在混凝土中傳播時，遇著蜂窩、空洞或裂縫等缺陷，便在缺陷界面發(fā)生反射和散射，聲能被衰減，其中頻率較高的成分衰減更快，因此接收信號的波幅明顯降低，頻率明顯減少或者頻率譜中高頻成分明顯減少。再者經(jīng)缺陷反射或繞過缺陷傳播的脈沖波信號與直達波信號之間存在聲程和相位差，疊加后互相干攏，致使接收信號的波形發(fā)生畸變。

根據(jù)上述原理，可以利用混凝土聲學(xué)參數(shù)測量值和相對變化綜合分析、判別其缺陷的位置和范圍，或者估算缺陷的尺寸。

實際檢測時，在表面有破損及撞擊痕跡的部位布置超聲波換能器，通過測試不同測點間波速，計算出被測區(qū)域內(nèi)各區(qū)間的波速，再結(jié)合各條測線波幅、頻率的變化，來確定被測部位內(nèi)是否存在內(nèi)部缺陷。

表面損傷層厚度檢測是將發(fā)射換能器T固定不動，然后將接收換能器R以一定的間距移動，逐點讀取相應(yīng)的聲時值，通過不同測線的聲速變化來測定損傷層厚度，測點布置如圖1所示。

圖1 混凝土損傷層厚度檢測原理示意圖

3.2 測點布置

根據(jù)現(xiàn)場情況和箱梁被撞部位，測點布置如下。

（1）在箱梁被撞一側(cè)腹板（南側(cè)腹板）布置測點，測點位置如圖2所示，陰影處為撞擊區(qū)。

圖2 南腹板撞擊區(qū)測點布置示意圖 cm

（2）在梁底刮痕兩側(cè)和車輛擦擠區(qū)布置測點，測點位置如圖3所示。

圖3 梁底測點布置示意圖 cm

（3）在未被撞一側(cè)的腹板上布置測點與被撞一側(cè)進行對比。測點位置如圖4所示。

圖4 北腹板測點布置示意圖 cm

3.3 檢測結(jié)果

通過對所測各點聲時值與檢測數(shù)據(jù)進行計算、分析，得出各個測區(qū)的混凝土損傷層厚度如下列各表。

表1 南腹板撞擊處損傷層厚度 mm

表2 北腹板未撞擊區(qū)損傷層厚度 mm

表3 梁底刮痕處損傷層厚度 mm

綜合以上數(shù)據(jù)可以看出，撞擊區(qū)與梁底擦擠刮痕處所測得的損傷層厚度數(shù)據(jù)較未撞擊部位的損傷層厚度大，但損傷深度未超過鋼筋混凝土保護層厚度。

4 安全評估

本次車輛撞擊造成了梁體的移位，伸縮縫內(nèi)嵌橡膠條損壞，東端南側(cè)翼緣板角部位置混凝土有輕微碎裂，北側(cè)梁底角部混凝土有局部碎裂現(xiàn)象，但碎裂范圍均較小。對撞擊損傷層厚度的檢測表明損傷深度未超過鋼筋混凝土保護層厚度。對梁體裂縫觀察，腹板所有裂縫均為豎向裂縫，且順橋向、橫橋向均基本對稱，表明裂縫不是由于車輛撞擊所產(chǎn)生的。

［1］裴小吟，文傳勇，張永水.城市橋梁被車輛撞擊后損傷分析［J］. 重慶交通大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011，（1）.

［2］蔣洪濤，裴小吟.車輛撞擊城市跨線橋橋墩的損傷機理分析［J］.西部交通科技，2011，（1）.

［3］彭勃陽，李文會，李曉龍，等.車輛撞擊橋梁分析方法的探討［A］.第20屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議論文集（第Ⅱ冊）［C］.2011.