桥梁检测与养护课程报告.docx

桥梁检测与养护课程报告课程名称：桥梁检测与养护指导教师： 姓 名： 学 号：二八年十一月二一四年一月目 录摘 要第1章 桥梁缺陷和危害11.1 桥面系11.1.1 桥面铺装11.1.2 伸缩缝11.1.3 桥面排水设施21.1.4 栏杆、扶手及人行道21.2上部结构21.2.1 基本构件21.2.2 主梁 （板）31.2.2.1 梁 (板) 受拉区的弯曲裂缝31.2.2.2 梁 (板) 在主筋部位的水平纵向裂缝31.2.2.3 梁腹板侧面上网状裂缝41.2.2.4 梁体在钢板支座处的裂缝41.3 支座41.4 墩台51.5 墩台基础5第2章 桥梁检测的目的与分类62.1 桥梁检测目的62.2 桥梁检测分类6第3章 桥梁检查与评定73.1 桥梁检查73.1.1 桥梁检查的分类73.1.2 桥梁检查的内容83.2 桥梁评定83.2.1根据外观检查的评定方法83.2.2分析计算为主的评定方法93.2.3 荷载试验的评定方法9第4章 桥梁检测技术104.1 应变测试技术与仪器104.1.1 电阻应变测试技术104.1.2 振弦式应变测试技术114.2 变形测试技术与仪器114.2.1 机械式测试仪器124.2.2 电测类测试仪器124.2.3 光学测试仪器124.2.4 卫星定位技术GPS系统124.3 振动测试技术与仪器134.4 其他物理参数测试技术与仪器134.4.1 裂缝宽度测量134.4.2 作用力及结构内力的测量134.4.3 索力测量144.5 桥梁环境参数的测量144.5.1 自然环境参数的测量144.5.2 车辆荷载情况监测154.6 无损检测技术154.6.1 混凝土的无损检测技术154.6.1.1 混凝土强度无损检测方法154.6.1.2 混凝土缺陷无损检测方法164.6.1.3 其他无损检测方法174.6.2 钢结构焊缝探伤174.6.2.1 超声波探伤184.6.2.2 射线探伤18第5 章 桥梁检测实例195.1 新桥检测195.1.1 工程概况195.1.2 主桥竣工通车荷载试验225.1.2.1 桥梁结构外观质量检查225.1.2.2 恒载条件下斜拉索索力测定225.1.2.3 恒载条件下主梁和主塔线形测量235.1.2.4 静载试验235.2 旧桥检测245.2.1工程概况245.2.2 检测评定项目265.2.2.1 外观质量检查265.2.2.2 结构几何参数265.2.2.3 桥梁结构材料参数测定265.2.2.4 静载试验265.2.2.5 动载试验275.2.2.6 桥梁承载能力评定27第6章 桥梁检测展望28第7章 学习心得29摘 要本文通过分析混凝土桥梁各部位的缺陷、损伤及对桥梁使用功能和行车安全产生程度不同的影响，提出了桥梁检测概念，以便于后期桥梁的养护与加固，保证桥梁使用性能。文章对桥梁检查的内容及评定标准进行陈述，并对现有的桥梁检测技术和仪器进行分类总结，指明其优缺点。同时，结合两个桥梁检测实例：宁波杭州湾新区杭州湾大道跨十塘横江大桥（新桥）和河北沧州三里庄立交桥（旧桥），分别陈述了其桥梁检测项目。最后，对指出了目前桥梁检测技术的不足之处及改进方向。关键字：桥梁缺陷 桥梁检查与评定 桥梁检测技术 桥检实例 桥梁检测课程报告第1章 桥梁缺陷和危害在桥梁技术状况和养护调查过程中，发现服役中的公路混凝土桥梁，由于建设和使用等方面的因素，不同程度地存在各种缺陷及损伤，这些缺陷和损伤对桥梁的使用功能产生程度不同的影响。全面了解和掌握桥梁缺陷和损伤情况，客观判别其对桥梁结构的影响，对桥梁使用功能的发挥和行车安全具有十分重要的意义。根据公路混凝土桥梁自身结构特点，其缺陷及损伤情况按桥面系、上部结构、支座、墩台、基础五个部位进行归类。1.1 桥面系1.1.1 桥面铺装水泥混凝土桥面铺装的主要缺陷及损伤现象有：裂缝、剥落、坑洞、磨光等。沥青混凝土桥面铺装的主要缺陷与损伤现象有：轻微裂缝(发状或条状)、严重裂缝 (龟裂，纵、横裂缝)、坑槽、车辙、拥包、磨光和起皮等。桥面铺装本来的功能是使车辆安全、舒适地行驶。当桥面铺装表面光滑、凸凹较厉害时，容易引发交通事故；同时桥面凸凹引起车辆对桥梁的冲击效应增大，使桥面板等结构的耐久性降低；当伸缩缝前后铺装层与伸缩缝装置之间存在高低差时，会使铺装本身及伸缩缝装置造成破坏。1.1.2 伸缩缝各种伸缩装置的缺陷往往表现为伸缩缝本身破坏损伤、锚固件损坏、接头周围部位后铺筑料剥落、凹凸不平等。下表为常见伸缩装置破坏损伤表现。表1 常见伸缩装置破坏损伤表现伸缩缝类型伸缩装置破坏损伤情况钢板伸缩缝（1）钢板破坏（2）角钢间缝隙被石块等卡死橡胶伸缩缝（1）橡胶件剥离、损坏（2）锚固螺栓失效（3）自身下沉或高出简易伸缩缝（1）沥青（填料）的挤出或冷缩（2）锌铁皮拉脱伸缩缝装置的缺陷对行车安全会产生不利影响。特别是高等级公路，当路面状况较好时，车辆以较高速度行驶到桥面时，伸缩缝的缺陷使车辆产生抖动，引起司机心理紧张，从而可能造成驾驶事故。同时，伸缩缝装置的缺陷随时间推移向主构造发展，成为开裂漏水的原因，从而造成支座和主体结构的损伤破坏。1.1.3 桥面排水设施桥面排水设施不良，除设计上可能考虑不周外，主要是排水设施本身被破坏以及尘土、树叶、泥土等堵塞排水设施，以致不能正常排水。桥面排水设施及桥面铺装的缺陷，往往导致桥面积水引起车辆滑移，导致交通事故；同时桥面积水会通过桥面铺装的裂缝等缺陷影响桥梁主要承重结构的耐久性能。这些缺陷，在降雨和化雪后表现得最显著，因而对桥面排水设施缺陷的检查最好在此时进行。1.1.4 栏杆、扶手及人行道栏杆、扶手主要为本身破坏以及相互连接处脱落。对于人行道主要是破碎及人行道与桥面板连接不牢固等。这些缺陷和损伤同样危及行人和车辆安全。1.2上部结构上部结构是桥梁主要承重结构，由许多基本构件组成如梁、板、拱肋 (片) 等。1.2.1 基本构件根据桥梁结构形式、构件种类、建桥环境、施工质量以及使用情况的不同，在基本构件上缺陷产生的部位、种类和程度也不同。对于混凝土公路桥上部结构的基本构件，缺陷往往以表面裂缝、蜂窝、麻面、孔洞、露筋、剥落、游离石灰、缝隙夹层等现象表现出来。基本构件横向联系的缺陷和损伤，对于梁桥表现为横隔板上的缺陷及裂缝、连接钢板外露、锈蚀等；对于双曲拱桥为系梁 (板) 裂缝，拱肋连接处脱离拱肋和拱波接合处破损脱落等；对于桁架拱桥为主桁片、微弯板与主桁片的结合处开裂及损伤等。对于基本构件几何尺寸方面，梁桥主要为截面尺寸和保护层厚度与设计不符、主梁纵轴线下挠度超标等；拱桥主要为截面尺寸和保护层厚度与设计不符、主拱圈的实际拱轴线及拱顶下沉量超标等。对于公路混凝土桥梁，由于某一缺陷的日积月累的变化，加上环境的影响有扩大的危险。例如蜂窝麻面，由于水的渗入，促使混凝土材料恶化，会引起钢筋锈蚀，钢筋锈蚀物的产生过程会有体积膨胀，又导致混凝上表面产生锈蚀裂缝，形成恶性循环。另外，在混凝土公路桥中，缺陷和原因不是一一对应的，不少情况是某一个原因为诱发源，其他则多为促进缺陷发展的原因。因此，对于基本构件的缺陷和损伤一定要认真研究和观察，发现了缺陷后，应结合观察到缺陷的种类、发生部位、范围及严重程度，从设计、施工及桥梁调查资料出发，进行综合分析得到切合实际的判断。1.2.2 主梁 （板）1.2.2.1 梁 (板) 受拉区的弯曲裂缝此类裂缝一般在梁 (板) 的跨中附近分布。在梁(板) 的侧面，这类裂缝往往从受拉区边缘沿大致与主筋垂直的方向竖向延伸。其裂缝宽度一般在 0.030.2mm范围 (T 形梁) 或 0.030.15mm 范围 (空心扳梁) 内，裂缝之间的最小间距一般为 0.050.2m。在粱 (板) 的底面这类裂缝也会沿着与主筋垂直方向发生，特别是空心板梁，裂缝宽度一般在 0.030.2mm 范围内。此类裂缝主要是梁 (板) 受荷载作用产生的弯曲裂缝。根据桥梁荷载试验的实际观察，在较大的加载下，原来延伸较长的裂缝的长度、宽度都有所增加，但增加速度较慢，而在原延伸较长裂缝间又产生新的短裂缝，致使裂缝间距减小。当卸裁后，这些裂缝的宽度基本上又恢复到原始情况。这类裂缝产生的原因是在车辆荷载作用下，在弯矩和剪力都较大的部位梁受拉边缘混凝土中拉应力超过了混凝土弯拉强度，便首先出现了垂直于粱轴的弯曲裂缝。随着荷载增加，这种向上延伸的裂缝由于受到剪力影响而发生倾斜。1.2.2.2 梁 (板) 在主筋部位的水平纵向裂缝这类裂缝往往在主筋位置附近并顺着主筋延伸的水平纵向裂缝，其延伸长度有长有短，有关资料表明，严重者最大延伸长度可达梁跨度之半，裂缝宽度达到4mm。严重时往往伴有混凝土侧保护层的剥离、露筋及钢筋锈蚀等缺陷的产生，对钢筋混凝土粱 (板) 的危害较大，破坏钢筋与混凝土的粘结作用，可使钢筋应力骤增，以致突然破坏。由于此类裂缝常伴有钢筋锈蚀，往往不易判断是因为出现裂缝使钢筋锈蚀还是因为钢筋锈蚀而引起裂缝。所以在调查旧钢筋混凝土梁的钢筋绣蚀与这类裂缝时，对于这些情况要进行具体分析。1.2.2.3 梁腹板侧面上网状裂缝这类裂缝宽度一般很小 (0.010.05mm)，其分布在梁腹板表面上，常常象一片片断网没有一定的规律。在车辆荷裁作用下，宽度和长度变化很小。此类裂缝是由于梁体温凝土内外收缩不均匀而引起的，是非荷载作用产生的裂缝。1.2.2.4 梁体在钢板支座处的裂缝这类裂缝见于简支梁钢板支座上垫板处的梁体上（图1）。裂缝由支座上垫板与混凝土交界处发生并斜向向上发展。往往只有一条裂缝最大宽度可达 2mm。实际桥粱的检查发现，这类裂缝的发生往往伴有两相邻孔主梁端上部相抵，甚至相抵处混凝土破碎的现象。此类型缝的产生原因是由于桥墩不均匀沉降或歪斜、混凝土局部承压能力不够、支座侧斜或转动不灵活等因素造成的。图1 梁体在钢板支座处的裂缝1.3 支座梁式桥支座的作用，主要是将上部结构重量及车辆荷载作用传给墩台，并完成梁体所需要的变形，即水平位移和转角。根据钢筋混凝土梁桥的有关调查资料，在支座处发生的缺陷情况见表2。支座上存在的缺陷往往会造成桥梁上部结构和墩台的工作不良，造成结构损伤。表2 常见支座缺陷支座类型支座缺陷简易垫层支座（1）材料老化开裂（2）墩台顶部混凝土拉裂弧形钢板支座（1）固定支座的销钉剪裂（2）活动支座钢板锈蚀（3）支座不平及附近积水（4）垫石损坏板式橡胶支座（1）制作安装不平，形成线接触或几点接触（2）橡胶体老化1.4 墩台桥梁墩台主要缺陷为自身裂缝、变位 (沉降、位移、倾斜) 等。对于钢筋混疑土的墩台身来讲，比较常见的缺陷是混凝土的冻涨引起剥离、混凝土的风化、掉角及船只碰撞造成的表面混凝土擦痕、露筋；比较常见的裂缝形态是墩台身沿主筋方向的裂缝或沿箍筋方向的裂缝(这些裂缝一般数量不多、盖梁上与主筋方向垂直的竖向裂缝)。对于砖、石及混凝土的墩台身来讲，比较常见的缺陷是砌体的砌缝砂浆的风化、大体积混凝土内部的空洞引起的破损等；比较常见的裂缝形态是墩台身的网状裂缝及竖向裂缝 (沿墩台身高度方向发展延伸)。1.5 墩台基础在水中的桥墩，因为直接挡水，除了一般的冲刷外，还有局部冲刷，形成局部漏斗形河床。当河床为厚砂砾卵石层时，对于钻孔灌注桩造成严重的磨损，甚至使桩中钢筋外露。有关文献也指出在低水位以下、冻结线以上或冲刷线附近，基础或墩身常有环带状腐蚀，基础周围表面松散，严重者使混凝土形成空洞。对于中小桥混凝土或浆砌片石扩大基础，主要缺陷是基础松散破裂和基础下冲空。当墩台有倾斜、位移或在活载作用下端顶位移较大时，往往可能是基础有病害，应进行挖探检查。在河床无水或围堰防水情况下，可直接挖至基础检查；对于位于水流速不大的浅水墩台，可用围堰进行抽水开挖检查。另外，还可用激光探测等方法检查墩台基础裂缝、断裂、冲空等病害。29第2章 桥梁检测的目的与分类2.1 桥梁检测目的桥梁检测以原型结构作为试验对象，在现场进行试验，根据一定的规范、标准的要求，按照有关设计文件，通过试验来确定结构的实际承载能力、使用性能和使用条件，检验设计、施工质量，提出桥梁养护维修、加固、改建、限载对策，有效地保证桥梁结构的安全使用。桥梁检测的任务主要包括以下几个方面：(1) 确定新建桥梁结构的承载能力和使用条件；(2) 评估既有桥梁的使用性能与承载能力；(3) 研究结构(构件)的受力行为，总结结构受力行为的一般规律。2.2 桥梁检测分类桥梁检测主要包括静载试验、动载试验、无损检测与长期监控测试四个方面。桥梁的静载试验是将静止的荷载作用在桥梁上的指定位置而测试结构的静力位移、静力应变、裂缝等参量的试验项目，从而推断桥梁结构在荷载作用下的工作性能和使用能力。动载试验是利用某种激振方法激起桥梁结构的振动，测定桥梁结构的固有频率、阻尼比、振型、动力冲击系数、行车响应等参数的试验项目，从而判断桥梁结构的整体刚度与行车性能。无损检测技术是指在不影响结构受力性能或其他使用性能的前提下，直接在结构上通过测定某些物理量，推定结构或材料等一系列性能的检测方法。对于大型桥梁结构或新型桥梁结构常常采用长期观测或健康状况监测手段，以积累这些结构的长期使用性能的资料。其中，健康状况监测是指通过大量传感元件实时采集结构应力、变形、振动、环境等方面的数据，进而进行结构操作识别、结构状态评价，从而评估结构的健康状况。第3章 桥梁检查与评定3.1 桥梁检查为了客观地评价桥梁的技术状况，全面了解桥梁使用情况，必须对桥梁的技术状况及其缺陷进行全面而细致的现场检查，及时进行维修养护，使其经常处于完好的技术状态，保证或延长桥涵的使用年限。桥梁检查的目的在于对运营中的桥梁进行分类管理，通过对桥梁的技术状况的检查，建立健全的桥梁桥梁技术档案；对有缺陷和操作的桥梁进行全面而深入的现场检查，查明缺陷或潜在缺陷和损伤的性质、部位、严重程度及发展趋势，弄清出现缺陷和操作的主要原因，分析和评价既有缺陷和损伤对桥梁技术状况和承载能力的影响，并为桥梁维修养护和加固设计提供可靠的技术参数。桥梁检查是进行桥梁评定、维修和改造的前期工作。桥梁检查工作的内容主要是与桥梁有差的技术资料调查和桥梁现场的外观检查。一般认为，桥梁检查需要收集如下技术资料：（1）设计资料：包括桥梁设计图纸、计算书、桥位地质钻探资料等；（2）施工资料：包括施工记录和材料试验报告，桥梁竣工图纸及有关图纸；（3）维修及养护资料：包括历次桥梁检查记录、维修养护记录及有关图纸；（4）交通量调查和使用荷载调查资料：包括经常通过车辆的车型、载重量及交通量资料，历史上通过特殊车辆的记录；（5）对一些桥梁还应调查桥梁周围环境、桥跨水流状态和通航资料等。3.1.1 桥梁检查的分类在我国，按照桥梁的使用用途来划分，在役桥梁分属公路、市政、铁路三个主要行业。一般的，根据行业管理的要求，考虑到桥梁结构的用途、重要性差异等因素，各个行业管理部门制定了相应的养护规范。目前，我国关于桥梁检查检测的规范主要有交通部2004年颁布的公路桥涵养护规范（JTG H112004），建设部2004年颁布的城市桥梁养护技术规范（CJJ 992003）。公路桥涵养护规范和城市桥梁养护技术规范都根据桥梁检测的深度、内容不同将桥梁检测分为3大类别。具体来说，公路桥涵养护规范按照桥梁检查的范围、方式和检查结果的用途，分为经常检查、定期检查和特殊检查3大类；城市桥梁养护技术规范按照桥梁检查的内容、周期、评估要求，分为经常性检查、定期检测和特殊检测。3.1.2 桥梁检查的内容不同阶段桥梁检查侧重点不尽相同，所涉及的检查内容亦有差别。经常检查主要从外观方面目测主体结构及附属设施有无明显的病害特征；定期检查是按细部结构对桥梁进行全面技术检查，并依此建立和修正桥梁技术档案；特殊检查针对桥梁存在的具体问题或为满足特殊要求而进行的，并借助检测仪器对结构材料等进行定性或定量分析。桥梁结构应首先观察是否有异常变形、振动或摆动，如上部结构竖向线形是否平顺、拱轴线变位状况、桥跨结构有无异常振动或摆动状况；然后检查各部位的技术善，寻找发生异常的原因。3.2 桥梁评定桥梁评定就是对已建成的桥梁的使用状况和承载能力进行综合的评价。通过桥梁的评定，可以鉴定该桥是否具有原设计的结构工作性能及承载能力，是否满足目前及未来的交通需要，是否具有承载潜力，人而为桥梁的养护维修、改造加固的决策提供有力的支持。对旧桥进行评定的工作远比新桥设计复杂得多，国内外桥梁界提出了各种桥梁评定的方法。桥梁技术状态的评定包括：桥面系、上部结构、下部结构、附属结构和全桥评定五个方面的内容，一般采用先分部位再综合的办法评定。这个评定方法大致归纳为3类：根据外观检查进行评定的方法；采用分析计算为主的评定方法；荷载试验的评定方法。3.2.1根据外观检查的评定方法桥梁在使用过程中，受车辆荷载、环境影响等因素作用，结构功能、技术状况及承载能力都可能发生变化。由于受设计、施工、气候条件及其他环境因素的变化和影响，钢筋混凝土桥和圬工桥可能出现损坏、过大的裂缝和不正常的变形；钢结构桥梁可能发生锈蚀、松动，由此反映出桥梁的使用性能和承载能力不满足原设计要示的功能。根据外观调查进行评定的方法，就是由有经验的桥梁技术人员通过对桥梁所表现出来的现象进行客观调查，推定桥梁实际技术状态。3.2.2分析计算为主的评定方法采用以分析计算为主的评定方法，首先通过对实际桥梁进行详尽的外观调查，然后将调查到的资料根据桥梁结构理论加以分析和计算，并以计算结果对桥梁结构进行评定。这是目前在桥梁结构评定中普遍采用的一种方法。3.2.3 荷载试验的评定方法荷载试验的评定方法是对桥梁进行了外观调查和粗略评定后，通过荷载试验，从而对桥梁结构进行评定的方法，它是在桥梁结构鉴定中应用历史最长、最为有效的评定方法。荷载试验的评定方法工作内容主要是荷载试验。一座桥梁完整荷载试验包括静载试验和动载试验。随着对桥梁评定工作的深入研究，由动载试验发展成独立的动力测定的桥梁快速评定方法已开始研究。第4章 桥梁检测技术量测技术、仪器设备、测试元件是桥梁检测的重要技术保障，量测技术的科学性、准确性直接关系到桥梁检测能否达到预期的目标。在桥梁静载、动载试验检测中，量测的内容一般包括以下几个方面：（1）作用力的大小，包括试验荷载大小、一些构件内力、支座反力的大小。（2）结构截面上各种应力分布状态及其大小。（3）结构的各种静态变形，包括水平位移、竖向挠度、相对滑移、转角等。（4）结构局部损坏的现象，如裂缝的分布、宽度、深度等。（5）在动荷载作用下，要测定结构的动应力，或测定结构的自振特性、动挠度、加速度、衰减特性等。4.1 应变测试技术与仪器结构在外力作用下，内部会产生应力，而直接测定应力比较困难，目前还没有直接的测试方法，一般的方法是测定应变。目前应用最广泛的应变测试技术是电阻应变测试技术和振弦式应变测试技术，近年来光纤光栅应变测试技术也逐渐得以推广应用。4.1.1 电阻应变测试技术电阻应变测试技术是凭借安装在试件上的电阻应变片将力学量（如应变、位移等）转换成电阻变化，并用专门的仪器使其转换为电压、电流或功率输出，从而获得应变读数的测试技术，通常简称为电测技术或电测法。与其他测试方法比较，电阻应变测试技术具有以下优点：（1）灵敏度高，测量结果比较可靠。目前常用的应变仪和应变片可测得110-6应变，有的甚至可精确到110-6应变。（2）实施简便，测量速度快。易于实现全自动化数据采集、多点同步测量、远距离测量和遥控测试，操作方便，测试方法易于掌握。（3）应变片标距小、粘贴方便。测试时可不改变结构的原有应力状态，可以测量其他仪表（如机械式应变计）无法安装的部位处的应变或结构某个局部的应力，制成大标距时也可以测量混凝土结构的应变。（4）适用范围广。可在高温（100800）、低温（10070）、高压、高速、旋转和具有核辐射干扰等特殊条件下成功量测，可测频带宽。（5）使用广泛。根据应变原理可以制成不同形式的传感器，用于各种物理、力学参数的量测，易于实现整个测试系统的自动化和电气化。电阴应变测试技术虽然有很多优点，但也存在不足之处，如贴片工作量大，使用的导线多，抗干扰性能稍差，易受温度和电磁场等的影响，电阻应变片不能重复使用等。4.1.2 振弦式应变测试技术振弦式（又称钢弦式）应变测试技术的原理是：一定长度的钢弦张拉在两个端块之间，端块牢固安装于待测构件上，构件的变形使用两端块相对移动并到钢弦张力变化，张力的变化又使钢弦谐振频率发生变化，通过测量钢弦谐振频率的变化从而测出待测构件的应变和变形。与其他测试方法比较，振弦式应变测试技术以下较为突出的优点：（1）分辨率高，测量结果精确可靠，常用的振弦应变计分辨率可达到0.1。（2）不易受温度和电磁场等的影响，特别是野外测量时抗干扰性能好。（3）易于实现测试过程的全自动化数据采集、多点同步测量、远距离测量和遥控测试。（4）现场操作方便，测试方法简单。振弦式应变测试技术的优点虽然很突出，但也存在以下较为明显的不足之处：（1）应变计标距较大，一般约为100150mm，不能用于测量变化梯度较大的应变，也不能用于测量较小尺寸的构件的应变，如小比例的模型试验。（2）响应速度较慢，不能用于动态和瞬态应变量测。（3）量程范围较小，一般为15001500，不能用于大应变测量。（4）测试元件及仪器成本相对较高。4.2 变形测试技术与仪器结构在外力的作用下会产生变形，结构的各种静态变殂，包括水平位移、竖向挠度、相对滑移、转角等是桥梁结构检测中需要量测的重要内容。桥梁结构变形测试常用的仪器有机械式测试仪器、电测仪器和光学仪器。随着桥梁检测及监测研究工作的发展，出现了许多用于桥梁变形测量的方法与技术。4.2.1 机械式测试仪器百分表和千分表是结构位移测量中最常用的仪器之一。使用其配套的附属装置后可以量测挠度、相对位移、转角、倾角等。张线式位移计常用于测量较大的位移。它是通过一根钢丝使仪器与结构测点相连，利用钢丝传递位移。在桥梁试验中，结构的节点为、支座或截面都有可能发生转动，测角器、倾角仪就是专门用来量测这种变形的仪器。4.2.2 电测类测试仪器结构在荷载作用上的静位移如挠度、侧移、转角、支座偏移等，也可以转化为电量信号进行量测。一般常用的电阻式位移传感器、应变式位移传感器和差动变压器式位移传感器，近年来连通液位式挠度仪（沉降仪）的桥梁检测中应用也越来越多。4.2.3 光学测试仪器精密水准仪测量法：水准测量是用水准仪和水准尺测定地面上两点间高差的方法。精密水准测量必须用带测微器的精密水准仪和膨胀系数小的水准标尺，以提高读数精度，削弱温度变化对测量结果的影响。全站仪测量法：全站仪能自动测量角度和距离，并能按一定程度和格式将测量数据传送给相应的数据采集器。它具有自动化程度高、功能多及精度较高等优点，可进行角度测量、距离测量、坐标测量、点位放样等相关测量工作。4.2.4 卫星定位技术GPS系统GPS系统是一种基于空间卫星的无线导航与定位系统，可以向数目不限的全球用户连续地提供精度的全天候三维坐标、三维速度及时间信息，具有实时性导航、定位和授时功能。在对大跨度悬索桥、斜拉桥及拱桥等桥梁进行长期实时在线监测时，需要对索塔、拱顶主缆及拉索等部位的三维变形进行长期实时在线测量，此时可采用GPS系统对测点进行三维坐标定位测量，国内外一些大型桥梁的健康监测系统均采用了GPS系统。4.3 振动测试技术与仪器桥梁结构的动载试验中，常有大量的物理量，如应力（应变）、位移、速度、加速度等，需要进行量测、记录和分析。由于结构的动应变和静应变测量元件、测量方法基本相同，不同之处在于需要采用动态应变仪进行量测。振动参量可用不同类型的传感器予以感受拾起，并从被测量对象中引出，形成测量信号，将能量通过测量线路发出去，再通过仪器仪表将振动过程中的物理量进行测量并记录下来。传感器是振动测试系统中的一个重要组成部分，它具有独立的结构形式。按照被测物理量来分类，传感器可分为位移传感器、速度传感器和加速度传感器；按照工作原理来分类，传感器可以分为机械惯性式传感器和电测传感器（包括磁电式、压电式、电感式、应变式）两大类。4.4 其他物理参数测试技术与仪器其他物理参数主要是指混凝土结构裂缝的分布和宽度、结构上的作用力的大小（包括试验荷载的大小、支座反力的大小）、结构表面及内部的温度等。 4.4.1 裂缝宽度测量对于钢筋混凝土桥梁结构，裂缝的产生与发展是桥梁结构行为的重要特征。确定混凝土结构的开裂荷载、裂缝宽度与分布形态，对研究结构的抗裂性能、变形性能及破坏过程均有十分重要的价值。一般裂缝出现前，检查裂缝出现的方法是借助放大镜用肉眼观察；裂缝出现后，可采用读数显微镜或采用振弦式裂缝计量测裂缝宽度的发展变化。4.4.2 作用力及结构内力的测量测力计：桥梁结构试验中，测定作用力的仪器有各种的测力计。测力计的基本原理是利用钢制弹簧、环箍或簧片在受力后产生弹性变形，再通过机械放大后用指针刻度盘来表示或位移计来反映读数。液压千斤顶：在桥梁施工中，液压千斤顶是用来张拉预应力钢筋、吊索及系杆的主要机具，其张拉力的控制是通过液压千斤顶的液压表来实现的。因此，可以通过事先精确标定液压表读数与千斤顶张拉力的对应关系，便可在张拉预应力钢筋、吊索及系杆时，通过液压表来测量、调整千斤顶的张拉力。荷载传感器：在试验中，荷载的大小也可以利用应变测试技术来，通常称之为力传感器或荷载传感器。荷载传感器可以荷载、支座反力以及其他各种外力的大小。各种荷载传感器的核心部件是一个厚壁筒，壁筒的横断面大小取决于荷载的量程及材料的允许应力，在壁筒上贴有电阻应变片，以便将机械变形转化为电信号。4.4.3 索力测量缆索承重桥梁包括斜拉桥、悬索桥、系杆拱桥等。在这些桥型中，拉索或吊杆是桥梁受力体系中一个重要组成部分，拉索或吊索或索力大小直接影响桥梁上部结构的受力和变形状态。因此，准确测试拉索或吊杆的实际索力大小在施工监控和成桥检测中显得尤为重要。一般测定索力的方法有：（1）电阻应变片测定法（2）拉索伸长量测定法（3）索拉力垂直度关系测定法（4）张拉千斤顶测定法（5）压力传感器测定法（6）磁通量法（7）振动测定法。在这7种测试方法中：方法（1）（3）理论分析可行，但实际操作中会遇到很多问题；方法（4）在拉索张拉过程中测试较为方便，但不能测试成桥索力；方法（5）需要在锚头与垫板间埋设永久性的力传感器，会增加一些工程成本；方法（6）需要在成桥前在拉索上套装磁通量传感器固定在拉索上；方法（7）属于间接测量法，也是拉索索力测定的常用方法，具体是将加速度传感器固定在拉索上，采用一定的方法进行激振，测量拉索的振动响应后，进行频谱分析得出接过的自振频率，再根据索力与自振频率的关系计算索力。4.5 桥梁环境参数的测量在桥梁检测中，特别是在大跨度桥梁的施工监测及长期健康监测中，结构周围及内部的环境参数也是需要量测的重要参数。如通过风荷载监测，把握该桥址处的风荷载真实情况，通过温度和湿度监测修正混凝土徐变系数，通过对桥梁车辆载重和流量等信息的自动采集，以对该桥的荷载进行统计分析，并进行结构状态评定。4.5.1 自然环境参数的测量环境温度和湿度的测量，一般采用常用的气象监测温湿度仪；风速风向的测量一般采用常用的气象风速风向监测仪。对于桥梁结构内部温度测量，则需将温度传感器置于结构内部测点位置或将其黏附在被测物表面进行温度测量，可采用热敏电阻温度计或光纤光栅温度计，通过配置相应的读数仪可直接读出温度数值。4.5.2 车辆荷载情况监测对过桥车辆情况进行监测，主要是监测过桥车辆数量、车型、车重（轴重）、车速等信息，可采用车流量监测仪和动态称重系统进行监测，在些基础上进行统计分析，即可得出运营车辆荷载的统计特征。4.6 无损检测技术4.6.1 混凝土的无损检测技术混凝土的无损检测技术是指在不结构受力性能或其他功能的前提下，直接在结构上通过测定某些物理量，推定混凝土的强度、均匀性、连续性、耐久性等一系列性能的检测方法。目前，混凝土的无损检测技术主要用于既有结构的强度推定、施工质量检验、结构内部缺陷检测等方面。随着对混凝土制作全过程质量控制要求的不断提高，对既有结构维修养护的日益重视，无损检测技术在会发挥越来越重要的作用。4.6.1.1 混凝土强度无损检测方法混凝土强度的无损检测根据其原理分为非破损法、半破损法、综合法3种。（1）非破损法非破损法以混凝土强度与某些物理量之间的相关性为基础，检测时在不影响混凝土任何性能的前提下，测试这些物理量，然后根据相关关系推算被测混凝土的强度。属于这类方法的有回弹法、超声脉冲法、射线吸收和散射法、成熟度法等等。这类方法的特点是测试方便、费用低廉，但其测试结果的可靠性主要取决于混凝土的强度与所测试物理量之间的相关性。回弹法是采用回弹仪进行混凝土强度测定，属于表面硬度法的一种。其原理是回弹仪中的重锤以一定冲击动能撞击顶在混凝土表面的冲击杆后，测出重 锤被反弹回来的距离，以回弹值作为与强度相关的指标，来推定混凝土强度的一种方法。超声波法检测混凝土强度的基本依据是超声波传播速度与混凝土弹性性质的密切关系。在实际检测中，超声声速又通过混凝土弹性模量与其力学强度的内在联系，与混凝土抗压强度建立相关关系并借以推定混凝土的强度。成熟度法主要以“度时积”作为推定强度的依据。主要用于现场测量控制混凝土早期强度发展状况，一般多作为施工质量控制手段。（2）半破损法半破损法是以不影响构件的承载能力为前提，在构件上直接进行局部破坏性试验，或直接钻取芯样进行破坏性试验。属于这类方法的有钻芯法、拔出法、射击法等。这类特点是以局部破坏性试验获得混凝土强度，因此较为直观可靠。其缺点 是造成结构物的局部破坏，需要进行修补，因而不宜用于大面积检测。钻芯法是利用专用钻机，从结构混凝土中钻取芯样以检测混凝土强度或观察混凝土内部缺陷的方法。钻芯法检测混凝土强度具有直观准确的优点，但其缺点是对构件的操作较大，检测成本较高。因此，一般宜将钻芯未予与其他非破损方法结合使用。拔出法是使用拔出仪器拉埋在混凝土表层内的锚固件，将混凝土拔出一锥形体，根据混凝土抗拔力推算其抗压强度的方法。该法分为预埋法和后装法两种，前者是浇筑混凝土时预先将锚杆埋入，后者是在硬化后的混凝土上钻孔，装入（黏结或胀嵌）锚杆。（3）综合法所谓综合法就是采用两种或两种以上的无损检测方法，获取多种物理参量，并建立强度与多项物理参量的综合相关关系，以便从不同角度综合评价混凝土的强度。由于综合法采用多项物理参数，能较全面反映构成混凝土强度的各种因素，因此它比单一物理量的无损检测方法具有更高的准确性和可靠性。目前已被采用的综合法有超声回弹综合法、超声钻芯综合法、超声衰减综合法等，其中超声回弹综合法已经在国内外获得广泛应用。4.6.1.2 混凝土缺陷无损检测方法所谓混凝土的缺陷，是指那些在宏观材质不连续、性能参数有明显变异，而且对结构的承载能力和使用性能产生影响的区域。混凝土缺陷现象大致有：内部空洞、蜂窝麻面、疏松、断层（桩）、结合面不密实、裂缝、碳化、冻融、化学腐蚀等。混凝土缺陷的无损检测方法主要有超声脉冲法、脉冲回波法、雷达扫描法、红外热谱法、声发射法等。超声脉冲法检测内部缺陷分为穿透法和反射法。穿透法是根据超声脉冲穿过混凝土时，在缺陷区的声时、波幅、波型、接收信号的频率等参数所发生的变化来判断缺陷的，因此它只能在结构物的两个相对面上或在同一面上进行测试。反射法是根据超声脉冲在缺陷表面产生反射波的现象进行缺陷判断。由于它不必须像穿透法那样在两个测试面上进行，因此对某些只能在一个测试面上检测的结构物（如桩基础、路面等）具有特殊意义，也取得了广泛的工程应用。脉冲回波法是采用落球、锤击等方法在被测物件中产生应力波，用传感器接收回波，然后采用时域或频域方法回波的反射位置，以判断混凝土中缺陷位置的方法。其特点是激励力足以产生较强的回波，因此可检测尺寸较大的构件，如深度达数十米的基桩或厚度较大的混凝土板等。雷达扫描法是利用混凝土反射电磁波的原理，先向被检测的结构物发射电磁波，在电特性（电容率及导电率）不同的物质界面产生反射波，再根据反射波的性质，分析反射波的影像，便可检测出结构的内部缺陷。其特点是可迅速对被结构进行扫描，适用于道路、机场等结构物的大面积快速扫测。红外热谱法是测量或记录混凝土热发射的方法。当混凝土中存在缺陷时，这些有缺陷的部件与正常部件相比，温度上升与下降的状况是不同的，其外表面会产生温度差。所以，从红外线相机所测得的温度分布图像中，便能推断出缺陷的位置和大小。声发射法是利用混凝土受力时内部微小区域破坏而发声的现象，根据声发射信号混凝土损伤程度的一种方法，这种方法常 用于混凝土受力破坏过程的监视，用以确定混凝土的受力历史和损伤程度。4.6.1.3 其他无损检测方法除了混凝土强度和缺陷检测以外，还有其他一些性能可用无损检测方法予以测定。其他性能主要是指与结构物使用功能相关的各种性能。主要有混凝土碳化深度、保护层厚度、受冻层深度、含水率、钢筋位置与钢筋锈蚀状况、水泥含量、钢结构焊缝质量等。常用的检测方法有共振法、敲击法、磁测法、电测法、微波吸收法、中子散射法、渗透法等。4.6.2 钢结构焊缝探伤目前，公路钢桥或钢混凝土结构梁桥中的钢结构多采用全焊结构，在加工安装过程中，需要焊接连接，而焊接质量的好坏直接影响着构件的受力性能，进而影响钢结构的安全性与耐久性。因此，钢结构构件焊接质量的检验工作是确保桥梁施工质量的重要措施。钢结构焊缝的无损探伤方法有超声波探伤、射线探伤、磁粉探伤、浸透探伤、声发射探伤等。其中，较常用的是超声波探伤和射线探伤两种方法。4.6.2.1 超声波探伤超声波探伤的原理如下：超声波脉冲（通常为1.5HZ）从探头射入被检测物体，如果其内部有缺陷，缺陷与材料之间便存在界面，则一部分入射的超声波在缺陷处被反射或折射，原来单方向传播的超声能量有一部分被反射，通过此界面的能量就相应减少。这时，在反射方向可以接到此缺陷处的反射波；在传播方向接收到的超声能量会小于正常值，这两种情况的出现都证明缺陷的存在。在探伤中，利用探头接收脉冲信号的性能也可以检查出缺陷的位置和大小。前者称为反射法，后者称为穿透法。4.6.2.2 射线探伤射线探伤是利用射线穿透物质和在物质中有衰减的特性来发现缺陷的一种探伤方法。按探伤所用的射线不同，射线探伤可分为、射线和高能射线探伤3种。由于显示缺陷的方法不同，每种射线探伤又有电离法、荧光屏观察照相法和工业电视法几种。运用最广的是射线照相法。第5 章 桥梁检测实例5.1 新桥检测5.1.1 工程概况宁波杭州湾新区杭州湾大道跨十塘横江大桥桥梁全长234.4m，其中主桥为总长171m的独塔斜拉桥，引桥为总长60m的两跨预应力混凝土连续箱梁桥。主桥为交叉拱独塔斜拉桥，跨径布置为33m+42m+51m+44m，桥梁纵坡为-2.08%2.8%，设R=2000米凸曲线。桥宽40.5m，桥面布置为：2m（锚索区）+2.5m（人行道）+3.5（非机动车道）+24.5m（双向六车道）+3.5（非机动车道）+2.5m（人行道）+2m（锚索区）总宽 40.5m。本次竣工通车试验主要内容即为跨十塘横江大桥的斜拉桥主桥，主桥共设13对钢绞线拉索，主梁为预应力混凝土箱梁。本桥独特之处在于主塔由两个独立的倾斜曲线拱组成，主跨及边跨斜拉索分别拉在两个拱上，形成相对独立的无备索拱塔。（图2、3 宁波跨十塘斜江大桥主桥结构总体布置图，图4、5为桥梁竣工图片）主桥拱塔由总高分别为50m及55m的大小钢拱塔组成，倾角为-10度及10度；拱脚为钢混结合段，与承台固接；大拱塔轴线采用椭圆形曲线，小拱塔采用2次抛物线形曲线；拱塔纵桥向宽度均为2.8m，横桥向沿拱轴线宽度由拱脚法线方向3.6m宽线性变化至塔顶中心2.2m宽；拱塔内分别灌注923.8立方米及1035.9立方米的C40微膨胀混凝土。主梁为单箱六室截面，箱顶全宽40.5米，箱梁总高2.6m，桥面设1.5%的双向横坡；底宽30.5米，全桥横梁间距为4m、5m或6.5m。梁上索距边跨为4m或5m，主跨为6.5m或5m，每处拉索处设置25cm的横隔梁；在拱塔上的索间距为3.75m2.0m变化。图2 宁波杭州湾新区杭州湾大道跨十塘横江大桥主桥总体布置图（m）图3 宁波杭州湾新区杭州湾大道跨十塘横江大桥主桥横向布置图（m）图4 跨十塘横江大桥主桥竣工时侧面照片图5 跨十塘横江大桥主桥竣工时正面照片5.1.2 主桥竣工通车荷载试验主桥荷载试验主要内容可包括如下四个部分：（1） 桥梁结构外观质量检查（2） 恒载条件下斜拉索索力测定（结合施工阶段数据）（3） 恒载条件下主梁和主塔线形测量（4） 静载试验5.1.2.1 桥梁结构外观质量检查在车辆荷载试验之前首先对试验桥梁结构外观质量进行检查，主要检查以下内容：（1） 是否按照图纸内容完成桥梁结构施工（2） 外观是否整洁，主梁、主塔内有无施工物堆积（3） 钢结构表面油漆、涂装是否完好，有无损坏、起皮、剥落等（4） 桥面铺装是否平整，有无裂缝（5） 桥面排水是否通畅（6） 伸缩缝是否堵塞卡死，连接是否符合图纸设计要求（7） 检查人行道、缘石、栏杆、扶手、防撞护栏尺寸和外表质量（8） 支座是否正常工作（9） 斜拉索的导管、外套管、螺母等的外观检查5.1.2.2 恒载条件下斜拉索索力测定恒载索力测定方法：测试仪器：加速度传感器、测振放大器、信号分析仪、微型计算机等。采用振动法，通过测定斜拉索的频率间接测量索力。测试方法：采用振动法，通过测定斜拉索的频率间接测量索力。首先是现场信号采集，将加速度计固定在拉索一定高度上拾取拉索的横向振动响应信号，然后对记录的振动信号进行滤波、放大、谱分析，由频谱图来确定拉索的自振频率，根据识别得到的拉索多阶振动频率和拉索的几何与物理特性及边界条件来确定每根拉索的索力。测试范围：全桥52根；恒载索力测试时间：荷载试验前。5.1.2.3 恒载条件下主梁和主塔线形测量恒载线形测量主要包括主桥索塔塔顶与基础顶面坐标、主梁坐标和桥轴轴线线形等。拟利用大桥施工测量的基准控制网点或桥址附近已有的测量控制网进行恒载线形测量。每个主梁截面测点布置图详见下图。测点布置：1）主塔塔顶：大拱塔桥塔塔顶一点；2）主塔承台：承台台面上、下游各一点；3）主 梁：沿主桥纵向轴线每6.5米（横梁间距）布置测点上下游及中轴线，每个截面6个测点，测试主桥桥面线形；测量仪器：全站仪、精密水准仪测量时间：车辆荷载试验前。图6 跨十塘横江大桥主桥线形测点布置图（m）5.1.2.4 静载试验桥梁静载试验是通过测量试验荷载作用下桥梁结构的变形和应力值，来了解结构实际性能和结构的刚度、强度等指标是否与设计预期值相符，是一种最直接有效的测试方法。通过布置一定数量的测点可以较全面地分析结构的受力情况，检验设计和施工的质量，了解工程结构性能、安全度和可靠性程度，以及验证桥梁设计计算图式与实际状态吻合程度，藉以判断桥梁结构实际的承载能力。荷载试验对结构状态进行实测，测试内容分截面应力、伸缩缝位移、加载位置附近索力、塔顶位移、主梁的挠度和支座变形。5.2 旧桥检测5.2.1工程概况三里庄立交桥位于沧州市新华区，在交通北大道上，桥梁全长892米、宽9.91米。跨北货厂、炼油厂、达利普公司三道地方铁路线，连接交通北大道及永济东路至104国道。桥梁于1991年建成通车，目前技术资料及设计资料缺失，经现场检测跨径组合为：1313.00m+12.15m+16.00m+13.80m+13.00m+28 16.00m+211.70m +15.50m +1313.00m+12.15m。横向由9片板组成，梁高0.75m。桥面横向布置为20.5m（防撞栏杆）+8.91m（机动车道）9.91m。桥面铺装采用10cm钢筋混凝土铺装。桥梁上部结构为钢筋混凝土空心板梁，下部结构为桩柱式墩台。（图7、8为桥梁实景图片，图9、10、11为三里庄立交桥总体布置图） 图7 桥梁正面实景照片图8 桥梁侧面实景照片图9 桥梁立面图（单位：cm）图10 桥梁平面图（单位：cm） 图11 桥梁断面图（单位：cm）5.2.2 检测评定项目（1） 外观质量检查（2） 结构几何参数（3） 材料参数检测及钢筋分布（4） 静载试验（位移、应变等）（5） 动载试验（6） 桥梁承载能力评定5.2.2.1 外观质量检查结构的外观质量检查是对桥面系（桥面铺装、伸缩缝、护栏、防排水系统、其它附属设计）和上部结构及下部结构（桥墩、盖梁、支座）进行检查有无病害，并进行病害原因分析。5.2.2.2 结构几何参数此项调查主要针对结构或构件几何尺寸方面，测量了桥梁总体尺寸和构件尺寸。由