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公路桥梁结构检测方法-论文公路桥梁结构检测方法目 录前言31.基于静载试验的评估方法41.1桥梁评估规范42.基于动载试验的评估方法52.1评价的步骤52.2机械检测技术52.3电测技术62.4超声波检测62.5 射线检测技术63.桥梁结构材料缺损状况诊断83.1混凝土强度测定83.2构件材料缺陷的检验84.桥梁荷载实验实例105.结语23致谢24参考文献25摘要本文介绍了桥梁结构状态检测的定义和内容,阐述了桥梁结构整体性能、功能状况的多种检测技术,论述了桥梁结构材料缺损状况的诊断及检验方法,指出了桥梁检测方法的发展方向并通过一个旧桥检测实例，评估其承载能力状况，为其技术改造提供依据。关键词桥梁结构,检测技术,无损检测ABSTRACTThis paper is about definition and content that the bridge structure state the main body of a book has been introduced checks, have set forth the bridge structure overall function,function situation variety checking a technology , have discussed bridge and have provided a basis by the fact that one Ge Jiu City bridge checking an example, appraises its load support capability situation , is that the person changes its technology.Key words:bridge structure,test technology,unharmful test前言 根据全国第二次公路普查统计,至2000年底,国内共有公路桥梁27.88万座,1031.20万延米,其中三、四类需要维修、检测、加固的桥梁约占10%.大量现役桥梁的正常使用功能和安全性存在不同程度隐患和缺陷,而且由于资金有限,需要区分轻重缓急,所以要对桥梁的承载能力作出科学的评估.了解现役桥梁的实际状况,包括损伤的位置与程度、实际的承载能力及使用寿命的预测等,为现役桥梁的技术改造提供可靠的依据,从而改善现役桥梁的使用功能并保障其结构的安全使用.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。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。桥梁承载能力评估的概念桥梁承载能力评估是一个考虑结构损伤和实际运营状态,并以整个结构体系为对象,对桥梁的可靠性(安全性、使用性、耐久性)进行分析评价并作出决策的过程.桥梁承载能力是反应桥梁使用现状的一个重要技术指标,是桥梁结构维修加固方案设计决策的依据.桥梁评估的信息来自现场,主要预测桥梁结构系统的基本性能和未来的安全性.1439公路桥梁结构检测方法1.基于静载试验的评估方法桥梁结构的静载试验是按照桥梁的设计荷载等级,在荷载的最不利位置布置静载(重物或载重汽车等),或者根据桥梁结构的控制内力来确定荷载的大小及位置.通过现场的荷载试验,获得所关心截面的静态应变、静态位移和静态的转角等桥梁结构的响应,进而推断桥梁结构的工作状态,并初步估计桥梁结构的承载能力.静载试验能直接获得桥梁结构在荷载作用下的情况,验证桥梁结构的设计理论和计算方法,判断桥梁结构的实际承载能力.也可以通过试验获得的结构响应与理论计算值的比较,得到相应响应的校验系数值,进而评估桥梁的结构性能.1.1桥梁评估规范中美两国的桥梁评估规范的思路大体相同,下面以混凝土梁板桥为例说明两国规范的异同.中国规范的计算公式3Sd(gG;qQ)bRbRcc;数1的数值与桥梁的实际运营状况有关,因此,必须建立承载能力评估与桥梁实际状况间的对应关系.虽然裂缝的部位和宽度、结构损伤的部位和程度等指标可以定量估计,但是1的取值在一定程度上还得依靠工程师的工作经验.考虑了采用荷载试验来进行承载能力的评估,具体做法就是将通过荷载试验的结构校验系数折算为旧桥的校验系数2.由于桥梁形式的多样化和试验测试数据采集的有限性使得验算系数的取值很粗糙.我国规范虽然也采用了极限状态设计理论,但荷载和抗力的分项系数是按照设计的标准选择的,而不是根据统计分析、可靠度分析和概率估计得到的,因此,桥梁承载能力评估很难用统一的安全指标来评估.美国规范中关于材料极限强度折减系数、恒载及活载的荷载系数是基于数据统计、概率分析得到的,因此比我国规范稍微合理一点.但是,它需要建立一种失效模式,对于简单的构件还可以处理,对于比较复杂的桥梁结构处理起来就比较困难了.2.基于动载试验的评估方法2.1评价的步骤桥梁结构运营一段时间后必然会出现不同程度的损伤,结构损伤必然使结构性能的某些参数发生变化,影响桥梁结构的承载能力.桥梁动载试验是利用某种激振方法激起桥梁结构的振动,然后测定其固有频率、阻尼比、振型、动力冲击系数、行车响应等参量,通过与理论模型的比较,判断桥梁结构的整体刚度、行车性能,进而评估桥梁的承载能力.文献5对动载试验的目的、分类、资料整理做了较详细的要求,并对试验结果的评定与分析给出了明确的规定,但对承载能力评估没有给出具体的要求和计算方法.笔者根据项目实际情况和前人的某些实践经验,提出了一套基于动载试验的桥梁承载能力评估方法,主要步骤如下:基于设计图纸的结构尺寸、估算的单元刚度与假定的材料特性建立桥梁结构的理想有限元模型,通过分析得到桥梁的动力学特性.2.1.1通过对现场动载试验采集数据的分析得到桥梁结构的实际动力学特性.2.1.2通过实际与理论数据的比较分析,调整桥梁结构的有限元模型,使模型能够精确反映桥梁结构真实的工作状况.2.1.3通过对修正后的模型进行恒载、活载及其组合的桥梁承载能力计算分析,从而实现现役桥梁结构的承载能力的评估.2.2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。2.3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。2.4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20kHz。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。通过分析研究被接收记录下来的弹性波信号,可以了解材料与结构的力学特性和缺陷。声波检测技术比其他检测方法轻便、灵活,可以在大范围内进行测试等一系列优点,目前在钻孔灌注桩及路面质量检验中得到广泛的应用。2.5 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,用于土壤密实度与公路桥梁结构检测方法土壤含水量的测定。用于土壤密实度与含水量测定的射线检测技术,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。3.桥梁结构材料缺损状况诊断3.1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90d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。3.2构件材料缺陷的检验3.2.1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,构件外露的缺损,可以借助于适当的工具或量具等辅助设备进行目视检测。3.2.2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。3.2.3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。3.2.4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。3.2.5钢筋锈蚀的评价技术对于钢筋混凝土结构,由于混凝土的密实度、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。.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。.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。.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。.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。.测定混凝土的电阻率。通常取四电极法进行测量。.测试混凝土中的氯离子含量,评定氯盐对钢筋的锈蚀。.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。pH10时,酚酞呈现紫红色说明混凝土并未碳化; pH10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。4.桥梁荷载实验实例1.桥梁概述有一大桥，桥梁全长1465.64m，分两个时期建造。原旧桥部分始建于1974年，桥面宽度净9m+21m，主桥上部结构为十四孔跨径30 m的预应力混凝土简支T梁，两岸引桥各为上部结构二十三孔跨径20m的钢筋混凝土简支T梁，下部结构为双柱式墩台，钢筋混凝土灌注桩基础。后又在原旧桥一岸新建了十三孔跨径20m的钢筋混凝土简支T梁，另一岸新建了十六孔跨径20m的钢筋混凝土简支T梁，新建桥下部结构为三柱式墩台，于1988年11月竣工。原桥设计荷载为汽车20级，挂车100。2.一般检查21 检测目的通过对加固后的桥梁结构状况的现场检查，收集数据，以便更好的分析评价目前桥梁的性能，为桥梁加固施工竣工验收及以后的维护提供技术依据。22 检测依据（1）公路旧桥承载能力鉴定办法（试行），1988（2）公路工程质量检验评定标准，JTJ071-98（3）公路工程结构可靠度设计统一标准，GB/T50283-1999（4）公路工程技术标准，JTG B01-2003（5）公路工程技术标准，JTJ 001-97（6）公路养护技术规范，JTJ 073-96（7）公路桥涵养护规范，JTG H11-20043.荷载试验31 试验目的 检验加固后的桥梁结构是否满足加固设计要求，了解其整体工作性能，为加固竣工验收及以后桥梁的长期维护积累资料。32 试验依据（1）公路旧桥承载能力鉴定办法（试行），1988JTJ 021-89）公路桥梁结构检测方法（4）公路工程技术标准，JTG B01-2003（5）公路工程技术标准，JTJ 001-97（6）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD622004）33 主要检测仪器设备主要检查仪器及设备一览表 表31序号仪器设备产地用途1TDS-602日本静态应变、挠度测量2SDA-830C日本动态应变测量3INV306DF国产动态信号采集分析4应变传感器国产静态信号响应5加速度传感器日本动态信号响应34 测试截面根据桥梁结构的对称性及加固方案的特殊性，选择第18孔、第22孔和第30孔作为荷载试验孔，并采用桥梁结构分析专用程序进行静、动力分析，从而确定以简支梁跨中、支点截面作为应变、挠度的测试截面，考虑盖梁有粘贴纤维布加固处理，在22孔选取22号墩墩顶增加一个测试截面，动态测试截面选取第22孔简支梁的跨中。35 测点布置351 应变测点在梁底布置应变测点，沿纵桥向布置于断面和断面。应变测点共布置11个，1#梁、3#梁支点各沿主应力方向斜45度布置1个传感器，余下9个传感器布置在1#、3#、5#梁的底面、侧面、上缘，其中梁底及梁侧传感器布置在粘贴的纤维布上，测试断面应变测点布置如图3-2所示。盖梁底粘贴了纤维布，在盖梁底纤维布上也粘贴1个传感器。352 挠度测点 在桥下布置挠度测点，挠度测点设在梁底面上，采用百分表观测结构竖向变位，沿纵桥向布置于断面和断面。挠度测点共布置7块表，分别为18孔1#、3#、4#梁跨中，22孔3#梁支点，30孔1#、3#、5#梁跨中，测试断面挠度测点布置如图3-2所示。353 动态测点 在试验孔布置电容式加速度传感器以测试结构动态特性。（图3-3）36 试验布置361 静力荷载试验根据公路旧桥承载能力鉴定办法（试行）的规定，一般采用基本荷载，静力试验荷载的效率系数取值范围为1.050.8。式中：Sstat试验荷载作用下，检测部位变位或力的计算值；S设计标准活载作用下，检测部位变位或力的计算值；设计取用的动力系数为了保证试验的有效性，根据各测试截面的内力与挠度影响线，按最不利位置加载，在保证各测试截面试验荷载效率系数至少达到0.80以上的条件下，经过计算确定，本次静载试验需用350kN加载车2辆。试验前对每辆车严格过磅，记录下各辆车的实际总重、轴重和轴间距，具体见表3-2所示。结构分析按表3-2中的参数取平均值计算。 大桥试验车轴重统计表(KN) 表3-2加载等级车辆总重中后轴平均总重平均中后前轴中轴后轴25吨2