城市桥梁撞击后的损伤检测及安全评估

徐小顺，袁文杰，温永华

（1.江西省丰城市公路局；2.江西交苑公路工程试验检测中心）

1 前言

丰和立交3#桥为一跨现浇简支箱梁桥，被一后八轮自卸工程车撞伤，撞击原因是工程车卸货后未将车箱放下，使得车箱高度超过桥下净空，车辆无法通过直接对梁体撞击，由于该桥下穿路线为一下坡路段，故撞击时车速较快。

梁体被撞后，东端向北偏移20 cm，西端向北偏移3 cm。东端梁体与桥台U型伸缩缝内橡胶向外伸出10 cm，错位处橡胶撕裂；西端伸缩逢内橡胶外伸3 cm，未发现撕裂。梁体东端南侧翼板顶紧贴桥台背，有轻微碎裂，东端北侧腹板底离台背4 cm，撞击时与台帽接触，有轻微碎裂，但碎裂范围均不超过20 cm×20 cm。支座亦发生了移位，支座与梁体间未发现明显相对移位。

为了确定车辆撞击是否对梁体造成内部损伤，对丰和立交桥3#桥进行了撞击后质量检测。

2 被撞后现状检查

对梁体进行仔细观察，梁体被撞区域位于路线中心线偏东约2.5 m处，在被撞区域可以看到很明显的汽车油漆和汽车备胎痕迹，在距路线中心线偏东约4 m处，腹板与底板交角处有一约10 cm×10 cm的撞击后混凝土剥离，深约1 cm，梁底相应位置有一宽约3.0 cm，深约0.5 cm，长约2 m的刮痕。腹板存在多条竖向受力裂缝，未发现撞击后的新的损伤裂缝（由撞击部位向四周发射延伸的裂缝）。竖向裂缝宽度最大为0.31 mm，裂缝由下向上沿伸、裂缝下宽上窄，腹板裂缝较底板多。底板裂缝为横桥向，均贯穿梁底，并与腹板对应位置裂缝连通。裂缝分布规律为顺桥向、横桥向均基本对称。对桥面进行观察，未发现明显的裂缝。

3 梁内部缺陷的检测方法

3.1 检测原理

本次采用超声脉冲法对表面损伤层厚度进行检测。由于空气的声阻抗率远小于混凝土的声阻抗率，脉冲波在混凝土中传播时，遇着蜂窝、空洞或裂缝等缺陷，便在缺陷界面发生反射和散射，声能被衰减，其中频率较高的成分衰减更快，因此接收信号的波幅明显降低，频率明显减少或者频率谱中高频成分明显减少。再者经缺陷反射或绕过缺陷传播的脉冲波信号与直达波信号之间存在声程和相位差，叠加后互相干拢，致使接收信号的波形发生畸变。

根据上述原理，可以利用混凝土声学参数测量值和相对变化综合分析、判别其缺陷的位置和范围，或者估算缺陷的尺寸。

实际检测时，在表面有破损及撞击痕迹的部位布置超声波换能器，通过测试不同测点间波速，计算出被测区域内各区间的波速，再结合各条测线波幅、频率的变化，来确定被测部位内是否存在内部缺陷。

表面损伤层厚度检测是将发射换能器T固定不动，然后将接收换能器R以一定的间距移动，逐点读取相应的声时值，通过不同测线的声速变化来测定损伤层厚度，测点布置如图1所示。

图1 混凝土损伤层厚度检测原理示意图

3.2 测点布置

根据现场情况和箱梁被撞部位，测点布置如下。

（1）在箱梁被撞一侧腹板（南侧腹板）布置测点，测点位置如图2所示，阴影处为撞击区。

图2 南腹板撞击区测点布置示意图 cm

（2）在梁底刮痕两侧和车辆擦挤区布置测点，测点位置如图3所示。

图3 梁底测点布置示意图 cm

（3）在未被撞一侧的腹板上布置测点与被撞一侧进行对比。测点位置如图4所示。

图4 北腹板测点布置示意图 cm

3.3 检测结果

通过对所测各点声时值与检测数据进行计算、分析，得出各个测区的混凝土损伤层厚度如下列各表。

表1 南腹板撞击处损伤层厚度 mm

表2 北腹板未撞击区损伤层厚度 mm

表3 梁底刮痕处损伤层厚度 mm

综合以上数据可以看出，撞击区与梁底擦挤刮痕处所测得的损伤层厚度数据较未撞击部位的损伤层厚度大，但损伤深度未超过钢筋混凝土保护层厚度。

4 安全评估

本次车辆撞击造成了梁体的移位，伸缩缝内嵌橡胶条损坏，东端南侧翼缘板角部位置混凝土有轻微碎裂，北侧梁底角部混凝土有局部碎裂现象，但碎裂范围均较小。对撞击损伤层厚度的检测表明损伤深度未超过钢筋混凝土保护层厚度。对梁体裂缝观察，腹板所有裂缝均为竖向裂缝，且顺桥向、横桥向均基本对称，表明裂缝不是由于车辆撞击所产生的。

［1］裴小吟，文传勇，张永水.城市桥梁被车辆撞击后损伤分析［J］. 重庆交通大学学报（自然科学版），2011，（1）.

［2］蒋洪涛，裴小吟.车辆撞击城市跨线桥桥墩的损伤机理分析［J］.西部交通科技，2011，（1）.

［3］彭勃阳，李文会，李晓龙，等.车辆撞击桥梁分析方法的探讨［A］.第20届全国结构工程学术会议论文集（第Ⅱ册）［C］.2011.