高速公路橋梁預制小箱梁構件制作質量快速檢測技術研究

劉靜

摘要：裝配式空心板橋，采用了預應力鋼筋混凝土或普通鋼筋混凝土預制空心板構件；簡支和先簡支后結構連續裝配式T梁，采用了預應力鋼筋混凝土預制T梁構件；裝配式小箱形梁橋，采用了預應力鋼筋混凝土預制小箱梁構件。預制梁板（空心板、T梁、小箱梁）構件是裝配式橋梁的主要、關鍵承重構件，直接決定了橋梁施工質量和建成以后的承載能力。保證裝配式橋梁預制梁板構件的施工質量和結構性能，是保證橋梁結構承載能力和安全的前提和基礎。

關鍵詞：橋梁；裝配式橋梁；結構無損技術

在裝配式橋梁預制梁板構件施工中，材料質量、施工工藝、養護條件、施工操作人員水平等方面，都有可能會存在各種不確定的偏差；同時，橋梁預制梁板構件，通常跨度大、配筋密、混凝土厚度薄，稍有不慎、極易出現各種施工缺陷。施工偏差和缺陷將會影響預制梁板構件的施工質量和結構性能，導致其結構承載能力達不到設計預期。若不能有效的檢測出存在結構病害的預制梁板構件，那么橋梁建成后，將會存在橋梁結構質量缺陷，降低橋梁結構承載能力，危及橋梁自身的結構安全和車輛正常通行的安全。對裝配式橋梁預制梁板構件結構性能和施工質量，進行有效、科學的檢測，對于保證裝配式橋梁結構安全，具有重要的意義。

一、裝配式橋梁預制梁板構件制作質量快速檢測技術類型

目前，對于裝配式橋梁預制梁板構件的施工質量和結構性能，通常采用結構無損技術和靜載試驗檢測技術進行檢測評價。

（一）結構無損技術

無損檢測技術是在不損傷被測材料的情況下，檢查材料的內在或表面缺陷、測定材料的某些物理量或性能、組織狀態等的檢測技術。無損檢測技術是多學科緊密結合的高技術產物，現代材料學和應用物理學的發展為無損檢測技術奠定了理論基礎，而現代電子技術和計算機科學的發展又為無損檢測技術提供了現代化的測試工具。

按檢測目的，結構混凝土構件現場無損檢測方法大體可分為兩類：

第一類，以檢測強度為目的。包括半破損法（如鉆芯法、拔出法、射擊法等）、非破損法（如壓痕法、回彈法、超聲脈沖法、回彈-超聲綜合法、超聲-衰減綜合法、射線法、落球法等，其中回彈法及回彈，超聲綜合法已被廣泛用于工程檢測，我國已制定相應的技術規范），以及半破損和非破損的綜合法。

第二類，以檢測混凝土內部缺陷為目的。目前我國應用最廣的是超聲脈沖法。超聲波在混凝土無損檢測中的研究和應用已有近60年的歷史，混凝土超聲波檢測是混凝土無損檢測技術的一個重要方面。我國開展超聲脈沖技術的研究始于20世紀50年代中期，于1964年自主研制成功第一臺非金屬超聲檢測儀。有關單位陸續開展了混凝土質量非破損檢測研究工作，并取得了大量的研究成果，同時在工程檢測中得到了推廣與應用。檢測的應用范圍不斷擴大，從地面上部結構的檢測發展到地下結構的檢測；從一般小構件的檢測發展到大體積混凝土結構的檢測；從單一測強度到裂縫、缺陷、損傷層厚度、彈性參數等。隨著計算機技術與材料科學的發展，已研制出具有數據采集與處理功能的智能化超聲儀。

（二）靜載試驗檢測技術

靜載試驗檢測是鑒定橋梁預制梁板構件結構能否正常使用的一個重要、直接檢測手段。橋梁預制梁板構件靜載試驗檢測，通過對預制梁板構件直接施加靜力試驗荷載、利用各種試驗儀器來檢測梁板構件在試驗荷載作用下的應變和撓度，根據測試的應變和撓度，對預制梁板構件的結構性能和質量進行評價。

預制梁板構件的靜載試驗，首先進行理論計算，在正常使用極限狀態下，根據橋梁設計荷載標準，在實際橋梁所測斷面內力影響線上按最不利位置進行加載，得到單個構件控制截面的活載內力。然后，根據現場的實際情況，采取合理、準確的加載方案，以達到一定的荷載效率系數為目的，采用應變或內力等效的原則，確定在試驗梁上所需的試驗荷載，以此確定加載工況、測點布置等。試驗中的加、卸載均采取分級的辦法進行，可采用均勻堆放沙袋、堆放鋼材或安裝反力架（配重）使用千斤頂等方式進行加載。預制梁板構件靜載試驗檢測測試的主要內容通常為：內力控制截面的撓度（應測試支座沉降，用于進行跨中撓度測試修正）、上下截面應變等；同時，在試驗過程中觀測試驗構件結構裂縫等可能病害的發生、發展情況。根據靜載試驗測試的撓度和應變，采用使用性能、校驗系數、相對殘余變形、截面應變分布規律等指標，對預制構件的施工質量和結構性能進行評價和判斷。

二、動態測試技術的發展

盡管無損檢測和構件靜載試驗技術已經取得很大的進步，但由于其測試原理、工藝等的限制，這些現有的檢測手段對于橋梁預制梁板構件施工質量的主要方面一承載能力指標的檢測而言，始終存在著一定的局限性。無損檢測技術存在僅針對材料病害或性能、檢測結果片面，不能直接評價結構承載能力的不足；靜載試驗檢測存在所需的加載設備復雜、試驗周期較長等不足。現有檢測技術存在的局限性，制約了預制梁板構件施工質量和結構性能的檢測，難以滿足實際橋梁預制梁板構件工程大規模施工的需求。

試驗模態分析開始于20世紀30年代。最初在航空工業中就用來通過共振試驗測量飛機模態參數，確定系統的固有頻率。到了20世紀60年代，由于計算機和快速富氏變換等數字處理技術的發展，使結構的動力特性研究得以迅速的發展，商用數字分析儀及軟件大量出現，試驗模態分析開始了新紀元。發展了許多試驗建模方法。把復雜結構簡化成模態模型，通過激勵一響應的因果關系來描述系統中各環節的動態特性，大大簡化了系統中求解的數學運算。

基于動力特性的結構性能（施工質量）檢測實際上屬于振動問題的反問題。對于橋梁預制構件的施工質量（通常主要是剛度性能），事先并不知道其具體情況，所以往往需要對構件進行整體性檢測。預制構件的結構動力特性能夠較敏感地從整體上反映結構參數的變化，并且其模態參數來源豐富，容易進行測量，因此以模態參數為基礎的檢測、分析方法，是一種有效的構件施工質量性能檢測方法。利用損傷前后結構動態特性的變化來診斷結構損傷，診斷的過程不影響結構的正常使用，可以方便地完成結構損傷的在線檢測和診斷。

裝配式橋梁預制梁板構件結構質量檢測，通常采用無損測試技術或靜載試驗檢測技術，這些技術存在片面和試驗檢測過程復雜、費用高等缺點，難以有效、全面的用來保證橋梁結構安全。本項目的研究成果，將有效的克服無損測試技術片面、不直接，靜載試驗檢測技術復雜、費用高的缺陷，實現預制梁板構件結構質量（性能）的快速、有效檢測，是橋梁預制構件施工質量的有效保證手段。研究成果服務于橋梁工程建設實際，對于保證裝配式橋梁自身的結構安全和車輛通行安全具有直接的意義。

目前和今后一段時期內，我國城鎮和交通領域仍將處于大規模的建設高峰期，大量的交通基礎設施需要建設，橋梁是城鎮市政、公路和鐵路等行業基本建設的重要內容。裝配式橋梁是應用最為廣泛的中小跨徑橋型，對裝配式橋梁預制梁板構件進行全面、有效的施工質量和結構性能檢測，是保證其自身和橋梁整體結構安全的基礎，本項目研究成果具有廣闊的工程應用前景。

三、裝配式橋梁預制梁板構件制作質量快速檢測技術的應用

結合工程的施工進度，進行技術方案的確定，施工設備及費用的選擇、預算，并根據實際施工效果進行技術方案的調整和優化，最后進行資料的整理以及技術報告成果的整理。

（一）第一階段：2017年3月至2017年7月，進一步收集資料，完成現有研究文獻調研，對現有檢測技術進行分析和比較；完善研究思路，確定研究實施方案。

（二）2017年8月至2017年10月，對裝配式橋梁預制梁板構件，進行結構質量（性能）與結構動力特性（頻率、振型等）相關關系的理論分析、研究；研究預制梁板構件動力特性（頻率、振型等）的現場測試技術與參數分析方法；研究、提出通過現場測試動力特性，快速評價預制構件結構質量（性能）的完整方法體系；進行室內試驗驗證研究，驗證所提方法的效果和可行性。

（三）2017年11月至2018年06月，選取合適的實際工程橋梁預制梁板構件，實施現場靜力荷載試驗檢測和測試動力特性、快速評價預制構件結構質量（性能），比較、驗證所提方法的實際效果和工程應用價值。并進行一定范圍的推廣應用。

（四）2018年06月至2018年12月總結、完善通過現場測試動力特性、快速評價預制構件結構質量（性能）的整套方法，編制實施技術指南；進行相關專利技術申請、發表學術論文；完成研究報告，申請成果鑒定或驗收。

四、結束語

綜上所述，在公路橋梁工程施工中，預制梁施工是一個重要的施工環節，其施工質量直接影響公路橋梁運行的安全性、穩定性及長久性。因此，施工單位應重視公路橋梁工程預制小箱梁構件制作質量快速檢測技術的應用，要結合實際情況制定科學合理的檢測方案，把握施工細節，消除質量漏洞及安全隱患，以實現企業經濟效益與社會效益的提升。