公路橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)研究
2013-04-16 來源：維普網(wǎng)
橋梁結(jié)構(gòu)狀況的檢測(cè)是對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)及部件的材料質(zhì)量和工作性能方面所存在的缺損狀況進(jìn)行詳細(xì)檢測(cè)、試驗(yàn)、判斷和評(píng)價(jià)的過程。主要內(nèi)容包括兩個(gè)大的方面：一方面是橋梁結(jié)構(gòu)（上、下部結(jié)構(gòu)）整體性能、功能狀況鑒定，包括結(jié)構(gòu)承載能力（強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性）的鑒定、橋梁抗洪能力的鑒定；另一方面是結(jié)構(gòu)材料缺損狀況的診斷，包括材料損壞程度檢測(cè)，材料的物理、化學(xué)和力學(xué)性能測(cè)試及缺損原因的分析判斷等。
1、橋梁結(jié)構(gòu)整體性能、功能狀況鑒定
公路橋梁結(jié)構(gòu)的整體性能檢測(cè)，按照受力狀態(tài)可分為靜載試驗(yàn)和動(dòng)載試驗(yàn)；按照試驗(yàn)持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)短分為瞬時(shí)試驗(yàn)及長(zhǎng)期試驗(yàn)。在靜載作用下，一般要測(cè)定作用力的大?。òo荷載、支座反力、推力等的大?。?gòu)件的內(nèi)力（包括彎矩、軸向力、剪力、扭矩等）、斷面上各種應(yīng)力的分布狀態(tài)及其大小、各種變形（包括撓度、相對(duì)位移、轉(zhuǎn)角等）以及局部損壞現(xiàn)象（如裂紋的分布及其大小等）；在動(dòng)荷載作用下，一般要測(cè)定動(dòng)荷載的大小、頻率和變化及構(gòu)件的動(dòng)應(yīng)力、結(jié)構(gòu)的自振頻率、動(dòng)撓度、衰減特性及其加速度等。
1．1．機(jī)械檢測(cè)技術(shù)
機(jī)械測(cè)試儀器一般有杠桿、齒輪、軸、彈簧、指針和度盤等部件。它主要由四大部分組成：傳感機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)、指示機(jī)構(gòu)和機(jī)體保護(hù)部分。
傳感機(jī)構(gòu)的功能是直接感受被測(cè)量的構(gòu)件變化，并把這種變化傳到轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)、在接觸式機(jī)械量測(cè)儀器中，這部分常常是測(cè)桿及彈簧；對(duì)于張線式機(jī)械量測(cè)儀器，則常常是鼓輪一類的機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的功能是把傳感機(jī)構(gòu)傳來的被量測(cè)構(gòu)件的變化轉(zhuǎn)化為長(zhǎng)度的變化，并且把它放大或縮小，或者改變方向，如百分表中的大小齒輪及彈簧。
指示機(jī)構(gòu)的功能，是將經(jīng)過轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為長(zhǎng)度并加以放大、縮小或改變方向之后的變化用一定形式表現(xiàn)出來。一般常由指針和度盤組成。
機(jī)體保護(hù)部分的功能是把各組成部分連接成整體，使之保護(hù)儀器不受周圍環(huán)境的影響。
機(jī)械測(cè)試儀器的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作，工作可靠，經(jīng)濟(jì)耐久，可重復(fù)使用，對(duì)周圍環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)，但靈敏度不高，放大能力有限，較笨重。
1．2 電測(cè)技術(shù)
電測(cè)法的原理是，通過一定的傳感元件把所測(cè)的機(jī)械量（應(yīng)變變化）轉(zhuǎn)化為電量（電阻變化），再通過一定的儀器把電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓（電流）的變化并加以放大，然后按機(jī)械量給出指示。這里所說的傳感元件就是電阻應(yīng)變片，測(cè)量?jī)x器就是電阻應(yīng)變儀。在工程試驗(yàn)中最常用的是電阻應(yīng)變測(cè)試技術(shù)，它是試驗(yàn)應(yīng)力分析中重要的方法之一。從1938年首次出現(xiàn)金屬電阻絲粘貼式傳感元件到現(xiàn)在，已形成一套使用方位、運(yùn)用性強(qiáng)、比較完備的測(cè)試儀器。
1．3 超聲波檢測(cè)技術(shù)
聲波檢測(cè)技術(shù)是近年來發(fā)展非常迅速的一項(xiàng)實(shí)用技術(shù)。超聲波是一種頻率高于人耳能聽到的頻率的聲波，其頻率超過了20 kHz。它的基本原理是用人工的方法在工程材料或結(jié)構(gòu)中激出一定頻率的彈性波，這種彈性波以各種波形在材料與結(jié)構(gòu)內(nèi)部傳播并由接收儀器接收。在物體內(nèi)部傳播的彈性波的波速、振幅、頻率及波形等波動(dòng)特性參數(shù)與物體的力學(xué)參數(shù)（如動(dòng)彈性模量、動(dòng)泊松比、動(dòng)剪切模量及物體內(nèi)部的應(yīng)力分布狀態(tài)）有直接的關(guān)系。此外，波動(dòng)傳播參數(shù)還與物體內(nèi)部的缺陷（如斷裂面、孔洞的大小、形狀和分布）等有關(guān)。通過分析研究被接收記錄下來的彈性波信號(hào)，可以了解材料與結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和缺陷。聲波檢測(cè)技術(shù)比其他檢測(cè)方法輕便、靈活，可以在大范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)試等一系列優(yōu)點(diǎn)，目前在鉆孔灌注樁及路面質(zhì)量檢驗(yàn)中得到廣泛的應(yīng)用。
1．4 射線檢測(cè)技術(shù)
射線是同位素或核子散發(fā)的一種無形的能束，而同位素中的某些元素所散發(fā)的能束與土壤的密度與水分有著十分密切的關(guān)系，而且具有十分明顯的規(guī)律性，射線檢測(cè)技術(shù)就是利用了某些同位素的這種特性。國(guó)內(nèi)外的一些專家設(shè)計(jì)了核子檢測(cè)儀，用于土壤密實(shí)度與土壤含水量的測(cè)定。
用于土壤密實(shí)度與含水量測(cè)定的射線檢測(cè)技術(shù)，一般有四種結(jié)構(gòu)類型：1）散射插入型；2）透射插入型；3）透射表面型；4）散射表面型。
射線是一種放射性物質(zhì)，對(duì)人體的健康不利。在利用射線原理檢測(cè)路基路面的物理指標(biāo)時(shí)，對(duì)檢測(cè)裝置或設(shè)計(jì)的檢測(cè)儀器的射線源一定要進(jìn)行有效的防護(hù)，將射線對(duì)人體的影響控制在最低的程度。這是核子儀在設(shè)計(jì)時(shí)所必須考慮的關(guān)鍵問題。
2、橋梁結(jié)構(gòu)材料缺損狀況診斷
2．1 混凝土強(qiáng)度測(cè)定
對(duì)于混凝土強(qiáng)度的測(cè)定，目前的測(cè)試方法主要有回彈法（表面硬度法）、超聲波法、超聲一回彈綜合法、貫入法、斷裂法、取芯樣試驗(yàn)法等?；貜椃ǔ暡ǚㄒ约岸叩木C合法是屬于非破損試驗(yàn)法，應(yīng)用比較廣泛。對(duì)于這三種方法，它們的測(cè)試結(jié)果平均誤差約為9％ ±7％，但是綜合法要好一些。對(duì)于齡期在90 d以上的混凝土，采用回彈法時(shí)要考慮混凝土表面碳化深度的修正?；炷恋臐穸葘?duì)回彈值和超聲波脈沖速度都具有一定的影響。
2．2 構(gòu)件材料缺陷的檢驗(yàn)
2．2．1 目測(cè)法
構(gòu)件中常見的缺損有裂縫、碎裂、剝落、層離、蜂窩、空洞、環(huán)境侵蝕和鋼筋銹蝕等。其中，構(gòu)件外鰭的缺損，可以借助于適當(dāng)?shù)墓ぞ呋蛄烤叩容o助設(shè)備進(jìn)行目視檢測(cè)。
2．2．2 超聲波探傷技術(shù)
超聲波脈沖速度法可以用于探查鋼材、焊縫和混凝土中存在的裂縫、空洞、夾渣和火災(zāi)損傷等。
2．2．3 聲波檢測(cè)法
聲波檢測(cè)法是指用工具敲擊構(gòu)件，聽其聲音的差異來判斷構(gòu)件是否存在破損，這種方法比較簡(jiǎn)便，是一般檢查中常用的手段。
2．2．4 雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)
使用脈沖雷達(dá)的電磁回波法是檢測(cè)具有瀝青覆蓋層的混凝土橋面板的有效方法。
2．2．5 鋼筋銹蝕的評(píng)價(jià)技術(shù)
對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由于?昆凝土的密實(shí)度、滲水性、含水量、含氯鹽量、碳化深度、保護(hù)層厚度不足和開裂等問題的存在，鋼筋的銹蝕是普遍存在的，而鋼筋的銹蝕會(huì)使混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)一步破損甚至破壞。下面介紹一些鋼筋銹蝕的評(píng)定技術(shù)。
1）鋼筋銹蝕評(píng)定的直接技術(shù)。a．電阻探測(cè)技術(shù)：根據(jù)金屬板銹蝕后會(huì)變薄，電阻變大的原理進(jìn)行探測(cè)。b．線性極化探測(cè)技術(shù)：根據(jù)電化動(dòng)力學(xué)原理，測(cè)量試驗(yàn)電極間的微小電流。c．半電池電位測(cè)量法：通過與一個(gè)已知的并保持常量的基準(zhǔn)電極的極電位相比較，能有效的測(cè)量混凝土中鋼筋的極電位。便于現(xiàn)場(chǎng)原位檢測(cè)，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)定中被廣泛應(yīng)用。上述三種方法中，前兩種只適用于新建的橋梁結(jié)構(gòu)，而第三種方法既可以應(yīng)用于新建橋梁的檢測(cè)，也可以應(yīng)用于舊橋的檢測(cè)加固。
2）鋼筋銹蝕評(píng)定的間接技術(shù)。a．用保護(hù)層測(cè)定儀檢測(cè)鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度是否滿足要求。b．測(cè)定混凝土的電阻率。通常取四電極法進(jìn)行測(cè)量。c．測(cè)試混凝土中的氯離子含量，評(píng)定氯鹽對(duì)鋼筋的銹蝕。d．現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試混凝土的碳化深度，用2％的酚酞酒精溶液噴灑在混凝土的新鮮斷口處。pH≥i0時(shí)，酚酞呈現(xiàn)紫紅色說明混凝土并未碳化；pH>10時(shí)，則酚酞保持無色，說明混凝土已經(jīng)碳化，失去了對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，則鋼筋有可能被銹蝕了。
3、結(jié)語
傳統(tǒng)的橋梁檢測(cè)方法主要依賴于動(dòng)靜載試驗(yàn)和檢測(cè)人員的現(xiàn)場(chǎng)目測(cè)，輔以混凝土硬度實(shí)驗(yàn)、超聲波探測(cè)、腐蝕作用實(shí)驗(yàn)等多種檢測(cè)手段。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，橋梁結(jié)構(gòu)的無損檢測(cè)技術(shù)更是出現(xiàn)了前所未有的發(fā)展勢(shì)態(tài)，出現(xiàn)了大批新的檢測(cè)方法和檢測(cè)手段。
