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混凝土桥梁检测技术和应用

2018-05-23 16:28:10 结构检测中心 阅读

混凝土桥梁在建造的过程中由于材料本身的缺陷、施工的失误、使用环境的侵蚀,随着时间的延长,很多桥梁发生了破坏,每年用于维修和重建的费用逐年增加。因此对桥梁质量的检测,是避免资金浪费和减少工程事故一个非常重要的工作,该方面检测技术越来越为人们所重视。

混凝土桥梁检测技术和应用

为了保证既有桥的安全运营和尽可能延长其安全使用年限,应定期对桥梁的引道、周边环境、地基下部结构、上部结构、桥面(包括桥面铺装层、伸缩缝、人行道、栏杆、防撞设施、排水设施、照明及防雷设施)、支座等作全面查看、检测。

目前桥梁结构状况的检测是对新建和既有桥梁结构承载能力及构件的材料质量和工作性能方面所存在的损伤缺损等状况进行检测、试验、判断和评价的过程。主要内容包括两个大的方面:

1)是新建桥梁结构整体性能、功能状况检测,包括结构承载能力和使用性能鉴定;

2)是对既有桥梁运营期间的抗灾防灾能力检测,包括在使用过程中受到水灾、火灾和地震等情况下的承载能力和使用性能鉴定;再一方面就是桥梁结构材料各种性能的检测,包括材料的物理、化学和力学性能测试及产生缺陷原因的分析判断等

1、桥梁检测仪器设备和方法

桥梁检测的仪器设备、测试元件和技术是桥梁检测的重要保障,必须具有科学性和准确性。在静载、动载实验检测中主要测试内容包括作用力的大小、结构截面各种应力的分布和大小、局部结构损坏的情况和动载作用下结构的动应力、自振特性、动挠度等参数。

检测仪器包括电测试仪、光学仪器、声学仪器、机械式测试仪器、伺服式仪器等,具体的仪器有直读式的、自动纪录式、模拟式和数字式等。在桥梁检测中,要求合理选用仪器的量程、准确度、灵敏度和野外稳定性抗干扰能力,仪器尽量结构简单,轻巧方便适合携带,并且坚固耐用,含有多种用途。具体选用要根据桥梁所处的环境,具体参数的测定要求等。

经常使用的测试仪器有测力计、应变计、位移计、倾角仪、测振仪等。近年来,除常规仪器设备外,一些新型无损检测设备应用到桥梁检测中来,比如超声波成像技术[3]、红外热像技术用于检测桥梁的桩基。该技术有分辨率高、缺陷定位准确、检测结果直观、图像清晰等特点。

2、桥梁结构承载能力和使用性能的检测

新建和既有桥梁结构承载能力和使用性能的检测主要是对新建桥梁进行验收和对既有桥梁在各种灾害后评估。

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。桥梁静载试验是将静止的荷载作用在桥梁上指定的位置而测试结构的静力位移、静力应变、裂缝等参数,从而推断桥梁结构在荷载作用下的工作性能及使用性能;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、动力冲击系数等参量,从而判断桥梁结构的整体刚度与行车性能。静载试验与动载试验虽然在试验目的、测试内容等方面不同,是两种性质的试验,但对于全面分析掌握桥梁结构的工作性能是同等重要的[4]。

就试验对结构产生的后果来说,桥梁试验可分为破坏性试验和非破坏性试验。一般情况下,原型结构的破坏试验,不论在费用上还是在方法上都存在一些具体的问题,特别是在结构进入破坏阶段后试验是比较困难的,因此,鉴定性试验多为非破坏性试验。但在某些情况下,为了达到预定的试验目的,往往需要进行破坏性试验,以掌握试验结构由弹性阶段进入塑性阶段甚至破坏阶段时的结构行为、破坏形态等试验资料,此时多以模型结构为对象,在实验室内进行,以便能够较为方便可行地进行加载、控制、量测、分析,从而总结出具有普遍意义的规律,推广应用于原型结构。

按试验持续时间的长短,可分为长期试验和短期试验。鉴定性试验与一般性的研究试验多采用短期试验方法,只有那些必须进行长期观测的影响因素,如混凝土结构的收缩和徐变性能、桥梁基础的沉降等,才采用长期试验方法。此外,对于大型桥梁结构或新型桥梁结构常常采用长期观测或组织定期检测,以积累这些结构长期使用性能的资料。

3、桥梁结构混凝土材料各种性能检测

混凝土目前是我国桥梁使用的最广泛的结构材料之一,它是由水泥、砂子、石子、水、外加剂和掺和料等组成的混合材料,经过称料、搅拌、运输、浇筑、成型和养护等工序形成强度,由于其组成材料的复杂和工序的繁多,造成了混凝土凝结硬化后的物理、力学等性能可能和设计相差较大。目前,为控制混凝土的质量,我们主要从几个方面对混凝土的性能进行检测,一是检测混凝土的强度,检测是否满足设计要求;二是检测混凝土构件产生的缺陷,检测是否影响结构的承载能力;三是检测混凝土构件的几何尺寸和内部钢筋的位置数量、锈蚀状态等,检测构件的尺寸和配筋是否满足设计和规范要求;四是检测混凝土的构件的其它性能,包括建筑热工性能、防水、隔声等物理特性。

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、超声法、超声-回弹综合法、贯入法、拔出法、断裂法、钻芯样试验法等。回弹法、超声法以及二者的综合法是属于非破损试验法,是利用混凝土的一些物理量和强度的关系,来推定结构混凝土的强度,使用的仪器简单操作方便,在工程现场应用比较广泛;贯入法、拔出法、断裂法、钻芯样试验法等属于半破损方法,对结构产生一定损伤,试验数量和范围受到限制,一般选择受力较小不重要的构件进行少量的试验,对非破损方法测得的混凝土强度进行校正。

3.2构件材料缺陷的检验

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。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。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。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。还可以运用红外热像仪测混凝土构件各部分辐射红外线能量,根据构件表面的温度场分布情况所形成的热像图,直观的显示混凝土、结构物机器结合部位上存在的不连续缺陷

3.3混凝土构件的几何尺寸和内部钢筋的位置数量、锈蚀状态等检测

混凝土构件的几何尺寸可以利用简单的长度测量工具米尺等工具进行测量;混凝土内部的钢筋的检测是通过磁测法进行检测,是根据钢筋或者预埋铁件会影响磁场的方法,主要可以检测出钢筋的位置、直径、数量、箍筋的间距和混凝土保护层的厚度等参数,检测是否满足设计和规范要求;混凝土构件内部钢筋可以通过电测法检测钢筋的锈蚀状态,或者间接检测混凝土的电阻率、碱度以及侵蚀介质在混凝土的含量来检测钢筋的锈蚀状态。

3.4混凝土构件的其它性能检测

混凝土构件的热工性能、防水、隔声和地震、火灾后等物理特性可以通过各种仪器检测得来。

4、具体检测部位

4.1桥面系

桥面系包括桥面铺装、人行道、栏杆、排水设施及伸缩缝等。主要从以下几个方面进行检查:

1)桥面铺装有无裂缝、剥落、洼地积水、坑穴、波浪和鼓包;2)人行道及缘石有无剥落、破损;

3)栏杆系有无撞击损坏、松动、开裂、下挠、上拱、歪斜及构件混凝土开裂;

4)桥面排水设施有无破损、堵塞和漏水;5)伸缩缝有无破损,其功能是否正常。4.2上部结构

1)空心板梁体混凝土强度;2)空心板梁体混凝土碳化深度;3)梁体裂缝状况及分布规律等。

1)墩台裂缝状况及分布规律;

2)框架桥墩的风化、剥落、开裂、错位、下沉及水平位移或转动等情况。

4.4支座

1)支座功能是否完好;

2)组件是否完整、清洁;

3)底座、梁底、辊轴混凝土是否碎裂;

4)座板、齿板有无脱焊;

5)有无断裂、错位和脱空现象;

6)橡胶支座是否老化、变形、失效。

5、根据检测结果进行评估鉴定或加固

通过各种检测的数据结果,对检测桥梁进行评估鉴定。首先调查桥梁所处的环境和目前所处的状态,获得桥梁的养护维修和受灾害的情况;其次了解桥梁设计的情况,熟悉建筑和结构施工图,检测结构混凝土材料的性能,如上述的强度、尺寸、配筋和缺陷等性能,检测是否满足设计和规范要求;最后根据调查和材料检测的结果,建立计算模型,计算是否满足承载力和变形要求并通过静动载试验检测在桥梁荷载的作用下的工作性能。

当桥梁结构无法满足承载能力、通行能力(交通量增加、受灾后等)等要求时,需要对桥梁进行加固或技术改造。常用的加固技术方案包括减轻恒载、加固临界杆件、补充新杆件、改善原结构的受力体系或加固主要承重结构构件等,来达到提高桥梁整体承载能力的目的。常用的技术改造,包括满足承载力要求的结构补强,满足通行能力要求的桥面加宽、满足使用要求的结构受力性能改善。桥梁加固和技术改造都要结合检测数据结果来制定经济、施工可行的方案。

6、桥梁检测的应用及意义

通过对桥梁的使用状况、缺陷及损伤进行全面、细致、深入的现场检测,明确缺陷和损伤的性质、部位、严重程度及发展趋势,寻找缺陷及损伤产生的原因,以便分析、评价缺陷及损伤对桥梁使用性能和承载力的影响,为桥梁维护、加固改造设计提供及时、有针对性的第一手资料。

通过对桥梁的全面检测,系统地收集当前桥梁技术数据,积累技术资料,为充实桥梁数据库、加强桥梁科学管理和提高桥梁技术水平提供必要条件;通过合理设计检测的方法,辅以布设长期监测设备,逐步建立桥梁健康监测系统,确保桥梁长期安全运营,以发挥其最佳经济效益和社会效益。

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