1、預應力橋梁檢測技術（四川升拓檢測技術有限責任公司X，四川 成都 610045） 摘 要：根據“公路橋梁承載能力檢測評定規程（JTG/T J21-2011）”，對于預應力混凝土橋梁主要有三大種類檢測。而本文章主要講述了預應力混凝土橋梁快速評價方法的基本原理及預應力混凝土橋梁快速評價方法的關鍵技術。 關鍵詞：預應力橋梁檢測技術，預應力混凝土橋梁檢測，橋梁預應力檢測，預應力混凝土梁檢測，四川升拓檢測技術橋梁檢測技術的發展現狀橋梁通行的安全與否，是關系國計民生的大問題。橋梁的損壞甚至垮塌，不僅給交通運輸帶來極大損失，而且會給人民的生命財產造成巨大的災難。為了保證橋梁的安全，實施是必須的。1） 目視檢測

2、當混凝土橋梁出現老化時，一般會出現裂縫、表面脫落等各類損傷現象。因此，在一般檢查和定期檢查中，目視檢測是最主要的手段。2） 局部詳細檢測根據“公路橋梁承載能力檢測評定規程（JTG/T J21-2011）”，對于預應力混凝土橋梁主要有：（1） 橋梁結構構件的材質強度、氯離子含量、電阻率、碳化狀況等的檢測與評定；（2） 混凝土中鋼筋分布、銹蝕電位的檢測；（3） 橋梁結構固有模態參數的測定；3） 載荷試驗載荷試驗就是給橋梁施加一定的荷載，通常是用載重汽車排列在橋梁上（單向、雙向等各個工況），通過測量在荷載下橋梁的撓度、頻率、應力應變等指標，并與設計值進行對比進而判定橋梁的承載力。對于預制梁場的預制梁

3、，也常常采用荷載+撓度測試的方法檢測預制梁的質量。上述檢測手段中，目視檢查作為一種簡便、快速的檢測手段，應用最為廣泛。然而，該方法一般缺乏定量手段，加上橋梁裂縫往往非常微細，遠處無法識別，因而漏檢現象十分普遍。 照片1-1 靜載試驗的情景 照片1-2 橋梁檢測的情景對于載荷試驗，其測試精度高，可以較為綜合地反映橋梁的承載力，適用于橋梁的精密檢測。但該方法測試也有相當多的問題：（1） 成本高、對交通影響大：需要對橋梁施加較大的荷載，并需要安裝沉降、振動、應力應變等各類傳感器。不僅費時費力，而且常常需要限行，對交通影響大。（2） 對橋梁有一定損傷：當橋梁承載力較低時，試驗本身施加的荷載還會造成一定

4、的塑性變形，從而對橋梁產生一定的損傷；（3） 撓度測試的局限：若采用外置千分表的測試方法，雖然精度很高，但需要支架，極其費時費力。而采用水準儀等測量方法，則精度有所降低。更重要的是，在橋墩附近的高剪力區域，由于撓度小，難以正確評估；（4） 應力應變測試的局限：盡管通過測試應力應變可以彌補撓度測試的不足，但在混凝土上應變片的安裝一般非常困難，精度也難以保證。特別是應力的計算用要用到的基本參數（彈性模量）目前難以在現場測得，只得采用估算的方法，從而影響了測試的精度。此外，當測試位置附近有裂縫時，會造成局部應力釋放，使得測試結果偏低，反而會造成危險的誤判；（5） 難以對橋墩、蓋梁等進行檢測。照片1-

5、3 某橋在載荷試驗時垮塌因此，載荷試驗僅適用于極少數橋梁。而局部詳細檢查中，存在以下問題：（1） 精度問題：如超聲回彈法對在役結構混凝土的強度推定精度較低；（2） 有破損（如銹蝕電位、氯離子含量檢測），代表性差；此外，對于模態參數（頻率、阻尼）的測定，作為一種可以測試整體構件的方法得到了廣泛的矚目。但該類方法也存在明顯的不足：（1） 需要準確的設計值，當缺乏動力設計資料時，該方法難以使用；（2） 測試的自振頻率受交通荷載和周圍噪聲的影響；（3） 一些位置的損傷及其組合，對結構的某些頻率的改變不大，甚至沒影響。因此，在橋梁檢測中，缺乏一種既簡便快捷，又能夠定量測試、評價混凝土橋梁承載力的手段。1

6、.2 預應力混凝土橋梁快速評價方法的基本原理如前所述，如果能夠測試出混凝土材料的彈性模量，以及裂縫面的變化狀況，即可對橋梁剛度以及損傷狀況進行推算和評價。1.2.1 測試內容沖擊彈性波測試方法的發展則為上述的測試提供了理論和技術基礎。根據彈性波的理論，波速與材料的動切線彈性模量之間有明確的聯系，同時，由于受到裂縫面的遮斷，彈性波波速、衰減與裂縫之間也有密切的相關關系。因此，通過測試沖擊彈性波的波速和衰減，從理論上講，可以推算出混凝土的彈性模量和結構裂縫狀態。具體包括：（1） 基于沖擊彈性波P波波速的混凝土彈性模量的測試（2） 基于沖擊彈性波P波波速變化的混凝土裂縫有無的測試（3） 基于沖擊彈性

7、波的混凝土裂縫深度的測試其中，根據橋型（如T梁、箱梁、組合梁等），測試方向還可以分為縱向測試和橫向測試，以進一步提高測試的精度和范圍。同時，還可以對混凝土蓋梁、橋墩等進行測試。受信傳感器激振體系信號測試儀混凝土橋梁測試圖2-1 預應力梁快速測試的概念（縱向測試）圖2-2預應力梁快速測試的概念（橫向、蓋梁）圖2-3 橋墩快速測試的概念（透過、頂部反射、側壁反射）另一方面，在實際的測試、評價中會遇到諸多問題。例如鋼筋、應力水平的影響，評價基準、環境噪聲對測試精度的影響，測試位置、激振與受信方法的選擇等問題。而這些問題正是本公司通過長年的技術開發和積累而解決和力圖解決的。各參數的測試意義和方法（1）

8、 混凝土彈性模量的測試混凝土的彈性模量不僅可以反映材質的好壞和損傷狀況，而且可以反映混凝土的應力水平。其測試方法則是基于沖擊彈性波P波波速，并進行相應的鋼筋、形狀修正。（2） 混凝土裂縫有無的測試彈性波在傳播過程中，當遇到裂縫面時會受到遮擋。因此，彈性波在穿過裂縫區域時，其傳播波速會降低。由于裂縫面的壓縮模量一般要遠大于其拉伸模量，因此裂縫面對壓縮彈性波的阻礙要少于對拉伸彈性波的妨礙，使得拉伸彈性波的波速一般要低于壓縮彈性波的波速。另一方面，無裂縫時，兩種彈性波波速是相同的。據此，根據拉伸和壓縮彈性波波速變化的分析，即可推斷出裂縫面有無和程度。（3） 混凝土裂縫深度的測試裂縫深度的合理把握，對

9、判斷結構的損傷程度、計算截面慣性矩、承載力等方面有著非常重要的意義。上述各個項目均可通過彈性波的傳播特性加以無損檢測，詳細參見本公司提供的“SCIT-1-TEC-02-2011-混凝土質量綜合檢測技術體系”。需要更多技術資料，請聯系02868611503（去掉中間所有）。1.3 預應力混凝土橋梁快速評價方法的關鍵技術作為一種嶄新的混凝土橋梁檢測方法，其關鍵技術在于：測試區域及工況的選定對于混凝土橋梁，根據混凝土的應力狀況一般可以分為：1） 壓縮區：主要承擔壓應力；2） 中性區：承擔的應力較少；3） 拉伸區：與鋼筋共同承擔拉應力（該區域常常出現裂縫）對于普通混凝土橋梁，上述3個區域均存在。其中，

10、中性區位于梁高的中間（中性軸附近）。對于預應力混凝土橋梁，在正常工況下且預應力體系正常作用時，整個梁的混凝土處于壓縮狀態。當預應力損失較大或超載時，則受拉區的混凝土可能出現拉應力，同時在梁中出現中性區。因此，針對混凝土橋梁，應當測試梁的上、中、下部位。此外，利用不同荷載進行測試，可以進一步提高測試精度。可取1） 僅橋梁自重荷載2） 自重+正常交通荷載（如列車通過，或典型交通狀況）下進行測試。橋梁承載力的推算1） 混凝土彈性模量的推算2） 混凝土強度的推算參見“SCIT-1-TEC-02-2011-混凝土質量綜合檢測技術體系”。3） 混凝土應力水平的推算無側限（或正截面受彎）條件下，混凝土受壓的

11、壓力應變關系可以規定如下： （3-4-1）式中，、為混凝土的應力和應變，可以認為是混凝土的抗壓強度，為對應于混凝土壓應力達到時的應變。為形狀系數，可按下式取值：時，；時，；將上式的左右分別對求導，經整理可得： 也可以改寫成 其中，為在某一、下的混凝土切線彈性模量，可通過彈性波波速得到；為對應于混凝土壓應力達到時的割線彈性模量；為混凝土初始切線彈性模量，也就是混凝土彈性模量；為，為在某一應力（、）條件下的混凝土應力水平。當無法得到混凝土彈性模量或為了提高推算精度，可以利用不同應力條件下的結果回歸和。其方法如下：（1） 僅自重作用下的測試此時的混凝土切線彈性模量可以表示為： （2） 自重+交通荷載

12、作用下的測試根據交通荷載的大小，可以推算出應力水平的增量，此時的切線彈性模量為： 根據式-11和式-12，可以聯立求得（即）和。4） 橋梁承載力狀況的推算由于橋梁的承載力不僅與混凝土材料狀況有關，而且與梁板的幾何尺寸、鋼筋、預應力等有密切的關系。因此，本發明中，主要根據測得的混凝土的應力水平和裂縫狀況，推算橋梁承載力狀況與設計值的差別。（1） 根據設計資料，明確在不同工況下橋梁各部位（上、中、下）的應力水平和彈性模量；（2） 將設計值與相應位置的測試值進行比較，明確其間的差異；（3） 推算現有承載力狀況與設計狀況之間的差異。1.4模型驗證橋梁承載力試驗（安徽高速、2013.07）結合預應力梁的

13、過火試驗和載荷試驗，我們同時測試了構件的整體和局部彈性模量的變化。彈模測試位置在頂板、底板和腹板，縱長全長測試。 載荷試驗及彈模測試場景 試驗結果如下：1） 不同荷載條件下過火前后彈性模量的變化 圖 中梁-1/2過火前后模量趨勢圖（1） 經過過火實驗半小時及3小時后，空心板中-1與中-2整體彈性模量的變化率在過火前后分別平均降低了2.49%和7.17%。但是，在過火附近位置的彈性模量則降低了30%以上。（2） 加載等級與測試彈性模量相關性不大，說明加載仍在結構的彈性范圍之內；2） 不同荷載條件下過火前后跨中撓度的變化圖 中梁-1/2過火前后撓度趨勢圖（1） 過火后中-1的撓度變化不明顯，而中-

14、2的撓度增加量約25%，與彈性模量測試結果趨勢一致，但離散更大；（2） 中-1和中-2的撓度加載曲線基本為一直線，說明結構處于彈性范圍內，與彈性模量測試結果一致。整體測試結果表明：（1） 靜載試驗與彈性模量測試兩者的結果基本一致，彈性模量更能反映結構材質的變化；（2） 平均而言，撓度的變化量大于整體彈性模量的變化量，這是因為撓度還受到有效截面積減小的影響。1.5預應力混凝土橋梁快速評價方法的特點1） 測試方便、成本低：測試距離從數米到上百米可變，無需專門施加荷載，測試方便、效率高，測試成本低，可不中斷交通。2） 精度高、客觀性強：基于一系列的獨創技術，對彈性模量的測試相對誤差可以控制在1%以下，為評價體系的可靠性提供了堅實的基礎。同時，可以對梁的全