市政橋梁常規(guī)檢測技術(shù)分析

余苗苗

（浙江省建設(shè)工程質(zhì)量檢驗站有限公司，浙江杭州750001）

0 引言

市政橋梁對國家的交通運(yùn)輸、經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著舉足輕重的作用。市政橋梁安全監(jiān)測與資料采集是確保市政橋梁安全的一項重要措施。利用橋梁安全監(jiān)測技術(shù)，可以準(zhǔn)確地把握市政橋梁的工作狀態(tài)，確定市政橋梁的幾何尺寸變化，收集市政橋梁在運(yùn)行時的線形變化情況，了解市政橋梁的受力情況，分析其變形原因，確定維修和重建費(fèi)用，確定養(yǎng)護(hù)、維修和重建工作的輕重緩急。為了防止市政橋梁倒塌、破壞，降低市政橋梁的事故率，合理進(jìn)行常規(guī)檢測，以確保市政橋梁的安全運(yùn)營，延長市政橋梁的使用壽命。

1 市政橋梁檢測的目的和作用

1.1 檢測目的

市政橋梁在運(yùn)行過程中的安全檢查與數(shù)據(jù)收集是保證橋梁安全、穩(wěn)定的可靠手段。這些檢查既能全面了解市政橋梁的基本情況，又能分析橋梁的一些變化，發(fā)現(xiàn)并解決質(zhì)量問題。具體而言，市政橋梁檢測的目的可分為以下幾個方面：其一，收集橋梁結(jié)構(gòu)的線形變化數(shù)據(jù)，確定橋梁內(nèi)力變化及內(nèi)力分布，分析原因，確定維修計劃。此外，通過這一工作，可以準(zhǔn)確地計算出橋梁養(yǎng)護(hù)維修的基本流程和費(fèi)用。其二，市政橋梁的檢查也應(yīng)以避免橋梁故障和坍塌為目的，盡量減少橋梁運(yùn)行中可能出現(xiàn)的問題，確保橋梁及交通的安全。其三，橋梁檢測的目的還在于合理分配橋梁養(yǎng)護(hù)管理、維修加固、壽命延長等工作，使各方面工作得以落實，減少橋梁安全事故造成的經(jīng)濟(jì)損失。

1.2 檢測作用

橋梁檢測是一種十分有效的方法，不但能降低運(yùn)行和維修的工作量，而且能提高行車安全性、節(jié)省經(jīng)濟(jì)費(fèi)用、改善行車體驗。具體而言，檢測的功能可以分為：

其一，橋梁的檢測能使橋梁的安全性得到較大的保障。在現(xiàn)行的市政橋梁設(shè)計中，還是按老規(guī)范中的荷載要求來進(jìn)行的。但是，隨著我國汽車數(shù)量的增加，橋梁的承載能力也發(fā)生了較大的改變。如果按照原有的荷載標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計，將會使其承載能力與實際狀況產(chǎn)生一定的差異。因此，橋梁的檢測能夠及時地發(fā)現(xiàn)這種問題，加強(qiáng)橋梁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，從而保證橋梁的安全。

其二，橋梁的檢測可以節(jié)省經(jīng)濟(jì)費(fèi)用，一座橋梁建成后，維修和管理都要投入一大筆錢。尤其是當(dāng)一座橋梁發(fā)生微小的質(zhì)量問題時，由于外部環(huán)境因素的影響，很可能導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故，從而造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。通過橋梁檢測就能有效地發(fā)現(xiàn)這些微觀質(zhì)量問題，并對其進(jìn)行優(yōu)化，從而達(dá)到降低安全事故的目的[1]。

2 市政橋梁檢測的具體標(biāo)準(zhǔn)和儀器設(shè)備

2.1 具體標(biāo)準(zhǔn)

市政橋梁的檢測并非隨意性的，必須按照相關(guān)的檢測標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。無論是橋梁結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件性能的檢測，還是相關(guān)材料的質(zhì)量檢測，都需要在相關(guān)規(guī)范的約束下，對橋梁進(jìn)行全面的檢測和評估。具體而言，國家出臺了《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ 99—2017）、《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》（JTGH 11—2004）等詳細(xì)標(biāo)準(zhǔn)。此外，我國還制定了一些地方法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)規(guī)定了橋梁檢測的內(nèi)容。橋梁檢測分為定期檢測、專項檢測、日常檢測和應(yīng)急檢測。

2.2 儀器設(shè)備

橋梁檢測所用儀器因檢測項目不同而不同。具體來說，一般采用接觸法和非接觸法測量位移。接觸測量是用偏轉(zhuǎn)儀、位移傳感器、百分比計、電氣測量和機(jī)械測量。非接觸測量由照相機(jī)、經(jīng)緯度測量、計算機(jī)化測量等方法完成。前者是較常用的測量方法，比如突然的變化，不規(guī)則的截面形狀，彎曲和剪切位置的測量，可用微分尺、導(dǎo)數(shù)、應(yīng)變儀和應(yīng)力儀測量。橋梁裂縫檢測通常采用帶刻度放大鏡或應(yīng)變計測量裂縫的產(chǎn)生或載荷。

3 市政橋梁檢測分析

3.1 載荷試驗

本文以一座45m 長，13m 寬的市政人行橋為例展開研究，可以容納消防車通過。上部結(jié)構(gòu)采用15m+15m+15m+15m 三跨C50 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土現(xiàn)澆連續(xù)板，梁高0.9m，橫斷面寬度0.5m 護(hù)欄+12m 人行道+0.5m 護(hù)欄=13m。橋墩為1m 長的柱體。根據(jù)《城市市政橋梁設(shè)計規(guī)范》(CJJ 11—2011)的要求，考慮到消防車輛的通行情況，其荷載級別為B 類。

3.2 檢測環(huán)節(jié)

通常情況下，市政橋梁的測試應(yīng)該包括試驗準(zhǔn)備階段、荷載觀測階段、分析總結(jié)階段。

3.2.1 在試驗前的準(zhǔn)備階段，應(yīng)做好下列工作：

一是搜集、整理市政橋梁設(shè)計文件、施工記錄、監(jiān)理記錄、原始試驗數(shù)據(jù)、市政橋梁養(yǎng)護(hù)維修記錄等技術(shù)數(shù)據(jù)。

二是對橋面系、承重構(gòu)件、支座、地基等進(jìn)行檢測。

三是對設(shè)計載荷進(jìn)行檢驗，并對在擬荷載下的理論內(nèi)力進(jìn)行試驗。

四是編制裝載、計量計劃、儀器設(shè)備的選用。

五是架設(shè)腳手架，安裝測量儀，進(jìn)行測點(diǎn)的布置與分析。搭建腳手架，布置測量工具，布置測量點(diǎn)和表面加工，布置檢測部件（傳感器），安裝和調(diào)試測量設(shè)備[2]?？梢哉f，市政橋梁檢驗?zāi)芊癯晒?，在很大程度上依賴于前期的?zhǔn)備工作。

首先，要統(tǒng)一部署和組織整個測試流程，包括：明確測試目標(biāo)，查閱有關(guān)文獻(xiàn)，搜集設(shè)計與計算數(shù)據(jù)，開發(fā)測試方法；本文從理論上分析了市政橋梁的受力測試；負(fù)責(zé)測試設(shè)備的制作，并安排測試人員。

其次，要制訂具體、實際的檢驗計劃。其主要內(nèi)容有：測試目的、測試要求、裝載方式、測試內(nèi)容、測試方法、測試步驟、測試過程；檢驗人員的組成與工作，安全措施等。在靜載荷試驗中，應(yīng)選取試驗用的洞口（墩臺、平臺），并在其上安裝探測架、儀器觀察架。此外，還確定了載荷測試項目（如最大正/負(fù)彎矩、撓度、最大支點(diǎn)剪力、墩臺最大垂直力、位移等），確定了當(dāng)量試驗載荷（如可行車輛、重物）的布置位置、加載方式、載荷分類等。選定載荷和維護(hù)時間，確定載荷過程，并對測量點(diǎn)的變化進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測（為使測試能夠及時結(jié)束，確保測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，必須確定觀測項目。結(jié)構(gòu)最大撓度、支撐沉降、最大拉應(yīng)力及中性軸位置、支撐附近截面的主要拉應(yīng)力、活動支撐的變化、裂縫的出現(xiàn)與擴(kuò)大）。要合理地選取觀察點(diǎn)（以跨中、四分之一點(diǎn)、支點(diǎn)、支座、牛腿、梁端、橋墩等）為宜。選用適當(dāng)?shù)臏y量儀，確定讀數(shù)原理，對位移、應(yīng)變、裂縫等進(jìn)行監(jiān)測。在市政橋梁動荷載試驗中，要確定試驗內(nèi)容（以振動頻率、固振、阻尼等為主，荷載自身的大小、方向、頻率、作用規(guī)律、動荷載的動荷載、動應(yīng)力、沖擊系數(shù)等）。檢查校準(zhǔn)用的儀表、供電、安裝燈具、根據(jù)測試計劃安裝感應(yīng)器、在測試開始之前切斷交通、準(zhǔn)備通信工具、進(jìn)行預(yù)試（檢測儀器的運(yùn)行狀況，并判斷所需的參數(shù)是否合理）。

3.2.2 在執(zhí)行載荷測試的過程中，測試主要按照預(yù)先確定的時間表進(jìn)行。在進(jìn)行靜載荷試驗時，必須根據(jù)現(xiàn)有的試驗數(shù)據(jù)，將現(xiàn)有的試驗數(shù)據(jù)和實測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以判斷結(jié)構(gòu)在受力后的性能是否正常，能否進(jìn)行下一階段的載荷試驗，以保證試驗結(jié)構(gòu)、儀器設(shè)備和試驗人員的安全。

3.2.3 在測試前、測試后，對測試結(jié)果進(jìn)行分析、整理，依據(jù)相關(guān)技術(shù)法規(guī)、法規(guī)和測試目的，做出正確、科學(xué)的判斷與評估。首先，要對測量資料進(jìn)行整理（測量值的修正，測量點(diǎn)的應(yīng)力計算，撓度的計算，支點(diǎn)的沉降效應(yīng)的修正，荷載的橫向分布系數(shù)的計算），并繪出荷載-變形曲線、結(jié)構(gòu)位置-測量變形曲線，并將測量點(diǎn)的測量值與理論計算值或規(guī)范中的規(guī)定進(jìn)行對比。最后，將實測數(shù)據(jù)與理論計算結(jié)果或容許值進(jìn)行對比。接著用標(biāo)定系數(shù)、允許規(guī)范極限、阻尼特性、沖擊系數(shù)等指標(biāo)對其進(jìn)行評價。

3.3 實際檢測

3.3.1 靜載試驗

靜載荷測試是對靜力工況下各個部件的極限承載能力進(jìn)行測試。靜載荷測試是衡量市政橋梁結(jié)構(gòu)靜載荷性能的重要方法。在此基礎(chǔ)上，對各點(diǎn)進(jìn)行檢測，并與理論計算結(jié)果進(jìn)行對比，得出了各點(diǎn)的靜載荷測試結(jié)果。若比率為1，則表示測量結(jié)果與理論值相符；若比率小于1，則表示該市政橋梁的結(jié)構(gòu)性能較好；若超過1，則表示結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較差，必須進(jìn)行修復(fù)或更換。另外，靜載荷的不良組合也應(yīng)該被確定。這些變形在短期內(nèi)不會對城市居民的交通安全造成一定的影響，但是，如果這些變形持續(xù)時間較長，將會對城市居民的出行造成一定的威脅。

根據(jù)市政橋梁的構(gòu)造特點(diǎn)，本文給出了兩種荷載條件：一是邊跨的最不利荷載；二是最不利的中跨處載荷，裝載是對稱的。

關(guān)鍵斷面的應(yīng)變與變形是試驗研究的重點(diǎn)。在應(yīng)變測點(diǎn)處，由于橋體截面形狀，應(yīng)以板梁截面下緣為基礎(chǔ)，以縱向為中心，縱向間隔為3m，每個區(qū)段各設(shè)3 個，上部邊緣設(shè)在接近頂板下緣的腹板一側(cè)，每個區(qū)段各設(shè)2 個。在變形測點(diǎn)處，主要觀察受力邊跨、中跨的變形、橋臺、墩臺等部位的沉降。在變形測量中，市政橋梁荷載作用下，邊跨中段的變形量分別為-0.19mm 和+0.08mm。在荷載作用下，受力邊跨段的變形量為+0.47mm，而在荷載作用下，跨段的變形量為-0.7mm，其最大撓度為-0.70mm（1/21428l)，并且具有更少的變形。結(jié)果表明，在市政橋梁和橋墩上，均未發(fā)生明顯的沉陷[3]。應(yīng)變測量的試驗結(jié)果表明，在工況一的荷載作用下，梁底斷面應(yīng)變值分別為+15.41με 和+10.25με 板側(cè)；在荷載作用下，梁橋的下斷面應(yīng)變分別為-11.04με 和-5.48με，板側(cè)應(yīng)變值為-5.48με；在荷載作用下，加載中跨跨中斷面應(yīng)變分別為-0.88με 和-2.53με 板側(cè)。工況二下的最大壓力應(yīng)變均為-11.04με（與中跨最大壓力應(yīng)變相當(dāng)）。在這兩種測試中，其最大壓力應(yīng)變?yōu)?11.04με（0.38MPa)，最大拉伸應(yīng)變+15.41με（0.53MPa）。

最后，在結(jié)構(gòu)檢算過程中，利用Midas/Civil 軟件對工況一和工況二進(jìn)行了分析，并將其與實測應(yīng)變、形變進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，在實際工程中，變形檢測系數(shù)分別為0.20～0.76、0.15～0.88，說明了構(gòu)件在剛性、強(qiáng)度方面存在一定的剩余。

3.3.2 動載試驗

市政橋梁的動態(tài)載荷試驗是建立在市政橋梁主干試驗的基礎(chǔ)上。該系統(tǒng)保證了市政橋梁在整個結(jié)構(gòu)持續(xù)移動的情況下，可以承受車輛的荷載。通過分析，可以將其與市政橋梁自身的受力特性相比較，從而評價其動力性能。做這樣的測試所需的儀器不是很專業(yè)，為了獲得更好的效果，還是要有專門的專家來做。比如，在對試驗結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計、修正、誤差分析時，要從結(jié)構(gòu)自身振動頻率出發(fā)，對其進(jìn)行詳細(xì)的檢測。首先，采用跑車試驗方案，該車是靜載試驗中的汽車之一，跑車試驗要以5km/h 的間隔進(jìn)行，即5km/h、10km/h、15km/h。其次，測試動力放大系數(shù)。結(jié)果顯示：在5km/h、10km/h 下，市政橋梁結(jié)構(gòu)的動力放大系數(shù)為0，在15km/h 時為0.24。結(jié)果表明，在10km/h 以內(nèi)，功率放大器的放大作用不顯著，在15km/h 時，放大系數(shù)為0.24，無顯著異常。

最后，在結(jié)構(gòu)檢算環(huán)節(jié)，通過Midas/Civil 軟件對其進(jìn)行了分析，得到了一階固有頻率6.65Hz 的一階固有頻率，并與實測數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，結(jié)果顯示該結(jié)構(gòu)的剛度得到了提高[4]。

3.4 總結(jié)評價

經(jīng)市政橋梁靜載荷試驗、動載荷試驗及相應(yīng)的計算與分析，按規(guī)范規(guī)定，其結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。建議在運(yùn)行期間，加強(qiáng)對該橋的日常維護(hù)和定期檢查。同時，市政橋梁的荷載測試也可以從一定程度上反映出其承載力的強(qiáng)度。同時，通過對不同時代的市政橋梁進(jìn)行測試，可以判斷出不同時代的市政橋梁結(jié)構(gòu)，以及它們對市政橋梁的影響，從而為現(xiàn)代市政橋梁的建設(shè)帶來更大的價值。目前，越來越多的研究人員不斷地改進(jìn)和革新市政橋梁負(fù)載測量裝置，使其整體朝著自動化、智能化、操作方便、遠(yuǎn)距離、非接觸的方向發(fā)展。

4 結(jié)語

市政橋梁是一種重要的交通組織，其日常的檢測工作還有待深入的研究。市政橋梁的日常巡查，要注意其對城市交通的影響，保證其正常的安全使用。日常巡查結(jié)果除了要保證市政橋梁的安全性能，還要兼顧城市的景觀效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效益。對市政橋梁進(jìn)行例行巡查時，要按照每天的車流量，對道路進(jìn)行合理的分流，并進(jìn)行安全通報。