淺談橋梁檢測加固技術(shù)
2016-03-23
一、橋梁檢測的目的和意義
橋梁檢測評價(jià)的目的和意義如下:①通過檢查確定橋梁營運(yùn)多年后各部位由于出現(xiàn)如裂縫、錯(cuò)位、沉降等缺陷而引起的損壞程度與實(shí)際承載能力損失，為進(jìn)行橋梁的修復(fù)加固提供可靠依據(jù)。②通過檢查評價(jià)，可確定按舊標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的荷載等級設(shè)計(jì)的橋梁，現(xiàn)在由于交通量的不斷增加，車輛載重量的不斷加大，是否需要通過加固來提高其荷載等級。③通過檢查評價(jià)，可確定特大型工業(yè)設(shè)備與集裝箱運(yùn)輸?shù)瘸剀囕v是否安全通過，并為臨時(shí)加固提供技術(shù)資料。④通過檢查評價(jià)，可評定一些重要的大橋或特大橋梁，在建成之后其設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量，確定工程的可靠度。⑤通過檢測評價(jià)，可驗(yàn)證采用新型結(jié)構(gòu)橋梁理論的實(shí)踐性與可靠性，以便對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論及結(jié)構(gòu)形式加以改進(jìn)，使其更完善。⑥通過對維修加固的橋梁進(jìn)行竣工檢查可檢驗(yàn)維修加固的質(zhì)量，并驗(yàn)證加固方法的合理性與可靠性。
二、橋梁載荷試驗(yàn)研究
1.橋梁檢測靜載試驗(yàn)
靜載試驗(yàn)是橋梁結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)測試的一種主要的方法，其將靜止的荷載作用于橋梁結(jié)構(gòu)指定位置并測試測點(diǎn)的靜應(yīng)變、靜位移與應(yīng)力等，從而評定橋梁結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)和使用能力。橋梁靜載通常采用設(shè)定的車輛荷載或重物堆載等方式來模擬某一等級的車輛荷載。
1.1試驗(yàn)跨的選擇
橋梁靜載試驗(yàn)既需要客觀全面的反映橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力與使用性，同時(shí)又受試驗(yàn)費(fèi)用、時(shí)間與環(huán)境條件等的限制，所以必須選擇典型橋跨進(jìn)行試驗(yàn)，其應(yīng)根據(jù)橋梁調(diào)查和驗(yàn)算結(jié)果綜合確定。對于跨徑相同的多孔結(jié)構(gòu)可選擇1～3個(gè)具有代表性的橋孔進(jìn)行荷載實(shí)驗(yàn)，選擇時(shí)應(yīng)綜合考慮以下條件:①橋跨計(jì)算受力最不利。②橋跨施工質(zhì)量較差，缺陷較多或病害最嚴(yán)重。③橋跨便于搭設(shè)腳手支架，布置測點(diǎn)與荷載。
1.2控制截面確定
控制截面的數(shù)量應(yīng)根據(jù)能否準(zhǔn)確地繪制出內(nèi)力包絡(luò)圖而確定?？刂平孛孀畈焕钶d內(nèi)力計(jì)算的一般方法是先求出應(yīng)該截面的各類影響線，然后根據(jù)影響線加載，再按照車道數(shù)、沖擊系數(shù)及車道橫向折減系數(shù)計(jì)算出該截面的最不利活載內(nèi)力。
影響線計(jì)算主要以荷載橫向分布理論為基礎(chǔ)，將結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形簡化為平面問題計(jì)算，該方法概念明確、計(jì)算簡便。采用此方法能夠得到橋跨結(jié)構(gòu)順橋向的最不利效應(yīng)值，可用于確定橋梁結(jié)構(gòu)最不利位置。此外，對于存在病害或缺陷的橋梁，還應(yīng)進(jìn)行內(nèi)力組合，根據(jù)規(guī)范方法驗(yàn)算控制截面強(qiáng)度，以確保橋梁使用時(shí)的結(jié)構(gòu)安全。
1.3試驗(yàn)荷載確定
靜力試驗(yàn)荷載是根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)力計(jì)算結(jié)果來確定加載位置、等級的，該過程是一個(gè)反復(fù)試算的過程。試驗(yàn)荷載原則上應(yīng)采用與試驗(yàn)控制荷載相同的荷載，但客觀條件所限，但實(shí)際上采用的試驗(yàn)荷載與試驗(yàn)控制荷載很難一致，為保證試驗(yàn)效果，試驗(yàn)荷載一般采用靜載試驗(yàn)效率系數(shù)進(jìn)行控制確定。
2.橋梁檢測動(dòng)載試驗(yàn)
橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)載試驗(yàn)是利用某種激振方法激起橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，進(jìn)而測試橋梁結(jié)構(gòu)的固有頻率、阻尼比、振型、動(dòng)力沖擊系數(shù)與動(dòng)力響應(yīng)等參數(shù)的試驗(yàn)項(xiàng)目。橋梁動(dòng)載試驗(yàn)?zāi)軓暮暧^上判斷橋梁結(jié)構(gòu)的整體剛度與運(yùn)營性能。橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)載試驗(yàn)在試驗(yàn)?zāi)康?、測試內(nèi)容等方面雖然與靜載試驗(yàn)有所不同，但其對于全面分析掌握橋梁結(jié)構(gòu)工作性能而言是同等重要的，因?yàn)樗怯绊憳蛄菏褂脡勖闹饕蛩刂?。因此，?dòng)載試驗(yàn)對橋梁設(shè)計(jì)和維護(hù)都有很重要的意義。
2.1動(dòng)載測試目的
橋梁動(dòng)載試驗(yàn)的目的是測定橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性與在動(dòng)荷載作用下的強(qiáng)迫振動(dòng)響應(yīng)，即橋梁結(jié)構(gòu)的自振頻率、振型、阻尼比等模態(tài)參數(shù)與橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)位移、動(dòng)應(yīng)力、沖擊系數(shù)等，進(jìn)而在動(dòng)載試驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過理論分析了解橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài)，判斷和評價(jià)橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力和使用條件。
橋梁動(dòng)載試驗(yàn)的主要目的為:
①通過動(dòng)載試驗(yàn)判斷橋梁結(jié)構(gòu)在不同動(dòng)荷載作用下的動(dòng)態(tài)反應(yīng)是否在橋梁的一般容許范圍內(nèi)。②通過動(dòng)力特性試驗(yàn)了解橋梁結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)特性與長期使用荷載作用下的動(dòng)力性能。③通過動(dòng)載試驗(yàn)，并結(jié)合理論分析，綜合評價(jià)橋梁承載能力與工作狀況。④為橋梁維護(hù)提供依據(jù)，指導(dǎo)橋梁的正確使用、養(yǎng)護(hù)與維修。
2.2動(dòng)載測試內(nèi)容
橋梁動(dòng)載試驗(yàn)的關(guān)鍵是要避免振源頻率與橋跨結(jié)構(gòu)的自振頻率相等，進(jìn)而避免引起共振，動(dòng)載測試內(nèi)容主要包括以下方面:①測定橋跨結(jié)構(gòu)在動(dòng)力荷載下的強(qiáng)迫振動(dòng)特性。②測定橋跨結(jié)構(gòu)的自振特性。③測定振源本身的動(dòng)力特性。
2.3動(dòng)載測試項(xiàng)目
橋梁動(dòng)載試驗(yàn)測試內(nèi)容一般包括以下幾個(gè)方面:①脈動(dòng)試驗(yàn)。當(dāng)橋面上無行駛汽車和其它的周期性干擾力時(shí)，在風(fēng)與地面微振等環(huán)境因素的作用下，通過脈動(dòng)測試可以確定橋梁結(jié)構(gòu)的固有頻率。②跳車試驗(yàn)。跳車試驗(yàn)是指測試汽車跨過15cm高跳板后制動(dòng)，測量橋梁結(jié)構(gòu)在附加汽車荷載情況下的衰減振動(dòng)情況，進(jìn)而確定橋梁沖擊系數(shù)，分析橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性。③跑車試驗(yàn)。跑車試驗(yàn)主要是指測試汽車在橋面上通過，量測橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)迫振動(dòng)響應(yīng)與激勵(lì)后振動(dòng)衰減情況。④剎車試驗(yàn)。剎車試驗(yàn)是以測試汽車在橋上緊急制動(dòng)作為激振源，量測其所產(chǎn)生的響應(yīng)，主要用于評價(jià)橋梁承受活載水平力性能，測試汽車可以不同速度停在預(yù)定位置。
2.4動(dòng)載測點(diǎn)布置
測點(diǎn)的布置應(yīng)考慮動(dòng)載試驗(yàn)?zāi)康摹⒁笈c橋梁結(jié)構(gòu)形式來綜合確定，具體布置形式如下:①拾振器的布置。測點(diǎn)拾振器一般按照結(jié)構(gòu)振型布置在變位較大的部位，且應(yīng)避開各階振型的節(jié)點(diǎn)，以免丟失模態(tài)。②動(dòng)應(yīng)變測點(diǎn)的布置。動(dòng)應(yīng)變測點(diǎn)一般布置在結(jié)構(gòu)最大應(yīng)變截面處，且應(yīng)注意溫度補(bǔ)償。
三、橋梁加固理論
1.加固目的和要求
隨著公路交通運(yùn)輸事業(yè)的快速發(fā)展，道路交通運(yùn)輸量和大噸位車輛在逐年增加，由此導(dǎo)致既有橋梁“健康狀況”逐年降低，損壞速度加快，此時(shí)，對既有橋梁進(jìn)行合理而有效的加固，提高橋梁的運(yùn)行能力和承載標(biāo)準(zhǔn)具有重要的意義，則相應(yīng)的橋梁加固應(yīng)做到:①確保橋梁工程的安全、完整、適用與耐久。②提高既有橋梁的運(yùn)行能力與承載能力。
橋梁加固的具體要求為:①橋梁結(jié)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)失效或損傷經(jīng)評估不滿足結(jié)構(gòu)安全或正常使用要求時(shí)，必須進(jìn)行加固。加固內(nèi)容與范圍應(yīng)根據(jù)評估結(jié)論和委托方提出的要求確定，可以包括整座橋梁，亦可以是指定的區(qū)段或特定的構(gòu)件。②加固后橋梁結(jié)構(gòu)整體壽命應(yīng)達(dá)到原設(shè)計(jì)橋梁的壽命。③加固設(shè)計(jì)與施工方法應(yīng)緊密結(jié)合，并采取有效措施保證新老結(jié)構(gòu)連接的可靠與協(xié)同工作。④對于大橋、特大橋，主要承重構(gòu)件需要加固補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，加固設(shè)計(jì)方案應(yīng)不少于2個(gè)，并對方案進(jìn)行比選和經(jīng)濟(jì)評價(jià)。⑤加固設(shè)計(jì)與施工應(yīng)盡量不損傷原結(jié)構(gòu)，并保留具有利用價(jià)值的構(gòu)件，避免不必要的拆除或更換。⑥加固設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行承載力驗(yàn)算。⑦加固施工中應(yīng)盡可能減少對橋上下通行車輛與行人的干擾，同時(shí)減小對周圍環(huán)境的污染。⑧加固施工過程中應(yīng)采取安全監(jiān)測措施，確保人員、結(jié)構(gòu)的安全。
2.橋梁結(jié)構(gòu)加固方法
2.1混凝土修補(bǔ)法
混凝土修補(bǔ)法主要適用于混凝土橋梁結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)蜂窩、空洞以及較大范圍的破損等缺陷的修補(bǔ)?；炷列扪a(bǔ)法根據(jù)施工工藝不同一般可分為直接澆筑、噴射與壓漿等幾種方法。
2.2水泥砂漿修補(bǔ)法
①水泥砂漿人工涂抹法
水泥砂漿人工涂抹法通常用于修補(bǔ)小面積缺陷，特別是損壞深度較淺時(shí)，其修補(bǔ)效果相對較好。當(dāng)修補(bǔ)部位深度較大時(shí)，可在水泥砂漿中摻入適量礫料，以增強(qiáng)砂漿強(qiáng)度并減少砂漿干縮。此外，應(yīng)在新修補(bǔ)區(qū)域周圍再涂上一定厚度的環(huán)氧樹脂膠液、鋁粉水泥漿液或其它膠粘劑等封閉劑，以減少收縮裂縫的產(chǎn)生。
?、趪姖{修補(bǔ)法
噴漿修補(bǔ)法主要用于重要混凝土結(jié)構(gòu)物或大面積混凝土表面缺陷與破損的修補(bǔ)。該方法操作工藝較為簡單，工效高，但材料消耗相對較多，且當(dāng)噴漿層較薄或不均勻時(shí)容易發(fā)生干縮裂縫。
2.3粘結(jié)劑修補(bǔ)法
粘結(jié)劑修補(bǔ)法一般用于對混凝土橋梁結(jié)構(gòu)表面的風(fēng)化、剝落、露筋與小面積破損的修補(bǔ)。施工時(shí)應(yīng)避免荷載或重力振動(dòng)等因素的干擾，主梁及其他重要部位的修補(bǔ)應(yīng)在強(qiáng)度達(dá)到原結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的100%時(shí)方可承受荷載。
2.4增大梁截面和配筋加固法
增大梁截面和配筋加固法是在構(gòu)件表面加大混凝土尺寸，增加受力鋼筋，使其與原結(jié)構(gòu)形成整體，從而增大構(gòu)件有效高度和受力鋼筋面積，增加構(gòu)件的剛度，提高橋梁整體承載能力，這種加固方法廣泛應(yīng)用于梁(板)橋及拱橋拱肋的加固。加大構(gòu)件截面時(shí)，會(huì)使上部結(jié)構(gòu)恒載增加，對原結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)承載能力有一定影響。
增大梁截面和配筋加固法的受力特點(diǎn)為:增大主梁混凝土截面和增加配筋后，使主梁成為二次受力的疊合構(gòu)件，原主梁的混凝土和鋼筋除了已有的應(yīng)力外，還需要承受后期恒載和活載產(chǎn)生的應(yīng)力。因此需按二次受力的疊和梁進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的演算。
結(jié)論：
總之，橋梁檢測是橋梁新型結(jié)構(gòu)性能研究、橋梁施工質(zhì)量與結(jié)構(gòu)承載能力評定的重要手段。普及橋梁檢測技術(shù)，做檢測工作并給出橋梁結(jié)構(gòu)性能的正確評價(jià)，對于推動(dòng)我國橋梁工程建設(shè)，提高施工質(zhì)量，延長現(xiàn)役橋梁承載能力，都具有十分重要的意義。
