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钢筋混凝土桥梁安全监测内容及主要检测方法
日期:2019-9-27 9:07:48 作者:佚名 来源:本站原创
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钢筋混凝土桥梁安全监测对于桥梁安全至关重要,通过对桥梁安全监测的内容进行分析,并提出各种检测方法,通过这些方法,均可达到桥梁安全检测的目的。

近几十年来,我国的江河上和城市内,都修建了许多特大和大、中型桥梁,包括铁路桥梁、公路桥梁、公铁两用桥和城市立交桥等。在这些工程中,钢筋混凝土构筑物不断增加,占全部桥梁的90%以上,就目前所建的桥梁结构而言,绝大部分为钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土结构。然而,混凝土材料的性能并不令人十分满意,特别是在桥梁使用环境中,耐久性往往不够好。

新建桥梁在建设中和运营管理期间,都需要进行大量常规的技术检测工作,以确保工程的设计要求和施工质量及运营安全。而同时许多早期修建的桥梁结构,由于年久失修,在外界物理及化学因素作用下,混凝土会碳化,保护层剥落及钢筋锈蚀,混凝土结构会发生老化、裂化现象,使钢筋混凝土强度和刚度受到削弱,耐久性降低,影响结构的正常使用寿命,严重时甚至发生垮塌事故。因此,如何对桥梁进行正确监测具有重要的作用。

1桥梁安全检测内容

桥梁结构的检测内容包括结构材料检测、地基基础检测和上部结构检测。

结构材料检测包括:钢材的力学性能检测,砂、石、水及水泥的检测;砂浆及混凝土的检测;断裂参数的检测:损伤力学参数的测试。对于钢筋混凝土桥梁,其材料检测主要包括结构构件材料(混凝土和钢筋)的强度、缺损和锈蚀情况等,通常采用无损检测方法。

地基基础检测内容:地基承载力检测,沉井下降时的检测;桩基检测:管柱检测。当发现墩台有沉降、倾斜、位移时,一定要对地基进行探测。对已成桥的地基检测比较困难和麻烦,可用触探和钻孔取样的方法,也可用荷载板试验,常常只是接近基础原位。对岩石地基,可在基岩的露头地点进行检验。

上部结构检测涉及:梁结构质量检测,支座与伸缩装置检测;桥面及有关设施检测。一般先通过表观检测确定桥梁的等级,再根据桥梁运营环境及有关单位的要求,进行必要的荷载试验。

2主要检测方法

2.1回弹法

利用回弹仪检测普通混凝土结构构件抗压强度的方法简称回弹法。回弹仪是一种直射锤击式仪器。回弹值的大小反映了与冲击能量有关的回弹能量,而回弹能量显示了混凝土表层硬度与混凝土抗压强度之间的函数关系,反过来说,混凝土强度是以回弹值R为变量的函数。由于混凝土的抗压强度与其表面硬度之间存在一定的关系,因此,混凝土强度的测定实际上是测定混凝土表面的硬度,根据二者之间的关系可推算出混凝土的强度。

在用回弹仪进行测定时,根据重锤打击混凝土表面后的回弹数值来确定混凝土的强度。回弹值与混凝土表面的硬度存在一定的函数关系,而混凝土表面的硬度又因混凝土强度的高低而有不同。混凝土抗压强度与回弹值、混凝土表面碳化深度有关。回弹法反映混凝土表层的厚度约为3cm,对测定结果起决定作用的厚度是1.5cm。因此这种方法不能反映混凝土内部的质量,在使用中有一定局限性,目前仅作为粗略测定短龄期混凝土构件强度的一种简便快速的方法。但这种方法与超声波法综合使用时。对于提高测试精度却有显著的效果。利用回弹法测定混凝土的质量由于操作简单,设备携带方便,因此在国内外广泛应用于工业与民用建筑、桥梁工程和一般构筑物混凝土强度的评定以及结构混凝土的匀质性评定。

2.2超声波法

通过超声波法实践发现,超声波在混凝土中传播的声速与混凝土强度值有密切的关系,于是,超声波法由检测混凝土缺陷,扩展到检测混凝土强度,其原理就是声速与混凝土的弹性性质有密切关系,而混凝土弹性性质在相当程度上可以反映强度的大小。根据上述分析,可以通过试验建立混凝土中超声声速与混凝土的相关关系,它是一种经验公式,与混凝土强度等级、混凝土成分、试验数量等因素有关,混凝土中超声声速与混凝土强度之间通常呈非线性关系,在一定强度内也可采用线性关系。利用超声波法确定混凝土强度是用公式Rc=aebvc来实现的,亦即将实测的超声波传播速度K转换成混凝土的抗压强度Rc,公式中的a,b为常数。显而易见,混凝土内超声波传播速度受许多因素影响,如混凝土内钢筋配置方向影响、不同骨料及粒径影响、混凝土水灰比、龄期及养护条件影响以及混凝土强度等级影响。该法既可检测混凝土缺陷,又能检测混凝土强度。实践证明,采用该法检测灌注桩混凝土的质量准确无误。

2.3拔出法

所谓拔出法是指将安装在混凝土中的锚固件拔出,测出极限拔出力,利用事先建立的极限拔出力和混凝土强度间的相关关系,推定被测混凝土结构构件的混凝士强度的方法。这种方法是一种微破损检测混凝土强度的方法,国际上已有50年的历史,方法比较成熟。拔出法分为两类:一类是预埋(或先装)拔出法,即将预埋入混凝土中的锚固件从混凝土中拔出,并用测力计测量拔出时的力;另一类是后装拔出法,即在已硬化的混凝土上钻孔,再锚入锚固件进行拔出试验。拔出法可以用来测定后张法施加预应力时、模板和支撑拆除时、冬季施工防护和养护结束时的结构混凝土或混凝土构件的混凝土强度。

2.4无损与其它局部破损法的结合

局部破损检测方法,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,直接钻取芯样、拔出混凝土锥体等手段检测混凝土强度或缺陷的方法。无损检测的最大优点是不破损结构而能获得大量的数据,但有一定的误差。而局部破损方法可以直接从被测结构混凝土中钻

取芯样时拔出一混凝土锥体,能较直观、可靠地获得数据。但由于钻芯要破损一部分结构,需进行修补,不宜用于大面积的检测,而且价格也比较贵。因此,充分利用这两种方法的长处,在某些特殊情况下,能发挥其突出的优越性。

3构件材料缺损的检验

桥梁缺损状况是指桥梁各部分结构及各构件材料、裂缝、变形位移等等缺陷的严重程度。它是衡量桥梁技术状况的重要指标,是桥梁养护与管理部门联系桥梁养护维修需求,选择养护维修对策,进行项目优先排序的主要依据。混凝土构件中常见的缺损有裂缝、碎裂、剥落、蜂窝、空洞、环境侵蚀和钢筋锈蚀等。

(1)目视检查的辅助方法

众多构件普遍外漏的缺损,可借助于适当的工具或量具等辅助设备进行目视检测。

(2)超声波探伤技术

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

(3)声波检测法

该法也是一般检查中常用的手段。用锤敲击构件听其声音的差异来判断构件是否损坏,这是简便的人工检查方法。

(4)雷达检测技术

使用脉冲雷达的电磁回波法能检测具有沥青覆盖层的混凝土桥面板。

4钢筋锈蚀检测

钢筋混凝土构件,是将钢筋置于混凝土中,利用混凝土的高碱性,在钢筋表面形成一保护层,避免钢筋锈蚀。若保护层因混凝土裂缝致使氧气、水汽侵入,变为氧化铁,即为锈蚀。濒海地区的桥梁,若未加厚保护层,将因海水的侵蚀,易使混凝土构件中的钢筋锈蚀,并造成构件的混凝土剥落,破坏混凝土构件。

钢筋混凝土构件中钢筋虽不易锈蚀,但若发现锈蚀时,则该构件已严重破坏。所以桥梁检测时,钢筋锈蚀为检测重点之一。钢筋锈蚀是钢筋混凝土构件破坏的主要原因。钢筋锈蚀时体积会膨

胀,推挤混凝土,致使混凝土承受拉力而裂开剥落,使钢筋暴露于大气中,加速生锈,并造成钢筋混凝土构件的劣化。钢筋锈蚀后,钢筋断面面积将减少,强度降低,又促使混凝土进一步破损,并影响结构物的耐久性。

造成钢筋锈蚀的主要原因有:①钢筋受湿气及氧气的作用;②混凝土中性化;③钢筋表面氯离子含量高;④保护层厚度不足和混凝土开裂等缺损。

对钢筋锈蚀的评定技术可分为直接评定和间接评定两种。

5桥梁结构安全检测的动力响应法

当车辆在桥面上行驶时,桥梁会发生振动。当桥梁发生病害时,其动力响应值会增大。因此,在桥梁的关键部位,如桥墩底部,布置一些诸如加速度计、速度传感器和应变传感器之类的拾振器,测量桥梁的动力响应,通过信号调理后记录分析,判断响应值是否超过允许值或超过多少,由此对桥梁安全性进行评判。

当列车以一定速度通过桥梁时,车辆竖向载重将对桥梁结构产生动力作用。引起动力作用的主要原因有:①活荷载以一定速度通过的动力效应;②轨道面不平顺引起的动力效应;③车辆荷载系列引起的动力效应。

在移动车辆和荷载作用下,桥梁结构中产生的应力或挠度大于车辆在静止状态下产生的应力或挠度,此项应力或挠度的增量称为动力影响,它与静止状态下的应力或挠度之比,称为动力系数。在桥梁设计规范中,通常把动力影响称为车辆荷载对桥梁结构的冲击系数或动力系数。美国用1+IM表示,英国和印度用l+I表示,前苏联和我国用1+μ表示。根据现行《桥规》,桥梁设计中关于桥梁动力系数1+μ一般采用下式:

钢筋混凝土或预应力混凝土桥梁:·

(1+μ)=1+9/(30+L)

钢与混凝土板的结合梁:

(1+μ)=1+17/(40+L)

当桥梁发生病害时,动力系数必然会增大。用电阻应变片或红外线挠度仪可测量桥梁的动、静应力和动、静挠度信号,然后利用信号采集系统采集信号,采用专用软件检测和记录车辆行驶引起的时程应力和时程挠度并计算动力系数,分析动力系数是否超过允许值,从而可对桥梁的局部或整座桥梁的安全状态做出评估。

车辆荷载作用下测定结构的动力系数应满足如下关系式;

(δmax-1)ηdym≤δ0-1

式中:

δmax一实测最大动力系数;

ηdym一动力试验荷载效率;

δ0一设计取用动力系数。

动力系数法的特点是方法简单,传感器易于安装;可进行长期的在线监测和通过网络实现远距离操作:对环境无污染,成本较低。

6结论

桥梁结构由于其复杂性和特殊性,故对其不仅要进行上部结构检测和地基基础检测,而且还要进行结构材料检测,只有全面检测才能保证其安全运营。


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