桥梁结构检测技术研究

文/熊汉江、杨丽丽

1 前言

旧有桥梁因为材料性能、自然环境、荷载过大的情况影响之下，会导致混凝土存在裂缝问题，钢筋碳化与腐蚀等，再加上重型车辆的影响，导致钢筋结构在运行了一定的时间之后出现结构损坏，极大的威胁了整个项目的运营质量。从具体的情况统计分析发现，我国已经有40%左右的桥梁即将达到设计寿命，所以对于旧桥进行安全性等方面的评估分析，有着极为重要的作用，已经被广大学者进行研究和使用，能够使得交通运输的质量符合标准，满足现代桥梁的运行需要[1]。桥梁和土木结构的基本形式是相同的，所以在进行结构检测中主要是进行损伤状态分析、损伤定位、损伤程度量化和残余寿命预测等方面，可以通过无损检测与结构测试技术来实现，能够充分掌握桥梁的使用性能和效果。

2 桥梁结构检测内容现状分析

因为我国地域广阔，地形条件复杂，各个地区的地质条件相差较大，桥梁建设的需求量大，为我国交通事业的发展起到了极大的促进作用，但是随着投入运营时间的延长，桥梁的损伤、垮塌等事故比较严重，不仅给国家造成巨大的经济损失，同时还会导致严重人员伤亡事故，给社会的发展造成不良的影响。从实际情况分析，桥梁结构安全性检测没有按照要求进行，也向我们发出了危险的信号。要充分的重视桥梁安全检测方面的工作，积极的改进桥梁的性能，从而可以更好地保证桥梁使用性能合格，满足交通的运行需要。

桥梁结构检测工作的进行，就是要对结构材料性能检测、上部结构性能检测、地基结构性能检测等等。对于不同部分的检测，所应用的检测技术有着很大的差异。所以要结合实际的检测内容做出有效的改进，能够提高检测技术水平，满足当前的使用标准要求[2]。

首先，结构材料检测中，应该做好如下几个方面的工作：桥梁建设中，钢材的力学性能分析，同时要对砂、石、混凝土等结构性能进行检测。通常来说，钢筋混凝土桥梁结构性能检测中，要做好钢筋、混凝土强度、锈蚀等情况的检测，这一部分的检测一般是通过应用无损检测技术的方式来实现，可以准确地判定出结构的性能。

其次，上部机构检测环节，能够具体的掌握桥梁结构的质量方面，比如桥梁支座和伸缩装置方面的检测，或者桥面损坏的情况。这种情况下，应该先明确具体的桥梁等级，然后做好荷载参数的检测，保证车辆的运行符合要求，不会存在影响车辆通行的情况。

最后，地基检测环节，应该做好承载力方面的检测，还要利用管桩检测或者桩基检测的方式，做好沉井检测方式的应用。检测环节，如果发现墩台出现了沉降、倾斜、位移等方面的问题，就要做好地基质量检测，通常都是钻孔取样的方式来进行。一般来说，检测人员必须要明确具体的桥梁检测内容，选择合适的检测技术，让结构检测更加的精确。根据实际其能够来进行保养和维修处理，确保桥梁的使用安全性，延长使用寿命。

3 基于无损检测技术的桥梁特性分析

无损检测是应用先进的技术来进行桥梁各个结构性能的检测，就是不会给桥梁结构产生任何的损害，从而可以满足检测的标准[3]。目前比较先进的无损检测技术包含有超声波检测、射线检测、磁场检测等方式，能够对表面和内部结构进行全面的质量检查。

3.1 表观与材料的质量检测

表观检查施工是对桥梁的表面结构和构造的尺寸、线型走向、结构病害等方面进行检查和确定。具体的检测项目要考虑到不同桥型的特点来进行，然后充分的了解桥梁的运营状况，判定出其符合的技术等级和具体的技术标准。材料检测一般都要确定出实际的强度等级、裂缝宽度与深度、碳化严重度以及耐久性等方面，综合掌握各种影响桥梁使用寿命的因素和实际情况，提升结构的制造性能，利用Ansys、SAP 等分析软件进行桥梁承载力方面的分析和检测，能够有效地评价桥梁的结构性能，达到使用的标准。

3.2 常规项目检测技术

从常规项目进行局部进行检测，目前应用的成熟检测方法有冲击回波技术、声反射技术、超声脉冲技术、红外热像技术、计算机断层X 射线扫描技术等。现代社会的高速发展，无损检测技术水平得到很大的提升，应用范围逐步加大，效果也在逐步增强。很多先进检测仪器被广泛地使用到实践中，能够将电、磁、雷达、信号处理等方面的先进技术应用到实践中，可以使用高新技术来完成桥梁的检测，比如通过桥面板的双频带红外线自动温度成像系统、结构构造的间距检测技术等方面，可以综合性的分析桥梁的应用性能。此外，数字以及图像处理技术也有了很快的发展，例如基于GPRS 技术研发的系统可以实现远程数据传输和神经网络的应用，可以更好地实现桥梁运行动态的监测。

4 基于结构测试技术的桥梁特性分析

结构测试技术主要是完成整体性的检测，可以利用模拟加载和应力指标参数的检测，能够进行桥梁的使用状态的鉴定和评估，主要是有静荷载检测和动荷载检测等方面。结构损伤的出现会直接影响刚度、阻尼等参数发生变化，因此，利用施加荷载的方式和相应设备就能够准确的确定结构性能。利用结构静力和动力响应量的变化特点，就能够进行桥梁评价结构损伤情况的判定，然后能够确定具体的结构分析特点。

4.1 基于静载试验的结构测试

静载试验是将桥梁结构最为不利的位置来进行设计荷载或者等效荷载中来进行截面静位移、静应变、裂缝等方面的检测，然后就能够确定桥梁结构的工作状态。通常来说可以按照要求分成几个阶段，比如试验设计和分析、加载与观测、试验材料分析、结构性能分析等阶段[4]。从静态响应损伤系统识别中进行分析，最为有效的方式是通过结构响应的测量值和原油的理论技术参数来进行模型建立和分析，进行多次的调整和修改处理，就能够获得最终的可接受程度和校验系数η，确定材料的结构性能。选择使用合适的识别参数来进行系统识别处理，对于钢筋混凝体梁桥来说，通常可以选取使用梁截面刚度来进行结构模型参数的识别和控制，而其他的桥型来说，能够转变成为杆件系统，以杆件的强度来确定出具体的技术参数。

4.2 基于动载试验的结构测试

桥梁结构动载试验主要是通过某些激振的方式来让桥梁进行振动，测定出其固有频率、阻尼比、振型、冲击系数等方面的指标，就能够确定结构的刚性和路面的行驶性能[5]。在具体的操作中，理论数据和实际数据的对比分析，确定桥梁的结构性能，判定出其是否符合实际的交通运行。目前最为普遍的动态分析方法就是系统识别、神经网络等等。动载的检测主要是通过动荷载、动力特性和强迫振动效应等方面来进行。桥梁动载试验的激振方式和测试项目会有着明显的区别，要结合实际情况确定，可以达到应用的标准。

5 桥梁检测工程实例

5.1 工程概况

某桥梁共5 跨，总长100m，跨径组合为5m×20m，上部为简支钢筋混凝土“T”梁，每跨5 片“T”梁；下部结构主要是双柱墩台与重力式台基桥台结构形式。桥面设计成为混凝土铺装的形式，总宽度是8m、行车道的宽度是7m，两侧还设置有人行道，其宽度是0.5m。进行该桥梁的检测主要是掌握其运行的实际情况，了解各个方面的性能，分析形成病害的主要原因，然后给后续的维修和养护提供良好的基础。

5.2 外观质量及材料检测

5.2.1 混凝土裂缝检测

从检测结果分析，该桥梁中很多地方都出现了一定的竖向裂缝，但是宽度并未超出危险限制，此时还有部分裂缝已经伸到底部的位置形成了“L”形裂缝。各“T”梁表面均出现10%～20%左右的麻面，对于一些严重损伤的部位已经使用水泥砂浆进行修补处理，而梁体浅层结构部分存在麻面修补处理。由于各个墩顶全部都没有安装支座的形式，造成了T 梁的端部和盖梁连接的位置上存在有一定的损坏问题。虽然损伤程度不大，但是也会给整个桥梁的运行造成一定的影响。还有部分墩和墩盖存在了水侵蚀的影响，出现了部分的钢筋膨胀反应，局部混凝土出现的剥落的问题。

5.2.2 材质项目检测

通过使用回弹仪来进行混凝结构强度检测，然后应用酚酞试剂、深度测量仪来确定具体的混凝土碳化深度，然后需要使用电位法来实现钢筋锈蚀程度的检测。从检测结果分析发现，确定该处混凝土强度符合要求；保护层部分的厚度对于钢筋混凝土耐久性并不会产生过大的影响；碳化深度平均值在4～5mm 之间，并且保护层厚度平均值不足0.5，评定标准确定为0.2，并不会给钢筋产生严重的锈蚀反应。从混凝土腐蚀情况分析，其锈蚀严重性并不确定，所以导致锈蚀的速度并不确定。

5.3 静载试验

5.3.1 试验方案

按照荷载的变化效率进行分析，也就是试验荷载之下进行截面内力和控制荷载之下的截面最为不利的内力比是0.95～1.05 的荷载设定原则，对于该桥梁的第一跨来进行试验和分析。试验中选择的是汽-15 级来完成对于桥梁截面的最不利内力效应进行数据换算之后确定，按照该桥跨中的受力变化性，在“T”梁的跨中位置布置5 个挠度测点（测量仪器采用百分表）和8 个应变传感器。

5.3.2 试验检测结果最大试验荷载与分级加载的影响之下能够让跨中截面具体的测量参数与理论数据的曲线是吻合的，经过测量之后发现其应变参数值要远远小于理论计算的数值。经过试验荷载检测之下，发现了T 梁中的最大应变校验系数为0.84，这就表示其结构强度完全能够达到要求。梁跨中的最大相对参与应变是6.33%，能够达到没有超过20%的标准。各个测量点之下的应变值线性是比较好的，这就表示整个结构是弹性良好的状态中，能够达到汽-15 的标准。

5.4 动载试验

5.4.1 试验方案

在桥面上行驶车辆，要按照20km/h、30km/h 的速度行驶，然后就是通过跨中来急刹车可以进行受迫振动，然后是检测确定桥梁的加速度行程曲线。在没有车辆通行的条件之下，桥梁会自动存在激励的情况，然后此时检测确定其固有振动频率。

5.4.2 试验检测结果

静载自振频率采用脉动法进行测试，结果如表1 所示。

表1 自振频率

经过试验检测之下发现该阶段的频率要大于理论计算参数，这就表示整个桥梁的刚度超过了理论计算参数，能够达到标准的要求。

6 结语

桥梁结构的稳定性与安全性是最为关键的性能参数，也关系着人们的生命安全，所以需要投入较大的力量进行桥梁结构的安全性检测，以满足使用标准。本文以实际桥梁的案例作为基础进行分析，进行多种病害问题的检测确定，然后了解形成病害的原因，总结出切实可行的应对措施，能够保证桥梁的使用性能合格，为今后的桥梁事业稳步发展起到一定的促进作用。