公路桥梁结构检测技术研究

  • 来源:建筑网   2019-11-20 09:25
摘要:

桥梁结构状况的检测是对桥梁结构及部件的材料质量和工作性能方面所存在的缺损状况进行详细检测、试验、判断和评价的过程。主要内容包括两个大的方面:一方面是桥梁结构(上、下部结构)整体性能、功能状况鉴定,包括结构承载能力(强度、刚度和稳定性)的鉴定、桥梁抗洪能力的鉴定;另一方面是结构材料缺损状况的诊断,包括材料损坏程度检测,材料的物理、化学和力学性能测试及缺损原因的分析判断等。

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桥梁结构状况的检测是对桥梁结构及部件的材料质量和工作性能方面所存在的缺损状况进行详细检测、试验、判断和评价的过程。主要内容包括两个大的方面:一方面是桥梁结构(上、下部结构)整体性能、功能状况鉴定,包括结构承载能力(强度、刚度和稳定性)的鉴定、桥梁抗洪能力的鉴定;另一方面是结构材料缺损状况的诊断,包括材料损坏程度检测,材料的物理、化学和力学性能测试及缺损原因的分析判断等。

1、桥梁结构整体性能、功能状况鉴定

公路桥梁结构的整体性能检测,按照受力状态可分为静载试验和动载试验;按照试验持续的时间长短分为瞬时试验及长期试验。在静载作用下,一般要测定作用力的大小(包括静荷载、支座反力、推力等的大小)、构件的内力(包括弯矩、轴向力、剪力、扭矩等)、断面上各种应力的分布状态及其大小、各种变形(包括挠度、相对位移、转角等)以及局部损坏现象(如裂纹的分布及其大小等);在动荷载作用下,一般要测定动荷载的大小、频率和变化及构件的动应力、结构的自振频率、动挠度、衰减特性及其加速度等。

1.1.机械检测技术

机械测试仪器一般有杠杆、齿轮、轴、弹簧、指针和度盘等部件。它主要由四大部分组成:传感机构、转换机构、指示机构和机体保护部分。

传感机构的功能是直接感受被测量的构件变化,并把这种变化传到转换机构、在接触式机械量测仪器中,这部分常常是测杆及弹簧;对于张线式机械量测仪器,则常常是鼓轮一类的机构。转换机构的功能是把传感机构传来的被量测构件的变化转化为长度的变化,并且把它放大或缩小,或者改变方向,如百分表中的大小齿轮及弹簧。

指示机构的功能,是将经过转换机构转化为长度并加以放大、缩小或改变方向之后的变化用一定形式表现出来。一般常由指针和度盘组成。

机体保护部分的功能是把各组成部分连接成整体,使之保护仪器不受周围环境的影响。

机械测试仪器的特点:结构简单,易于操作,工作可靠,经济耐久,可重复使用,对周围环境的适应能力强,但灵敏度不高,放大能力有限,较笨重。

1.2 电测技术

电测法的原理是,通过一定的传感元件把所测的机械量(应变变化)转化为电量(电阻变化),再通过一定的仪器把电阻变化转换为电压(电流)的变化并加以放大,然后按机械量给出指示。这里所说的传感元件就是电阻应变片,测量仪器就是电阻应变仪。在工程试验中最常用的是电阻应变测试技术,它是试验应力分析中重要的方法之一。从1938年首次出现金属电阻丝粘贴式传感元件到现在,已形成一套使用方位、运用性强、比较完备的测试仪器。

1.3 超声波检测技术

声波检测技术是近年来发展非常迅速的一项实用技术。超声波是一种频率高于人耳能听到的频率的声波,其频率超过了20 kHz。它的基本原理是用人工的方法在工程材料或结构中激出一定频率的弹性波,这种弹性波以各种波形在材料与结构内部传播并由接收仪器接收。在物体内部传播的弹性波的波速、振幅、频率及波形等波动特性参数与物体的力学参数(如动弹性模量、动泊松比、动剪切模量及物体内部的应力分布状态)有直接的关系。此外,波动传播参数还与物体内部的缺陷(如断裂面、孔洞的大小、形状和分布)等有关。

1.4 射线检测技术

射线是同位素或核子散发的一种无形的能束,而同位素中的某些元素所散发的能束与土壤的密度与水分有着十分密切的关系,而且具有十分明显的规律性,射线检测技术就是利用了某些同位素的这种特性。国内外的一些专家设计了核子检测仪,用于土壤密实度与土壤含水量的测定。

用于土壤密实度与含水量测定的射线检测技术,一般有四种结构类型:1)散射插入型;2)透射插入型;3)透射表面型;4)散射表面型。

射线是一种放射性物质,对人体的健康不利。在利用射线原理检测路基路面的物理指标时,对检测装置或设计的检测仪器的射线源一定要进行有效的防护,将射线对人体的影响控制在最低的程度。这是核子仪在设计时所必须考虑的关键问题。

2、桥梁结构材料缺损状况诊断

2.1 混凝土强度测定

对于混凝土强度的测定,目前的测试方法主要有回弹法(表面硬度法)、超声波法、超声一回弹综合法、贯入法、断裂法、取芯样试验法等。回弹法超声波法以及二者的综合法是属于非破损试验法,应用比较广泛。对于这三种方法,它们的测试结果平均误差约为9% ±7%,但是综合法要好一些。对于龄期在90 d以上的混凝土,采用回弹法时要考虑混凝土表面碳化深度的修正。混凝土的湿度对回弹值和超声波脉冲速度都具有一定的影响。

2.2 构件材料缺陷的检验

2.2.1 目测法

构件中常见的缺损有裂缝、碎裂、剥落、层离、蜂窝、空洞、环境侵蚀和钢筋锈蚀等。其中,构件外鳍的缺损,可以借助于适当的工具或量具等辅助设备进行目视检测。

2.2.2 超声波探伤技术

超声波脉冲速度法可以用于探查钢材、焊缝和混凝土中存在的裂缝、空洞、夹渣和火灾损伤等。

2.2.3 声波检测法

声波检测法是指用工具敲击构件,听其声音的差异来判断构件是否存在破损,这种方法比较简便,是一般检查中常用的手段。

2.2.4 雷达检测技术

使用脉冲雷达的电磁回波法是检测具有沥青覆盖层的混凝土桥面板的有效方法。

2.2.5 钢筋锈蚀的评价技术

对于钢筋混凝土结构,由于?昆凝土的密实度、渗水性、含水量、含氯盐量、碳化深度、保护层厚度不足和开裂等问题的存在,钢筋的锈蚀是普遍存在的,而钢筋的锈蚀会使混凝土结构进一步破损甚至破坏。下面介绍一些钢筋锈蚀的评定技术。

1)钢筋锈蚀评定的直接技术。a.电阻探测技术:根据金属板锈蚀后会变薄,电阻变大的原理进行探测。b.线性极化探测技术:根据电化动力学原理,测量试验电极间的微小电流。c.半电池电位测量法:通过与一个已知的并保持常量的基准电极的极电位相比较,能有效的测量混凝土中钢筋的极电位。便于现场原位检测,在钢筋混凝土结构耐久性评定中被广泛应用。上述三种方法中,前两种只适用于新建的桥梁结构,而第三种方法既可以应用于新建桥梁的检测,也可以应用于旧桥的检测加固。

2)钢筋锈蚀评定的间接技术。a.用保护层测定仪检测钢筋的混凝土保护层厚度是否满足要求。b.测定混凝土的电阻率。通常取四电极法进行测量。c.测试混凝土中的氯离子含量,评定氯盐对钢筋的锈蚀。d.现场测试混凝土的碳化深度,用2%的酚酞酒精溶液喷洒在混凝土的新鲜断口处。pH≥i0时,酚酞呈现紫红色说明混凝土并未碳化;pH>10时,则酚酞保持无色,说明混凝土已经碳化,失去了对钢筋的保护作用,则钢筋有可能被锈蚀了。

3、结语

传统的桥梁检测方法主要依赖于动静载试验和检测人员的现场目测,辅以混凝土硬度实验、超声波探测、腐蚀作用实验等多种检测手段。进入20世纪90年代,桥梁结构的无损检测技术更是出现了前所未有的发展势态,出现了大批新的检测方法和检测手段。

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