浅谈桥梁检测加固技术
2016-03-23
一、桥梁检测的目的和意义
桥梁检测评价的目的和意义如下:①通过检查确定桥梁营运多年后各部位由于出现如裂缝、错位、沉降等缺陷而引起的损坏程度与实际承载能力损失，为进行桥梁的修复加固提供可靠依据。②通过检查评价，可确定按旧标准规定的荷载等级设计的桥梁，现在由于交通量的不断增加，车辆载重量的不断加大，是否需要通过加固来提高其荷载等级。③通过检查评价，可确定特大型工业设备与集装箱运输等超重车辆是否安全通过，并为临时加固提供技术资料。④通过检查评价，可评定一些重要的大桥或特大桥梁，在建成之后其设计与施工质量，确定工程的可靠度。⑤通过检测评价，可验证采用新型结构桥梁理论的实践性与可靠性，以便对结构设计理论及结构形式加以改进，使其更完善。⑥通过对维修加固的桥梁进行竣工检查可检验维修加固的质量，并验证加固方法的合理性与可靠性。
二、桥梁载荷试验研究
1.桥梁检测静载试验
静载试验是桥梁结构工作状态测试的一种主要的方法，其将静止的荷载作用于桥梁结构指定位置并测试测点的静应变、静位移与应力等，从而评定桥梁结构的工作状态和使用能力。桥梁静载通常采用设定的车辆荷载或重物堆载等方式来模拟某一等级的车辆荷载。
1.1试验跨的选择
桥梁静载试验既需要客观全面的反映桥梁结构的承载能力与使用性，同时又受试验费用、时间与环境条件等的限制，所以必须选择典型桥跨进行试验，其应根据桥梁调查和验算结果综合确定。对于跨径相同的多孔结构可选择1～3个具有代表性的桥孔进行荷载实验，选择时应综合考虑以下条件:①桥跨计算受力最不利。②桥跨施工质量较差，缺陷较多或病害最严重。③桥跨便于搭设脚手支架，布置测点与荷载。
1.2控制截面确定
控制截面的数量应根据能否准确地绘制出内力包络图而确定。控制截面最不利活载内力计算的一般方法是先求出应该截面的各类影响线，然后根据影响线加载，再按照车道数、冲击系数及车道横向折减系数计算出该截面的最不利活载内力。
影响线计算主要以荷载横向分布理论为基础，将结构内力和变形简化为平面问题计算，该方法概念明确、计算简便。采用此方法能够得到桥跨结构顺桥向的最不利效应值，可用于确定桥梁结构最不利位置。此外，对于存在病害或缺陷的桥梁，还应进行内力组合，根据规范方法验算控制截面强度，以确保桥梁使用时的结构安全。
1.3试验荷载确定
静力试验荷载是根据结构设计内力计算结果来确定加载位置、等级的，该过程是一个反复试算的过程。试验荷载原则上应采用与试验控制荷载相同的荷载，但客观条件所限，但实际上采用的试验荷载与试验控制荷载很难一致，为保证试验效果，试验荷载一般采用静载试验效率系数进行控制确定。
2.桥梁检测动载试验
桥梁结构动载试验是利用某种激振方法激起桥梁结构的振动，进而测试桥梁结构的固有频率、阻尼比、振型、动力冲击系数与动力响应等参数的试验项目。桥梁动载试验能从宏观上判断桥梁结构的整体刚度与运营性能。桥梁结构动载试验在试验目的、测试内容等方面虽然与静载试验有所不同，但其对于全面分析掌握桥梁结构工作性能而言是同等重要的，因为它是影响桥梁使用寿命的主要因素之一。因此，动载试验对桥梁设计和维护都有很重要的意义。
2.1动载测试目的
桥梁动载试验的目的是测定桥梁结构的动力特性与在动荷载作用下的强迫振动响应，即桥梁结构的自振频率、振型、阻尼比等模态参数与桥梁结构的动位移、动应力、冲击系数等，进而在动载试验基础上，通过理论分析了解桥梁结构的实际工作状态，判断和评价桥梁结构的承载能力和使用条件。
桥梁动载试验的主要目的为:
①通过动载试验判断桥梁结构在不同动荷载作用下的动态反应是否在桥梁的一般容许范围内。②通过动力特性试验了解桥梁结构的固有振动特性与长期使用荷载作用下的动力性能。③通过动载试验，并结合理论分析，综合评价桥梁承载能力与工作状况。④为桥梁维护提供依据，指导桥梁的正确使用、养护与维修。
2.2动载测试内容
桥梁动载试验的关键是要避免振源频率与桥跨结构的自振频率相等，进而避免引起共振，动载测试内容主要包括以下方面:①测定桥跨结构在动力荷载下的强迫振动特性。②测定桥跨结构的自振特性。③测定振源本身的动力特性。
2.3动载测试项目
桥梁动载试验测试内容一般包括以下几个方面:①脉动试验。当桥面上无行驶汽车和其它的周期性干扰力时，在风与地面微振等环境因素的作用下，通过脉动测试可以确定桥梁结构的固有频率。②跳车试验。跳车试验是指测试汽车跨过15cm高跳板后制动，测量桥梁结构在附加汽车荷载情况下的衰减振动情况，进而确定桥梁冲击系数，分析桥梁结构的振动特性。③跑车试验。跑车试验主要是指测试汽车在桥面上通过，量测桥梁结构强迫振动响应与激励后振动衰减情况。④刹车试验。刹车试验是以测试汽车在桥上紧急制动作为激振源，量测其所产生的响应，主要用于评价桥梁承受活载水平力性能，测试汽车可以不同速度停在预定位置。
2.4动载测点布置
测点的布置应考虑动载试验目的、要求与桥梁结构形式来综合确定，具体布置形式如下:①拾振器的布置。测点拾振器一般按照结构振型布置在变位较大的部位，且应避开各阶振型的节点，以免丢失模态。②动应变测点的布置。动应变测点一般布置在结构最大应变截面处，且应注意温度补偿。
三、桥梁加固理论
1.加固目的和要求
随着公路交通运输事业的快速发展，道路交通运输量和大吨位车辆在逐年增加，由此导致既有桥梁“健康状况”逐年降低，损坏速度加快，此时，对既有桥梁进行合理而有效的加固，提高桥梁的运行能力和承载标准具有重要的意义，则相应的桥梁加固应做到:①确保桥梁工程的安全、完整、适用与耐久。②提高既有桥梁的运行能力与承载能力。
桥梁加固的具体要求为:①桥梁结构由于结构失效或损伤经评估不满足结构安全或正常使用要求时，必须进行加固。加固内容与范围应根据评估结论和委托方提出的要求确定，可以包括整座桥梁，亦可以是指定的区段或特定的构件。②加固后桥梁结构整体寿命应达到原设计桥梁的寿命。③加固设计与施工方法应紧密结合，并采取有效措施保证新老结构连接的可靠与协同工作。④对于大桥、特大桥，主要承重构件需要加固补强时，加固设计方案应不少于2个，并对方案进行比选和经济评价。⑤加固设计与施工应尽量不损伤原结构，并保留具有利用价值的构件，避免不必要的拆除或更换。⑥加固设计应进行承载力验算。⑦加固施工中应尽可能减少对桥上下通行车辆与行人的干扰，同时减小对周围环境的污染。⑧加固施工过程中应采取安全监测措施，确保人员、结构的安全。
2.桥梁结构加固方法
2.1混凝土修补法
混凝土修补法主要适用于混凝土桥梁结构中出现蜂窝、空洞以及较大范围的破损等缺陷的修补。混凝土修补法根据施工工艺不同一般可分为直接浇筑、喷射与压浆等几种方法。
2.2水泥砂浆修补法
①水泥砂浆人工涂抹法
水泥砂浆人工涂抹法通常用于修补小面积缺陷，特别是损坏深度较浅时，其修补效果相对较好。当修补部位深度较大时，可在水泥砂浆中掺入适量砾料，以增强砂浆强度并减少砂浆干缩。此外，应在新修补区域周围再涂上一定厚度的环氧树脂胶液、铝粉水泥浆液或其它胶粘剂等封闭剂，以减少收缩裂缝的产生。
②喷浆修补法
喷浆修补法主要用于重要混凝土结构物或大面积混凝土表面缺陷与破损的修补。该方法操作工艺较为简单，工效高，但材料消耗相对较多，且当喷浆层较薄或不均匀时容易发生干缩裂缝。
2.3粘结剂修补法
粘结剂修补法一般用于对混凝土桥梁结构表面的风化、剥落、露筋与小面积破损的修补。施工时应避免荷载或重力振动等因素的干扰，主梁及其他重要部位的修补应在强度达到原结构强度的100%时方可承受荷载。
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构件表面加大混凝土尺寸，增加受力钢筋，使其与原结构形成整体，从而增大构件有效高度和受力钢筋面积，增加构件的刚度，提高桥梁整体承载能力，这种加固方法广泛应用于梁(板)桥及拱桥拱肋的加固。加大构件截面时，会使上部结构恒载增加，对原结构及基础承载能力有一定影响。
增大梁截面和配筋加固法的受力特点为:增大主梁混凝土截面和增加配筋后，使主梁成为二次受力的叠合构件，原主梁的混凝土和钢筋除了已有的应力外，还需要承受后期恒载和活载产生的应力。因此需按二次受力的叠和梁进行承载能力极限状态和正常使用极限状态的演算。
结论：
总之，桥梁检测是桥梁新型结构性能研究、桥梁施工质量与结构承载能力评定的重要手段。普及桥梁检测技术，做检测工作并给出桥梁结构性能的正确评价，对于推动我国桥梁工程建设，提高施工质量，延长现役桥梁承载能力，都具有十分重要的意义。
