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【摘 要】 随着我国公路桥梁事业的发展,新建高速公路桥梁越来越多,与此同时公路桥梁所负荷的重量在不断增加,加之许多桥梁修建时间较早,因此出现大部分在用桥梁的路面损伤情况日益加重的现象,公路桥梁渐渐进入了养护维修阶段。
针对此情况本文对公路桥梁检测技术与应用做简要概述。
【关键词】 公路桥梁;检测技术
桥梁结构检测主要是对桥梁技术状况的调查,即桥梁缺陷,损伤的性质、部位,严重程度及发展趋势,并找出产生缺陷和损伤的主要原因,分析和评论其对桥梁质量和使用承载能力的影响,为桥梁维修和加固设计提供可靠的技术数据和依据。
一、概述
1.根据国内公路桥梁的损伤情况分析,目前公路桥梁损伤的主要因素有3个方面:
(1)早期公路桥梁的设计荷载标准偏低,宽度不足,桥梁的质量在湿度变化、温度变化、风、雨、洪水以及冰冻等环境因素以及自然因素的影响下不断降低;
(2)早期公路桥梁的设计理论较为保守且不够全面,存在设计偏差,设计方面的不足难以保证公路桥梁的建设质量,且早期由于技术水平限制施工质量要求较低,导致工程质量不高;
(3)随着我国公路桥梁事业的发展,公路桥梁所负荷的重量在不断增加,而公路桥梁结构、性能由于超载运营、撞击、地震等重大损失而发生改变;
(4)国内公路桥梁的建设业发展速度过快,涌现出大量较复杂的高架桥、立交桥以及大跨度桥等,然而,尚未成熟的桥梁施工质量以及设计技术导致公路桥梁在建设以及使用中不断出现新的事故;
2.桥梁检测内容
(1)常规定期检测:包括桥面系检测、上部结构检测、下部结构检测。
(2)结构定期检测:包括混凝土强度检测、混凝土碳化深度检测、钢筋位置及混凝土保护层厚度检测。
(3)水下构件检测:对水下桩基混凝土脱落、裂纹、露筋、空洞、机械损伤等病害进行探查,并录像。
(4)承载能力鉴定:通过承载能力鉴定判定现阶段桥梁的承载能力能否满足设计要求。
(5)长期监控点布设及首次观测:为了长期观测桥梁墩台、主梁在车辆作用下的变位情况,从而对桥梁的安全性进行分析,在桥梁关键位置布置监测点,并对监测点进行首次观测。
二、公路桥梁检测的主要技术
1.外观检查
通过外观的检查可以分析判断桥梁病害产生的原因。外观检查通常可以根据桥型确定调查的要点,包括端部的斜裂缝,跨中部位的裂缝、挠度,构件的外观质量,主梁连接部位的状况,墩的位移,拱顶裂缝等等。
2.混凝土检测
公路桥梁构件中常见的蜂窝、裂缝、空洞和环境侵蚀等缺陷,仅靠外观检查是难以发现的,因此常用一些无损探测方法检测,主要有超声波检测法和雷达检测技术。
(1)超声波检测技术
超声波是一种频率高于人耳能听到的频率(20Hz~20KHz)的声波。波速法是超声波检测水泥路面路基状态的最基本的方法。利用超声波在物体中的多种传播特性,例如反射与折射、衍射与散射、衰减、谐振以及声速等的变化,可以测知构件的尺寸、表面与内部缺陷、组织变化等等。超声波检测技术的原理是采用人工的方法在工程结构或是材料中激发出一定频率的弹性波,物体内部的缺陷会对波动传播造成影响,产生不同的波形频率、振幅以及波速等波动特性,不同接收仪器接收到不同的波信号,对这些弹性波信号进行准确的研究后,便可以掌握结构和材料的力学特性和缺陷。
(2)雷达检测技术
雷达检测技术具有无损、快速、简易、精度高等突出优点,我国于20世纪90年代开始应用于公路桥梁工程施工和养护质量的监控以及检测中。雷达检测技术实质上是一种高频电磁波发射与接收技术。雷达波由自身激振产生,直接向路面路基发射射频电磁波,通过波的反射与接收获得路面路基的采样信号,再经过硬件、软件及图文显示系统得到检测结果。
3.钢筋锈蚀的检测技术
混凝土的含水量、渗水性、密实度、碳化深度、含氯盐量、保护层厚度和开裂等缺损会导致钢筋锈蚀,反之,一旦钢筋锈蚀,又会促使混凝土进一步破损。
通过简单的外观检查、敲击检查可以检测程度较重的钢筋锈蚀现象。其他检测方法包括电化学法,物理法以及半电池自然电位法。
(1)电化学法
电化学法是根据钢筋锈蚀的电化学特性,通过一定的检测方法来测定电参数,总结不同锈蚀情况下相应的规律,从而确定钢筋的锈蚀程度或速度。目前该类方法主要有自然电位法、交流阻抗法、线性极化法、混凝土表面电阻率法、恒电量法、电化学噪声法等。
(2)物理法
物理法主要是通过测定与钢筋锈蚀相关的电阻、电磁、热传导、声波传播等物理特性的变化来反映钢筋的锈蚀状况。常用方法有电阻棒法、渦流探测法、射线法、声发射探测法等。该类方法的优点是操作方便,受环境的影响较小。缺点是容易受到混凝土中其它损伤因素的干扰,而且建立物理测定指标和钢筋锈蚀量之间的对应关系比较困难。物理法目前主要处于理论研究阶段,未见用于现场检测。
(3)半电池自然电位法
位于离子环境中的钢筋可以视为一个电极,锈蚀反应发生后,钢筋电极的电势发生变化,电位大小直接反映钢筋锈蚀情况。钢筋电极只具有电池的一半特征,所以被称为半电池。在混凝土表面放置一个电势恒定的参考电极,和钢筋电极构成一个电池体,就可以通过测定钢筋电极和参考电极之间的相对电势差得到钢筋电极的电位分布情况。总结电位分布和钢筋锈蚀间的统计规律,就可以通过电位测量结果判定钢筋锈蚀情况。该方法操作简单、测试速度快,便于连续测量和长时间跟踪,在各国应用都比较广泛,也是目前国内使用最多的测试方法。
4.结构性能状况检测
当桥梁不能获得详细资料时,需要通过静力或动力试验进行检测,准确地反映结构受力性能状况。常用的结构性能检测方法有静力试验与动力试验两种。 (1)静载试验
桥梁静载试验是将静止的荷载作用在桥梁的指定位置上,检测桥梁结构的静力位移、静力应变、裂缝、沉降等静态参量的试验项目,然后根据相关规范和规程的指标,判断桥梁结构的承载能力以及在荷载作用下的工作性能。桥梁静载试验测量装置主要是机械式仪表测量装置和电阻应变测量装置。
(2)动载试验
桥梁动载试验则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、動力冲击系数、动力响应(加速度、动挠度)等动态参量的试验项目,从而宏观的判断桥梁结构的整体刚度与运营性能。动载试验是最基本的动力测定方法,它以应用理论和试验为基础,对桥梁的震动问题进行检测的主要方法,主要包括桥梁结构的动力特性检测、动载响应的试验等。
不论是静载试验还是动载试验,测点布置都是试验进行的重要步骤。恰当的测点布置可以准确的反应结构的损坏情况。测点布置时主要测点的布设不宜过多,但要保证观测质量。有条件时,同一测点可用不同的测试方法进行校对。对主要测点的布设应能控制结构的最大应变和最大挠度(或位移),一般在桥梁的内力和附加控制界面,并在桥梁的上部选择一些具有代表性的不稳设置检测点,保证这些检测点的检测结构能够反映出整个控制面的情况。
5.其他先进检测技术
路桥梁检测是一项复杂而巨大的工程,为了保证公路桥梁的质量,不仅需要专业人员的细致工作,还要有先进的检测技术为支撑。
(1)射线检测技术
射线检测技术是利用射线透过被检物体时,有缺陷部位与无缺陷部位对射线上的吸收能力不同来检测缺陷。通常其主要有透射插入型、散射插入型、散射表面型以及透射表面型四种结构类型的检测技术。
(2)无线电检测技术
桥梁结构的裂缝的扩大程度较细微,而桥梁结构表面的扩大会随着释放出的能量为产生应力波。无线电检测技术可以确定一定数量的应力波以及相应的准确位置。
(3)新型传感器
国内外已开发的传感器有多种,例如光纤光栅问题传感器、三向加速度计、磁通量传感器与超声波三向风速仪等。
三、结语
现阶段,社会发展所要求的公路桥梁施工质量与承载能力不断升高,因此,要不断的改进公路桥梁相关的检测技术,在传统的现场目测和动静载试验的方法上,积极采用无损检测技术,及时发现产生缺陷和损伤的主要原因,为桥梁维修和加固设计提供可靠的技术数据,从而保持桥梁的质量,维护正常的交通运行。
参考文献:
[1]王鑫.浅析公路桥梁检测技术分析及其应用[J].江西建材,2013.12.
[2]黎晓东.公路桥梁检测技术与应用[J].交通标准化,2013.02.
[3]谢淑琴.公路桥梁结构检测技术研究[J].科技创新与应用,2013.12.
针对此情况本文对公路桥梁检测技术与应用做简要概述。
【关键词】 公路桥梁;检测技术
桥梁结构检测主要是对桥梁技术状况的调查,即桥梁缺陷,损伤的性质、部位,严重程度及发展趋势,并找出产生缺陷和损伤的主要原因,分析和评论其对桥梁质量和使用承载能力的影响,为桥梁维修和加固设计提供可靠的技术数据和依据。
一、概述
1.根据国内公路桥梁的损伤情况分析,目前公路桥梁损伤的主要因素有3个方面:
(1)早期公路桥梁的设计荷载标准偏低,宽度不足,桥梁的质量在湿度变化、温度变化、风、雨、洪水以及冰冻等环境因素以及自然因素的影响下不断降低;
(2)早期公路桥梁的设计理论较为保守且不够全面,存在设计偏差,设计方面的不足难以保证公路桥梁的建设质量,且早期由于技术水平限制施工质量要求较低,导致工程质量不高;
(3)随着我国公路桥梁事业的发展,公路桥梁所负荷的重量在不断增加,而公路桥梁结构、性能由于超载运营、撞击、地震等重大损失而发生改变;
(4)国内公路桥梁的建设业发展速度过快,涌现出大量较复杂的高架桥、立交桥以及大跨度桥等,然而,尚未成熟的桥梁施工质量以及设计技术导致公路桥梁在建设以及使用中不断出现新的事故;
2.桥梁检测内容
(1)常规定期检测:包括桥面系检测、上部结构检测、下部结构检测。
(2)结构定期检测:包括混凝土强度检测、混凝土碳化深度检测、钢筋位置及混凝土保护层厚度检测。
(3)水下构件检测:对水下桩基混凝土脱落、裂纹、露筋、空洞、机械损伤等病害进行探查,并录像。
(4)承载能力鉴定:通过承载能力鉴定判定现阶段桥梁的承载能力能否满足设计要求。
(5)长期监控点布设及首次观测:为了长期观测桥梁墩台、主梁在车辆作用下的变位情况,从而对桥梁的安全性进行分析,在桥梁关键位置布置监测点,并对监测点进行首次观测。
二、公路桥梁检测的主要技术
1.外观检查
通过外观的检查可以分析判断桥梁病害产生的原因。外观检查通常可以根据桥型确定调查的要点,包括端部的斜裂缝,跨中部位的裂缝、挠度,构件的外观质量,主梁连接部位的状况,墩的位移,拱顶裂缝等等。
2.混凝土检测
公路桥梁构件中常见的蜂窝、裂缝、空洞和环境侵蚀等缺陷,仅靠外观检查是难以发现的,因此常用一些无损探测方法检测,主要有超声波检测法和雷达检测技术。
(1)超声波检测技术
超声波是一种频率高于人耳能听到的频率(20Hz~20KHz)的声波。波速法是超声波检测水泥路面路基状态的最基本的方法。利用超声波在物体中的多种传播特性,例如反射与折射、衍射与散射、衰减、谐振以及声速等的变化,可以测知构件的尺寸、表面与内部缺陷、组织变化等等。超声波检测技术的原理是采用人工的方法在工程结构或是材料中激发出一定频率的弹性波,物体内部的缺陷会对波动传播造成影响,产生不同的波形频率、振幅以及波速等波动特性,不同接收仪器接收到不同的波信号,对这些弹性波信号进行准确的研究后,便可以掌握结构和材料的力学特性和缺陷。
(2)雷达检测技术
雷达检测技术具有无损、快速、简易、精度高等突出优点,我国于20世纪90年代开始应用于公路桥梁工程施工和养护质量的监控以及检测中。雷达检测技术实质上是一种高频电磁波发射与接收技术。雷达波由自身激振产生,直接向路面路基发射射频电磁波,通过波的反射与接收获得路面路基的采样信号,再经过硬件、软件及图文显示系统得到检测结果。
3.钢筋锈蚀的检测技术
混凝土的含水量、渗水性、密实度、碳化深度、含氯盐量、保护层厚度和开裂等缺损会导致钢筋锈蚀,反之,一旦钢筋锈蚀,又会促使混凝土进一步破损。
通过简单的外观检查、敲击检查可以检测程度较重的钢筋锈蚀现象。其他检测方法包括电化学法,物理法以及半电池自然电位法。
(1)电化学法
电化学法是根据钢筋锈蚀的电化学特性,通过一定的检测方法来测定电参数,总结不同锈蚀情况下相应的规律,从而确定钢筋的锈蚀程度或速度。目前该类方法主要有自然电位法、交流阻抗法、线性极化法、混凝土表面电阻率法、恒电量法、电化学噪声法等。
(2)物理法
物理法主要是通过测定与钢筋锈蚀相关的电阻、电磁、热传导、声波传播等物理特性的变化来反映钢筋的锈蚀状况。常用方法有电阻棒法、渦流探测法、射线法、声发射探测法等。该类方法的优点是操作方便,受环境的影响较小。缺点是容易受到混凝土中其它损伤因素的干扰,而且建立物理测定指标和钢筋锈蚀量之间的对应关系比较困难。物理法目前主要处于理论研究阶段,未见用于现场检测。
(3)半电池自然电位法
位于离子环境中的钢筋可以视为一个电极,锈蚀反应发生后,钢筋电极的电势发生变化,电位大小直接反映钢筋锈蚀情况。钢筋电极只具有电池的一半特征,所以被称为半电池。在混凝土表面放置一个电势恒定的参考电极,和钢筋电极构成一个电池体,就可以通过测定钢筋电极和参考电极之间的相对电势差得到钢筋电极的电位分布情况。总结电位分布和钢筋锈蚀间的统计规律,就可以通过电位测量结果判定钢筋锈蚀情况。该方法操作简单、测试速度快,便于连续测量和长时间跟踪,在各国应用都比较广泛,也是目前国内使用最多的测试方法。
4.结构性能状况检测
当桥梁不能获得详细资料时,需要通过静力或动力试验进行检测,准确地反映结构受力性能状况。常用的结构性能检测方法有静力试验与动力试验两种。 (1)静载试验
桥梁静载试验是将静止的荷载作用在桥梁的指定位置上,检测桥梁结构的静力位移、静力应变、裂缝、沉降等静态参量的试验项目,然后根据相关规范和规程的指标,判断桥梁结构的承载能力以及在荷载作用下的工作性能。桥梁静载试验测量装置主要是机械式仪表测量装置和电阻应变测量装置。
(2)动载试验
桥梁动载试验则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、動力冲击系数、动力响应(加速度、动挠度)等动态参量的试验项目,从而宏观的判断桥梁结构的整体刚度与运营性能。动载试验是最基本的动力测定方法,它以应用理论和试验为基础,对桥梁的震动问题进行检测的主要方法,主要包括桥梁结构的动力特性检测、动载响应的试验等。
不论是静载试验还是动载试验,测点布置都是试验进行的重要步骤。恰当的测点布置可以准确的反应结构的损坏情况。测点布置时主要测点的布设不宜过多,但要保证观测质量。有条件时,同一测点可用不同的测试方法进行校对。对主要测点的布设应能控制结构的最大应变和最大挠度(或位移),一般在桥梁的内力和附加控制界面,并在桥梁的上部选择一些具有代表性的不稳设置检测点,保证这些检测点的检测结构能够反映出整个控制面的情况。
5.其他先进检测技术
路桥梁检测是一项复杂而巨大的工程,为了保证公路桥梁的质量,不仅需要专业人员的细致工作,还要有先进的检测技术为支撑。
(1)射线检测技术
射线检测技术是利用射线透过被检物体时,有缺陷部位与无缺陷部位对射线上的吸收能力不同来检测缺陷。通常其主要有透射插入型、散射插入型、散射表面型以及透射表面型四种结构类型的检测技术。
(2)无线电检测技术
桥梁结构的裂缝的扩大程度较细微,而桥梁结构表面的扩大会随着释放出的能量为产生应力波。无线电检测技术可以确定一定数量的应力波以及相应的准确位置。
(3)新型传感器
国内外已开发的传感器有多种,例如光纤光栅问题传感器、三向加速度计、磁通量传感器与超声波三向风速仪等。
三、结语
现阶段,社会发展所要求的公路桥梁施工质量与承载能力不断升高,因此,要不断的改进公路桥梁相关的检测技术,在传统的现场目测和动静载试验的方法上,积极采用无损检测技术,及时发现产生缺陷和损伤的主要原因,为桥梁维修和加固设计提供可靠的技术数据,从而保持桥梁的质量,维护正常的交通运行。
参考文献:
[1]王鑫.浅析公路桥梁检测技术分析及其应用[J].江西建材,2013.12.
[2]黎晓东.公路桥梁检测技术与应用[J].交通标准化,2013.02.
[3]谢淑琴.公路桥梁结构检测技术研究[J].科技创新与应用,2013.12.