試驗檢測在橋涵等結構檢測中的應用

朱廣森

（江蘇潤揚交通工程集團有限公司，江蘇揚州 225000）

0 引言

橋涵是交通運輸基礎設施的重要組成部分，為保證橋涵等結構的安全性和穩定性，保障交通運輸的暢通和安全，應進行有效的結構檢測和評估。然而，傳統的結構檢測方法存在一定的局限性，難以滿足對復雜結構的準確檢測要求。而新型的試驗檢測技術具有更高的精度和可靠性，在橋涵等結構檢測中得到了廣泛應用。為進一步提高橋涵等結構檢測質量，文章主要對試驗檢測的基本原理、常用方法與具體應用等進行分析。

1 試驗檢測基本原理與常用方法

試驗檢測是對橋涵等結構進行質量評估的常見手段，主要基于結構力學和材料力學的理論基礎，目的在于深入了解結構的受力性能、撓度響應、動力特性等重要參數，為結構的安全評估、健康監測和壽命預測提供必要的數據支撐。

常用的試驗檢測方法包括以下幾種：

1.1 靜載試驗

靜載試驗是一種通過施加穩定的靜態荷載于結構上，以模擬結構在實際使用中受力情況的測試方法。通過對荷載作用下結構變形和應力分布的測量，可以獲取結構的承載能力、變形性能以及荷載—變形關系等相關信息。該方法廣泛應用于橋梁、大型建筑和其他承重結構的安全評估和性能研究，可為設計和修復提供指導。

進行靜載試驗時，會施加一定程度的荷載于結構上，這種荷載通常是恒定不變的靜態荷載。這種方式可以模擬結構在實際使用過程中的受力情況，通過仔細觀測和記錄結構在荷載作用下的變形和應力分布，能夠獲得關鍵的結構性能信息。例如，在某次靜載試驗中，實測LS-1 截面混凝土主要應變測點的最大應變值為46.9με，略小于理論計算值的56.8με，該點的應變校驗系數為0.83，位于規范要求的0.60～0.90 范圍內，表明LS-1 截面的實際工作狀態優于理論預測情況。此外，試驗荷載卸除后主要測點的殘余應變均小于20%，表明結構仍處于彈性工作狀態。

1.2 動力響應試驗

動力響應試驗是通過施加沖擊或振動荷載來觀察結構的振動響應，這種試驗可以測量結構的固有頻率，即結構自身的振動頻率。同時，結構的阻尼特性可以揭示結構在振動過程中的能量損耗情況。此外，動力響應試驗還可以確定結構的模態形態，即結構振動的空間模式。這種方法對于了解結構的動力行為和抗震性能具有重要意義。

在橋梁等結構的抗震設計方面，動力響應試驗起著重要作用。通過施加模擬地震的動力荷載，并觀察結構的振動響應，可以確定結構在地震中的反應情況。根據試驗數據可以計算出結構的地震響應系數，以此描述結構受地震作用時的動力性能，這些數據和參數可以為工程師提供設計指導，以確保結構具備良好的抗震性能[1]。

1.3 疲勞試驗

疲勞試驗是一種通過施加高頻循環荷載于結構上，通過觀察結構在疲勞荷載下的變形和應力分布，研究結構疲勞壽命和耐久性的方法。該試驗方法主要用于評估結構的疲勞壽命和耐久性，可以幫助相關人員了解結構在循環荷載作用下的疲勞損傷機制，以及結構的疲勞性能隨著荷載次數的增加而產生變化，為結構養護和壽命預測提供重要數據參考。

2 試驗檢測在橋涵等結構檢測中的應用場景和優勢

2.1 在新建橋涵工程中的應用

試驗檢測在新建橋涵工程中具有廣泛的應用場景和顯著優勢。

第一，可以用于驗證設計參數和模擬建筑過程中的各種負載情況，確保工程的安全性和可靠性。在施工期間進行試驗檢測，可以及時發現并解決潛在的結構問題，避免因施工質量問題而導致的工期延誤和施工成本增加。另外，試驗檢測還可以用于評估材料的性能，以確保使用的材料符合規范要求。

第二，新建橋涵工程的完工驗收。試驗檢測可以對新建橋涵等結構的質量和性能進行全面評估，包括承載能力、撓度、穩定性等方面，有助于確保新建橋涵結構符合規范要求，能夠安全可靠地承載交通和其他負載。

2.2 既有橋涵結構安全評估與結構健康監測

試驗檢測還可以用于對既有橋涵等結構的健康試驗，能夠及時檢測出可能存在的疲勞、腐蝕、裂縫等問題，有助于提前發現潛在的結構安全隱患，進而采取及時的維修和加固措施，延長結構的使用壽命。此外，試驗檢測還有助于評估既有橋涵等結構的承載能力。通過定期的結構評估，可以有效制訂養護計劃，以減少維修成本和交通中斷時間，確保其滿足交通負載要求。

其中疲勞性能評估對橋涵等結構的維護養護至關重要。可以借助相應的試驗檢測方法模擬橋涵等結構在實際使用條件下的結構疲勞情況，識別潛在疲勞裂縫和損傷。定期進行疲勞性能評估，便于及早采取針對性措施修復或加固受損部位，確保結構的安全性和可靠性。

3 試驗檢測在橋涵等結構安全評估、結構健康監測和壽命預測方面的作用

3.1 在結構安全評估中的作用

試驗檢測在橋涵等結構的安全評估中扮演著至關重要的角色。這一過程旨在識別和評估結構中的潛在問題，以確保結構在使用過程中不會發生危險狀況。試驗檢測的重要作用包括：

第一，試驗檢測能夠提供實際的結構性能數據，包括承載能力、剛度、撓度等參數。通過實測數據，工程師可以直觀地了解結構的實際狀態，與設計參數進行比較，發現是否存在超負荷或結構損傷的跡象。

第二，試驗檢測可以幫助檢測結構中的隱性缺陷，例如腐蝕、疲勞裂縫、裂紋擴展等。這些問題可能在視覺檢查中不容易察覺，但它們對結構安全性的影響可能極大。通過試驗檢測，可以及早發現這些問題，采取必要的維修和加固措施。

第三，試驗檢測可以為結構的負荷能力評估提供可靠的依據。結構的承載能力是確保安全的關鍵因素，特別是在自然災害或交通負荷突增的情況下。通過試驗檢測，工程師可以精確地評估結構的承載能力，為決策提供科學依據，確保結構不會發生失效或崩塌。

3.2 在結構健康監測中的作用

結構健康監測是對結構性能和狀態進行持續跟蹤和評估的過程。試驗檢測在結構健康監測中有重要作用，主要體現在以下幾個方面：

第一，試驗檢測可以用于連續監測結構的撓度、位移和振動等參數，能夠幫助工程師了解結構是否在正常工作狀態下，以及是否受到外部因素的影響。通過及時監測，可以發現潛在問題，并采取適當的措施，以避免結構性能下降。

第二，結構健康監測可以及時發現結構中的疲勞、損傷和變形，有助于早采取維修和加固措施。并且，通過定期的試驗檢測，工程師可以追蹤結構的健康狀況，預防潛在危險[2]。

3.3 在壽命預測中的作用

試驗檢測在結構壽命預測中也發揮著重要作用。通過定期的試驗檢測，可以收集大量的實測數據，可用于分析結構的疲勞性能、材料老化等因素，這些數據還可以用來建立結構的壽命模型，預測結構的壽命。

結構壽命預測是決定維護和維修計劃的基礎，能夠幫助工程師確定結構何時需要維修或加固，以避免突發性的失效事件。預測壽命還有助于優化維護預算和資源分配，確保結構的可靠性和安全性。另外，結構壽命預測還有助于制訂長期的資產管理策略，可以幫助決策者作出關于結構維護、重建或更新的準確決策，以確保橋涵等結構的長期穩定運行。

4 案例分析

某城市橋梁為該城市交通的重要組成部分，需要對其結構性能進行評估和監測，以確保其安全穩定運行。

4.1 靜載試驗分析結果

在靜載試驗中，施加逐漸增加荷載，并記錄了橋梁變形情況，如表1 所示。從表1 中可以觀察到，隨著荷載的增加，橋梁的變形值逐漸增大。這表明橋梁在承受不同荷載時會發生不同程度的變形，屬正常現象。同時，參數1～參數4 的變形值依次增大，說明橋梁的不同部位在荷載作用下會承受不同程度的變形。靜載試驗結果顯示，橋梁在不同荷載下的變形情況與理論計算結果吻合度高，表明該橋梁具有良好的承載能力和穩定性。

表1 某橋梁結構性能試驗分析結果

4.2 動力響應試驗分析結果

動力響應試驗用于測定橋梁的固有頻率和阻尼特性[3]。從表1 中可以看出，在不同試驗中，橋梁的固有頻率值略有不同，這反映了橋梁在不同振動狀態下的動態性能差異。由表1 可知，第一次動力響應試驗中的固有頻率為5.2Hz，第二次為4.8Hz。固有頻率值的差異可能受到橋梁結構、材料和荷載等因素的影響。動力響應試驗結果顯示該橋梁的固有頻率值在合理范圍內，并與實際情況相符，表明該橋梁的動態性能和抗震性能良好。

4.3 疲勞試驗分析結果

疲勞試驗用于分析橋梁的疲勞壽命和耐久性。從表1 中可以看出，橋梁在不同循環荷載下的疲勞壽命略有不同，這反映了橋梁在長期使用過程中存在耐久性差異，如第一次疲勞試驗中的循環荷載為100000，橋梁的壽命為95000，第二次為110000，壽命為105000。這些數據對預測橋梁的使用壽命和制訂維護養護計劃有重要意義。疲勞試驗結果顯示，該橋梁在不同循環荷載下的壽命與預測模型相符，表明疲勞試驗能夠準確預測橋梁的壽命和耐久性。

總體來說，以上的試驗檢測數據能夠使相關人員對該橋梁結構性能進行全面了解，使橋梁結構的靜態承載能力到動態響應特性，再到長期耐久性能都有可靠的數據支撐。這些數據對橋梁的安全評估、結構健康監測和壽命預測有重要意義。在實際工程中，通過對試驗檢測數據的分析，便于制訂出合理的維護計劃，從而確保橋梁的安全運行和可持續發展。

5 結語

通過試驗檢測，可以獲得更精確、可靠的結構性能數據，包括承載能力、動態響應和耐久性等參數，為結構的安全評估、健康監測和壽命預測提供科學依據。案例分析進一步證明了試驗檢測的可行性和優越性，證實了其能夠使橋梁結構的設計、施工和維護更加科學和安全，能夠確保交通運輸的安全與穩定，推動城市基礎設施的可持續發展。