基于FWD的桥梁铰缝健康状况测试与评价方法

夏姝丽

（上海浦江桥隧运营管理有限公司，上海 200231）

0 引言

在空心板梁构成的公路桥梁上，板梁间的连接是通过铰缝实现，从而可将交通荷载均匀分配到整个桥面体系中。可以看出，铰缝对于板梁桥的整体受力及桥面板结构稳定性起到至关重要的作用[1-2]。铰缝的健康状况直接决定了桥面结构的整体强度，一旦出现破坏，易导致桥面系板梁局部结构强度不足，产生结构性的问题。桥面铺装乃至整个桥面结构强度都将快速衰减，严重影响桥梁健康与行车安全[3-4]。目前对于铰缝的测试及维修通常是在桥面铺装已出现明显的破坏，需要进行维修时才进行。此时，通常都需要采用复杂的工艺，占用有效通行时间对桥梁铰缝进行修复。如何对于桥梁铰缝、面板以及铺装的使用状况进行早期的判断和损伤识别，这方面的研究和应用还比较缺乏，尚没有成熟的经验可以借鉴。虽然有些研究和应用人员已经意识到这种必要性，但系统的总结和成熟的经验很缺乏。因此需对桥梁进行铰缝状况的早期诊断，及时采取措施，以有效延长桥梁结构及铺装使用寿命，提高安全性。

1 基于FWD的铰缝状况测试方法

目前，评定公路桥梁铰缝破损程度的方法一般采用在桥面上加载的方法进行测试与评价，结合在板梁之间的横向荷载传递能力判断铰缝是否健康。但荷载试验代价较大，且需较长时间的交通封闭[5]，而采用FWD动态弯沉评价铰缝破损程度具有方便快捷、安全准确的特点。这一特点，对于正在运行中的公路桥梁，尤其是大交通量的重载公路，具有重要的现实意义，也是运维管理中迫切需要的。

当所需检测的公路桥梁，其交通便于封闭时，可将FWD检测车在垂直于铰缝的方向上检测铰缝横向铰接能力，如图1所示。当待检桥梁交通不便于封闭时，为减小试验空间，降低对交通的影响，可将FWD检测车在与铰缝呈30°夹角的方向上检测铰缝横向铰接能力。这样可以减少落锤式弯沉测试时对于车道的占用，为不中断交通提供条件。

根据调查发现，公路桥梁的铰缝通常从跨中开始破坏，因此现场检测时，首先在桥梁跨中检测横断面上分布的各条铰缝，然后纵向对着桥头方向每间隔L（取5～10m）选下一个断面，然后在横向进行同样的测试。

2 桥梁铰缝健康状况评价方法

由于目前基于落锤式弯沉仪（FWD）检测桥梁铰缝尚无明确的规范标准，因此参考JTG D40—2011《公路水泥混凝土路面设计规范》的水泥混凝土板块接缝传荷能力的方法来评定铰缝传荷能力，所采用的计算公式如下：

图1 垂直于铰缝方向检测铰接能力

式中，kj为铰缝铰接能力系数；ωu为未受荷板接缝边缘处的弯沉值，mm；ω1为受荷板接缝边缘处的弯沉值，mm。

将铰缝铰接能力分为4个等级，分级标准如表1所示。

表1 铰缝铰接能力分级标准

为更准确地评价铰缝的铰接能力，在检测过程中考虑铰缝10cm的宽度，将荷载盘边缘置于受荷板边缘，1号传感器距离受荷板边缘15cm，2号传感器位于铰缝中心，3号传感器距离铰缝边缘5cm。由于水泥混凝土结构刚度很大，整体受力均匀，可基于D1、D2、D3的弯沉检测数据采用插值的方法得到铰缝边缘处的弯沉ωl、ωu，进而求得铰缝铰接能力系数，测试如图2所示。简化后的计算公式如下：

式中，为铰缝铰接能力系数；D1为荷载中心传感器测得弯沉值；D2为2号传感器（距荷载中心20cm）测得弯沉值；D3为3号传感器（距荷载中心30cm）测得弯沉值。

图2 FWD检测车检测桥梁铰缝方案

3 工程应用

为验证所提出的基于落锤式弯沉仪测试桥梁铰缝健康状况方法的可行性，选取某高速公路在大修之前的某一座公路桥梁进行现场测试。现场测试方案为：在桥梁横向方向上，由北向南依次对桥梁铰缝进行编号，采用上节检测方法对3个断面上编号1～6的铰缝铰接能力进行检测，测试结果如表2所示。

表2 现场1～6号铰缝传荷系数计算结果

由表2可看出：第2，4条桥接缝位于第2车道边缘，承受更多荷载作用，铰接能力相对差，尤其是朝西方向，由于重车较多，并且现场发现铰缝破坏也较为严重。根据评定标准，达到良好，其余铰缝传荷状况均较好，达到优等。

从该工程案例可看出，使用本文提出的基于落锤式弯沉仪（FWD）的桥梁铰缝的健康检测方法具有可操作性，现场实施较为方便，客服了传统桥梁铰缝测试的一些缺点，测试结果与实际状况也较为吻合，可作为今后对于桥梁铰缝健康状况进行快速检测的有效方法。