简支桥梁多位置损伤检测方法研究

龙苏强

（江西省公路工程检测中心，江西 南昌 330013）

0 引言

简支桥梁作为重要的桥梁结构形式之一，在实际应用中受到多种因素的影响，导致简支桥梁出现各类损伤。为了能够达到理想的简支桥梁检修效果，须重视定位法分析简支桥梁损伤情况，掌握简支桥梁损伤发展状态，简支桥梁的多位置损伤检测工作十分重要，只有采用科学的检测方法，才能达到理想的检测效果，保障桥梁安全稳定运行，提高车辆通行的安全性与可靠性。

1 工程概况

该项目为万家中桥，位于沪昆高速公路昌傅至金鱼石段，桥梁中心里程桩号K817+880。该桥为主线桥，桥梁跨径3×16m 钢筋混凝土简支空心板，桥长53.08m。板式橡胶支座。肋式桥台、柱式桥墩。单幅每孔横向布置12 片空心板。桥面铺装为10cm 沥青混凝土+10cm 防水混凝土。该桥设计荷载等级为汽-超20、挂-120。

1.1 简支桥梁结构形式

简支桥梁结构类型可从以下几个角度进行划分，不同类型的简支桥梁结构的特点和性能也存在一定差异。

以简支桥梁建设使用的材料不同进行区分，可以分为钢筋混凝土简支桥梁、预应力混凝土简支桥梁和混合简支桥梁结构类型，其中混合简支桥梁结构是通过预制构件与钢筋混凝土连续构造而成的桥梁结构。

以简支桥梁的预制构件使用以及预应力施加方式进行区分，可以分为后张法预应力混凝土结构、先张法预应力混凝土结构、复合式预应力混凝土结构。复合式结构是在钢筋混凝土的预制构件中利用先张法施加一定的预应力，并在预制构件内部预留安装孔洞，当准备安装时，通过后张法施加剩余部分的预应力。

以简支桥梁预制构件上部构造的断面进行区分，可以分为箱型简支桥梁、工型简支桥梁、T 型简支桥梁、大孔空心板以及普通空心板几种。

随着技术水平的不断完善，简支桥梁结构形式多样，给简支桥梁损伤检验带来了较大难度，在简支桥梁损伤检验过程中，要掌握不同桥梁的构造类型与特点，才能更好地选用检测方法，达到理想的简支桥梁损伤检测效果。

1.2 简支桥梁构造和特点

1.2.1 上部构造

简支桥梁的上部构造中，预制构件的构造和装配式桥梁构造近乎相同，但在可视主桥梁的间距中一般不会设置横隔板。预制构件的主梁结构在浇筑的连续位置和简支桥梁存在一定区别，因此在上部构造的施工中，必须重视对连续钢筋的预埋，做好连接钢筋与梁底钢板施工。当现浇连续段采用预应力钢束时，应注意预应力管道的预埋并合理设置齿板。

1.2.2 现浇筑连续段构造

简支桥梁的连续结构形成后，使用连续预制构件和预制横隔板共同组成简支桥梁的上部结构，又称为刚性横隔梁体结构。在浇筑连续段的施工中，必须确保竖向、横向和纵向都与主梁体有效衔接。现浇筑环节的钢筋设置使用预应力钢束或常规钢筋即可，采用常规钢筋材料具有操作简单的特点，不会对主梁造成影响，而预应力钢束结构可以达到理想的抗裂效果。

1.2.3 现浇筑桥面板构造

简支桥梁的桥面板构造是预制构件的整体化结构，这一环节的浇筑施工可以大幅度提升装配式梁体结构的横向抗扭转强度，也具备预制横梁隔板的作用，且用以布置顶板负弯矩区受力钢筋或钢束。

1.2.4 其他辅助构造

铺装桥面、桥头搭板、防撞护栏、桥墩基础建设和其他辅助构造结构，这些巧妙的铺装构造与传统的桥梁类型相似，都是简支桥梁的重要组成部分，在桥梁中起到重要的结构作用，因此在损伤检测中也要引起重视。

2 简支桥梁常见损伤问题

在开展简支桥梁的建设和施工过程中，经常由于设计环节、施工环节以及施工材料等诸多因素的影响，使简支桥梁存在各类缺陷，导致桥梁结构存在一定的安全隐患。此外，在桥梁投入使用过程中，还可能受到自然环境以及人为因素的损害，导致简支桥梁结构出现损伤等病害，其中有些简支桥梁结构损伤是不可预见的，也很难通过直观的方法检测出来，给桥梁的正常运营带来严重的危害。以下针对简支桥梁结构常见的损伤类型和原因进行分析。

在混凝土浇筑施工中，拉应力强度如果超出了混凝土抗拉强度，又或者拉应变超出极限拉应变数值，那么混凝土结构就会引发裂缝问题，一般情况下，裂缝的产生并非一种因素造成，经常受到多重因素的共同作用产生。所以，简支桥梁的裂缝损伤主要分为超载裂缝、龟裂、钢筋锈蚀产生的裂缝损伤等。超载裂缝主要是在简支桥梁结构的设计环节，混凝土抗压强度不足，使桥梁结构超载运营，使一些结构位置出现承压应力较大的现象，产生局部较大的拉应力，进而引发超载局压裂缝现象，严重时还会造成压碎问题，这种裂缝一般存在于沥青混凝土铺装层内。龟裂是混凝土结构出现不规则裂缝，裂缝状态呈现纵横交错现象。引发龟裂问题的主要原因可能是混凝土搅拌不充分或运输条件差，导致内部水分蒸发较快，混凝土浇筑过程中坍落度降低，进而产生龟裂损伤。还可能在混凝土养护阶段，由于浇水养护不及时，或大风天气造成混凝土表面水分蒸发较快，产生塑性收缩，最终引发不规则裂缝，这种裂缝一般都不容易察觉，但是如果桥梁长期运营，就容易引发各类事故。钢筋锈蚀裂缝指的是钢筋内部发生膨胀，导致混凝土结构产生膨胀应力，在应力强度的作用下引发裂缝。这种裂缝通常情况下会沿着钢筋长度顺向延展。

3 简支桥梁多位置损伤检测方法

简支桥梁损伤不仅影响桥梁整体结构质量，还将减少桥梁使用寿命，为了能够使简支桥梁的损失部位得以有效修复，必须做好损伤检测，采用科学的检测方法，达到简支桥梁多位置损伤精准检测效果。以下通过对简支桥梁多位置损伤检测方法进行分析，探讨实际检测效果。

为了达到简支桥梁多位置损伤的系统化检测目的，在简支桥梁损伤检测时主要从桥梁的安全性、耐久性、适应性等几个方面进行检测，并划分1～4 个损伤等级，所使用的检测方法必须严格遵循《公路桥涵养护规范》（JTG 5120—2021）要求，在参考道路桥梁建筑结构现状评估的条件下，将物元分析理论融入成分分析中，构建简支桥梁的多层次检测和评价。

3.1 分析计算法

在开展简支桥梁结构段的检测过程中，首先，要搜集桥梁结构相关材料，对桥梁建设材质、地基和使用现状进行检查。其次，将检查后的成果进行汇总处理，利用桥梁结构计算理论和系数分析，计算简支桥梁安全承载能力。利用分析计算法进行简支桥梁多位置损伤检测一般分为理论计算方法和经验系数折算法两种。理论计算方法是在原简支桥梁的荷载等级不明确，或者所有参数确定难度较大时，利用简支桥梁结构计算理论，对桥梁的承载力进行估算，随后通过实际限定荷载与其进行对比，判断简支桥梁的承载效果，并检测出简支桥梁损伤情况。在这种方法的应用过程中，必须选用实际荷载数值进行计算，通过荷载等级进行验算。简支桥梁的材料强度要以实际测量结果为准，准确估算结构缺陷，将其计算到整体荷载数值中。经验系数折算方法运用是结合原本简支桥梁结构设计的荷载等级展开对比分析，了解桥梁材料老化程度以及简支桥梁运行情况，结合实际交通状态，分析影响简支桥梁使用期限的因素，通过调查研究，确定所有因素的影响系数，利用经验系数折算法计算出简支桥梁的安全承载能力。

3.2 荷载试验检测法

在检测简支桥梁的结构工作状态时，可以采用荷载试验检测方法，能够直接获取结果，准确且直观地掌握简支桥梁结构状态和性能，具有一定可靠性。利用荷载试验检测方法可以分成动载试验和静载试验两种，行业领域对荷载试验检测方法具有明确的规范标准。简支桥梁结构采用静载试验进行检测时，需要充分考虑桥梁的荷载设计等级，并在最不利于简支桥梁荷载承受的位置设置静载，一般选用重载车辆。

结合桥梁结构的内力控制情况，确定荷载具体位置，随后进行静载施加，在施加静载的同时，严格把控静载量，一般按照荷载的0.8 倍进行加载，需要进行提前估算，倘若对简支桥梁本身结构造成较大的病害损失，初步判断简支桥梁承载能力下降，可以适当下调静载的加载量，并逐步小幅度进行加载试验。

在进行超载试验时，也可以提高加载量，但是必须严格把控加载幅度，做好参数检查，测试界面静位移和静转角等参数，判断简支桥梁运行情况。利用静载试验能够直观地测量桥梁结构承载力，选择桥梁结构设计理论和设计方法，保证桥梁结构承载力测算的准确性。还可以通过对于简支桥梁结构的响应数值和理论参数进行对比，获取响应校验系数，对简支桥梁的性能进行准确评价。

桥梁结构的动载试验过程中，利用车辆通行、环境激振以及冲击的加载方式进行检验，并在简支桥梁上利用采集信号的设备，获取桥梁振动的信号，对收集的信号进行处理，得到简支桥梁结构的振动频率，从而了解简支桥梁的机械性能。对桥梁结构施加荷载的检测方法，可以用仪器设备检验桥梁结构，获取相应特征，再针对获取的相应特征进行计算分析，对比理论情况下参数发生的改变情况，从而识别简支桥梁结构损伤情况，也能够对简支桥梁性能进行整体性评价。

3.3 实物调查比较法

利用实物调查比较法进行简支桥梁多位置损伤检测过程中，主要是结合桥梁运营过程中的交通状态，判断和检测简支桥梁承载力。对简支桥梁进行长时段的观测，结合桥梁运营过程中车辆荷载统计，计算和评估当车辆通行时简支桥梁主要部位的挠度变化、应力变化、裂缝情况等，随后对这些数据进行分析和计算，计算出桥梁承载力等级，对不同的简支桥梁构件测算时，选用的表达方式也有所差异，比如在受轴向力的构件检测时，保证承载力标准是利用轴力来呈现，对受弯构件的承载力检测时，以弯矩为标准。实物调查比较法的应用流程如下：

第一，对简支桥梁所有构件进行分析，当处于设计荷载的条件下，计算简支桥梁构件的剪力、弯矩和轴力情况；

第二，对简支桥梁构件恒载内力进行计算；

第三，对简支桥梁所有构件的真实截面特性和设计规范进行计算，明确简支桥梁构建截面的承载能力；

第四，对计算简支桥梁构建活载承载力进行计算；

第五，对比第4 个步骤和第1 个步骤的计算数值，评价单元承载力。采用这种方法进行简支桥梁的损伤检测时，具有评估结构容易理解的特点，但是对结构失效模式的判断仍旧存在一定的困难。

4 简支桥梁多位置损伤检测的意义

通过以上方法对简支桥梁损伤情况进行检测，找出简支桥梁缺陷位置，明确桥梁运行情况，利用精确的仪器，还能够对桥梁的损伤位置、损伤程度、损伤缺陷性质以及损伤部位的发展趋势评估，准确地找到产生简支桥梁损伤的原因，精准评价简支桥梁的承载力和使用性能，为简支桥梁结构维修、加固、改造提供支持，保障桥梁结构稳定性和运行安全。通过开展简支桥梁全面检测，能够系统化获取简支桥梁技术数据，积累丰富的技术资料，也为充实简支桥梁数据库，提高桥梁科学管理水平提供支持。通过合理设计检测方法，布设长期检测设备，逐步构建完善的桥梁检测系统，保证桥梁长期稳定运行，发挥出桥梁的社会效益和经济效益。

5 结语

综上所述，桥梁是我国基础建设的重要组成部分，其不仅关乎交通运输的便利性与安全性，也象征着城市发展水平。随着我国道路桥梁建设技术水平的不断提升，也引入了丰富的桥梁结构，满足了不同情况下的车辆通行需求。随着简支桥梁的引入，对我国桥梁事业的建设与发展起到了良好的推动作用，但在简支桥梁建设中也会受到各类因素的影响，使桥梁产生各类损失。为此，文章以实际简支桥梁建设项目为基础，探讨了建筑桥梁结构的常见形式，细化分析简支桥梁构造特点，并阐述当前简支桥梁常见的损伤问题，提出科学的损伤检测方法，为保障简支桥梁稳定运行奠定基础。