鋼筋混凝土橋梁怎么檢測
來源:未知 日期:2022-02-28 閱讀()
隨著我國公路橋梁事業(yè)的發(fā)展,新建高速公路及橋梁越來越多,同時既有的許多橋梁亦逐漸進入了養(yǎng)護維修階段,有關專家認為橋梁使用超過25年以上則進入老化期,據(jù)統(tǒng)計,我國橋梁總數(shù)的40%已經屬于此范疇,均屬“老齡”橋梁·而且隨著時間的推移,其數(shù)量還在不斷增長,橋梁管理者對橋梁的養(yǎng)護已日益重視。
為了適應公路運輸載重量不斷發(fā)展的要求,充分利用現(xiàn)有的公路橋梁,使之能繼續(xù)安全地為公路運輸服務,根據(jù)交通部頒布的《公路養(yǎng)護技術規(guī)范》要求,必須對橋梁進行鑒定。與此同時,新材料、新工藝、新結構形式的采用也越來越多,為了積累這方面的工程經驗我們有必要做一些檢測工作,當然還有那些因為工期、采用劣質材料、施工方法不當?shù)仍蚨霈F(xiàn)病害的橋梁需要做鑒定以確保其安全運營。橋梁結構的鑒定主要包括既有橋梁的檢算和外觀檢查工作以及荷載試驗,通過檢算與外觀的檢查我們可以基本上確定橋梁結構物的使用狀況,然而理論推斷與實際結構的特性往往存在著一定的差別,尤其是承載力的鑒定目前還離不開荷載試驗。
需要進行檢測的橋梁
需要進行檢測的橋梁原因各種各樣,絕大部分是舊橋,因為舊橋資料比較匱乏,相對而言管理起來比較困難;在特殊情況下有些新橋也要求做檢測工作,綜合起來
主要有以下幾種因素:
a.缺乏設計、施工資料的橋梁·
b.施工質量較差,不符合設計要求的橋梁。
c.橋梁竣工經過運營一段時間后發(fā)現(xiàn)較嚴重的病害,影響其承載能力。
d.橋梁施工質量較好,運營情況也良好,但希望提高其允許的承載能力。
e.需要通過超過設計標準的特殊荷載車輛的橋梁還有一些橋梁是因為一些特殊原因而需要做檢測工作,比如為了取得一定的科研資料等等。現(xiàn)在一些特大橋梁不僅僅是要求做短期的檢測,還需要進行長期的健康監(jiān)控,這里就不作敘述了。
橋梁病害產生的主要原因是
a.主梁下緣受拉區(qū)的裂縫,多發(fā)生于梁跨中部,主要是混凝土收縮和梁撓曲所產生的裂縫。此外,通過該橋的超重車不斷增加(該橋附近有一水泥廠,有裝運水泥的超重車通過橋梁;橫坑渡口河堤加固工程施工階段,有大量泥頭車通過大橋),也加速了裂縫的產生和發(fā)展·
b.沿主筋方向的縱向裂縫,主要是由于鋼筋銹蝕導致混凝土膨脹而引起的裂縫。
c.主梁結構表層的蜂窩、麻面及露筋缺陷,主要是由于施工不當和施工質量不好而引起的。
d.主梁表層混凝土老化、松動、剝落,主要是由于混凝土保護層太薄,震搗不密實,鋼筋銹蝕引起混凝土膨脹開裂,以及環(huán)境條件中有害化學物質的侵蝕作用而引起。
e.鋼筋(特別是主筋)銹蝕的原因,主要是由于混凝土保護層太薄,震搗不密實,并逐漸老化、松動、剝落,從而喪失對其內鋼筋的保護作用·
f.通航孔邊主梁梁底遭受船只撞擊,導致混凝土松動剝落、鋼筋外露銹蝕。
g.大氣、海水等自然、環(huán)境條件對橋梁的長期不利影響,加上對病害部位未進行及時有效的養(yǎng)護和處理,導致病害日益嚴重。
橋面系病害
a.橋面水泥混凝土鋪裝層開裂、脫漿、露碎石現(xiàn)象較為嚴重。
b.橋面四道橡膠伸縮縫均嚴重損壞,伸縮縫處滲水嚴重.
c.隨著車輛荷載增大,交通量增加,橋面系病害將日益嚴重,從而影響行車的安全性和舒適性。
檢測準備工作
檢測就是要根據(jù)實際情況對橋梁進行評估,因此檢測前需要全面了解待檢測橋梁的各方面情況。從既有的現(xiàn)狀與特性著手,對要檢測的實體有一個總體把握,并且明確后面工作的方向。根據(jù)檢測工作要求安排計劃、準備各類檢測和試驗器具另外一個重要的內容就是資料收集這里所說的資料收集的范圍比通常意義上說的資料范圍要廣泛一些,不僅僅包括設計資料,還包括施工資料以及有關的養(yǎng)護、維修、加固資料·資料收集涉及的細節(jié)很多,如設計資料里面有計算書、設計圖紙、修改圖紙以及地質資料等等;施工資料里面包括各個階段的竣工圖紙、竣工說明書、材料試驗資料及施工記錄、竣工驗收資料等等;其他養(yǎng)護、維修資料則包括歷史上通過的車型、載重,交通量狀況、維修的資料等等。還有一些與之有關的自然環(huán)境或者自然災害(洪水、地震、凍土、泥石流等等)的資料如有必要也應向有關部門收集。
外觀檢查與缺陷檢查
外觀檢查
外觀檢查是橋梁檢測中一項非常重要的工作,通常如果產生了病害會有一些表象,通過外觀的檢查可以分析判斷這些病害產生的原因,提出整治措施并且有利于明確接下來工作的重點。外觀檢查要求做到抓住重點,力求全面。通??梢愿鶕?jù)橋型確定調查的要點,如梁橋的檢查要點有:跨中區(qū)域的裂縫、撓度;端部的斜裂縫;主梁連接部位的狀況;構件的外觀質量等等。拱橋的檢查要點有:拱圈拱頂下緣與拱腳上緣裂縫;拱軸線的坐標;墩的位移等等。而索結構則還有索、錨的質量狀況等等。橋梁從總體上可以分為上部結構、下部結構、鋼筋混凝土橋梁檢測技術附屬結構。上部結構在梁式橋中主要是指主梁,在拱中則還包括主拱肋、拱波、拉索、風撐等等,根據(jù)結構形式有所區(qū)別;下部結構則包括橋墩、橋臺、基礎與承臺、樁等;附屬結構則有橋面鋪裝、人行道、緣石、欄桿、伸縮縫等。每個部位都有其自己的受力特征,病害也有一些共性,如果出現(xiàn)的不是常規(guī)病害,應當仔細研究找出病因,常規(guī)病害在找出病因的同時應根據(jù)其損壞程度進行評估,然后確定是否有必要加固或更換構件用以維持正常的運營。
內部缺陷檢查
混凝土構件中常見的缺陷有裂縫、碎裂、剝落、層離、蜂窩、空洞、環(huán)境侵蝕和鋼筋銹蝕等。一些缺陷僅靠外觀檢查是難以發(fā)現(xiàn)的,因此必須借助其他方法進行檢測。目前常用的無損探測方法有聲波檢測法超聲波探傷法和雷達檢測技術·用錘或敲擊構件聽其聲音的差異來判斷構件有否損壞,這是簡便的人工檢查方法,也是一般檢查中常用的手段;用超聲波脈沖速度法可探查鋼材、焊縫和混凝土中存在的裂縫、空洞、夾渣和火災損傷等;使用脈沖雷達的電磁回波法能檢測具有瀝青覆蓋層的混凝土橋面板。
裂縫檢測
利用讀數(shù)顯微鏡、裂縫比寬尺、鋼卷尺等儀器和工具,對主梁、橫隔板、行車道板、橋墩、橋臺進行了裂縫檢測,詳細記錄了裂縫的寬度、長度及形狀位置,并繪制成裂縫分布圖。
混凝土、鋼筋損壞情況檢查
此項檢查的構件部位同上主要任務是檢查混凝土蜂窩麻面剝落及鋼筋外露、銹蝕等損壞情況,并詳細記錄了損壞發(fā)生的位置、范圍及嚴重程度。
材料特性調查
隨著橋型的多樣化以及新工藝的不斷發(fā)展,將有越來越多的材料應用到橋梁結構中,但目前最基本,使用最廣泛的還是鋼筋和混凝土。鋼材的強度一般以設計、施工有關資料為依據(jù),不再檢查,當懷疑鋼材質量有問題或者資料不明確時應朵取必要的措施截取試件進行材料試驗。
混凝土強度測定
混凝土的強度會隨著時間的推移產生一些變化,比較大的橋梁通常會有同期的試塊用以確定強度。對于沒有試塊的橋梁,目前測試方法主要有回彈法(即Schmidt 錘法或表面硬度法)、超聲波法、超聲波―――回彈綜合法、貫入法、斷裂法、取芯樣試驗法等?;貜椃?、超聲波法以及綜合法是屬于非破損測試方法,應用較廣泛,不少國家已有指南或標準·當由專業(yè)檢測人員測試時,三種方法的測試結果平均誤差約10%左右,相比較而言,超聲波―――回彈綜合法檢測精度要高一些。對于齡期在 90d 以上,采用回彈法要考慮混凝土表面碳化深度的修正?;炷恋臐穸葘貜椫岛统暡}沖速度都有一定的影響。
回彈儀法檢測混凝土強度·
a.工程資料
用回彈法檢測前·應全面、正確了解被測結構的情況,如混凝土設計參數(shù)、混凝土實際所用混合物材料、結構名稱、結構形式等。
b.測區(qū)回彈值
測區(qū)的選定采用抽檢的方法·在0.2m x0.2 m 范圍內測點均勻分布。所選測區(qū)相對平整和清沾,不存在蜂窩和麻面,也沒有裂縫、裂紋、剝落,層裂等現(xiàn)象·按照利用回彈儀進行無損檢測的規(guī)范·即根據(jù)《回彈法檢測混凝土抗壓強度技
術規(guī)范》( JGJ/T23-2001)的規(guī)定·在每一個檢測區(qū)測取16個回彈值。每一讀數(shù)都精確到1.測點間距不小于20mm·測點距構件邊緣不小于30mmD
在檢測時·回彈儀的軸線始終垂直于被檢測區(qū)的測點所在面。
c.回彈值計算
從每一個測區(qū)所得的16個回彈值中,剔除3個最大值和3個最小值后·將余下的10個回彈值按下列公式計算平均值:
混凝土碳化深度檢測。
回彈結束后即測量構件的碳化深度,在上面回彈構件的50個測區(qū)各選一處進行
碳化深度檢測。具體做法是,用沖擊鉆在測區(qū)表面形成直徑為15 mm 的孔洞,清除洞中的粉末碎屑后,立即用1%的酚酞酒精溶液滴在混凝土孔洞內壁的邊緣處,然
后用碳化深度測量儀測量其碳化深度值。
鉆芯法檢測混凝土強度。
a.鉆芯驗證其它檢測方法測得的混凝土抗壓強度時·所選用的檢測方法應能夠獲得足夠多的測試數(shù)據(jù)·并能反映結構混凝土抗壓強度的分布情況。
b.鉆芯驗證所需混凝土標準芯樣試件3~6個·當采用小直徑芯樣試件時·試件數(shù)量宜適當增多·
c.應隨機抽取結構的構件或結構的局部,每個芯樣取自一個構件或結構的局部部位。
d.鉆芯的構件或結構的局部應有選用檢測方法的測區(qū),當選用檢測方法為無損方法時,鉆芯位置應與該方法的某些測區(qū)重合;當為有損方法時鉆芯位置應布置在該方法測區(qū)的附近。鉆取芯樣的位置尚應符合本標準第5.0.2條的規(guī)定。
e.當芯樣試件混凝土立方體抗壓強度換算值的算數(shù)平均值 fccor 'm 與選用方法對應測區(qū)混凝土立方體抗壓強度換算值的算數(shù)平均值 fccu ' mj 之間的關系滿足下列相應要求時,可不進行修正。
1).混凝土工程質量檢測
(1)選用檢測方法得到的 fcu'e 值高于設計要求強度等級混凝土相應的fcu·k值·且fccor'm / fccu 'mj≥0.85;
(2) 選用檢測方法得到的 fcu'e 值低于設計要求強度等級混凝土相應的 fcu'k值·且fccor'm / fccu 'mj 介于0.85~1.15之間·2).
鋼筋銹蝕的評價技術
混凝土的密實度、滲水性、含水量、含氯鹽量、碳化深度、保護層厚度不足和開裂等缺損,是導致鋼筋銹蝕的諸多因素;反之,鋼筋銹蝕又促使混凝土進一步破損·通過簡單的外觀檢查、敲擊檢查可以檢測程度較重的鋼筋銹蝕現(xiàn)象。其他檢測方法有:
a.電阻探測器技術是根據(jù)金屬板銹蝕而變薄,其電阻增大的原理。
b.線性極化探測技術是根據(jù)電化動力學原理,測量試驗電極間的微小電流·
c. 半電池電位測量法是通過與一已知的、并保持常量的基準電極(半電池)的極電位相比較,能有效地測量混凝土中鋼筋的極電位。便于現(xiàn)場原位檢測,在鋼筋混凝土結構耐久性評定中被廣泛應用。
間接評定鋼筋銹蝕技術:
a.用保護層測定儀檢測鋼筋的混凝土保護層厚度是否足夠。
b.測定混凝土電阻率。通常取四電極法測量。
c.混凝土中氯離子含量測試方法,評定鹽對鋼筋的銹蝕·
d. 混凝土碳化深度的現(xiàn)場測試方法,是用2%酚酞酒精溶液噴灑在混凝土的新鮮斷口處。若顯示紫紅色,則 PH 值大于10,說明未碳化;若保持無色,則PH 值小于10,說明已碳化。如果碳化深度達到鋼筋部位,混凝土失去保護作用,則鋼筋可能被銹蝕。
支座、橋面鋪裝及伸縮縫等損壞情況的檢查
結構性能狀況檢測與評價
當對橋梁的整體特性進行了一些了解之后應當依據(jù)相關技術規(guī)范做驗算工作,需要注意的是有關參數(shù)應當以實際橋梁為準,該折減的進行折減,必要的時候也可以考慮有些有利因素。通過驗算對不能滿足要求的橋梁可以考慮重建,有利用價值的則應當進行進一步的鑒定工作。當不能獲得詳細資料時,驗算結果將不具有可靠的置信度·這種情況下,則需要進行靜力或動力試驗,準確評價結構受力性能狀況。
靜力試驗
試驗前的準備工作
進行荷載試驗非常復雜,試驗前應做充分的準備工作,它直接關系到我們試驗的成敗與否,關系到我們的試驗是否能夠取得理想的數(shù)據(jù),否則接下來的工作只能是徒勞。
選擇試驗孔(或墩)試驗孔的選擇主要綜合考慮以下條件:
(1)該孔(或墩)計算受力最不利;
(2)該孔(或墩)施工質量較差,缺陷較多或病害較嚴重;
(3)該孔(或墩)便于搭設腳手架及設置測點或試驗時便于加載。試驗孔的選擇非常重要,它關系到我們所做的試驗是否能夠比較準確地反映此部分結構以及整個橋梁結構的性能,需要豐富的現(xiàn)場試驗經驗。
加載方案的確定
選好了試驗孔之后,我們要在有限的試驗孔上取得有代表性的測試值,必須精心規(guī)劃加載方案。在滿足鑒定橋梁承載力的前提下,加載項目安排應抓住重點,不宜過多。靜載試驗一般有一兩個主要內力控制截面,此外根據(jù)橋梁具體情況可設置幾個附加內力控制截面方案中還應根據(jù)檢查的情況與加載設備的現(xiàn)狀確定合適的效率系數(shù)。有時候我們選取的試驗孔不止一個,這就要求我們更要有清醒的頭腦,如何利用有限的設備滿足試驗各控制截面的測試要求以及如何組織人員高效有序地進行測試工作都是在方案中需要允分考慮的因素
其他現(xiàn)場配合準備工作
荷載試驗是一個理論與實踐相結合的過程,其它涉及的事件方方面面也不少。比如通常布設測點要搭設腳手架,做試驗提前要準備荷載車輛,現(xiàn)場要有關部門配合進行交通管制,必要的照明和穩(wěn)定的儀器工作電源,以及現(xiàn)場工作人員的安全保障與聯(lián)絡設備等等?,F(xiàn)場試驗的內容多而復雜,準備工作應盡量考慮周全些,這樣才能保證我們試驗能夠按照計劃有序進行。
測試中應獲取的主要數(shù)據(jù)與測試方法
根據(jù)測試目的確定要獲取的數(shù)據(jù)
橋梁作為一個整體結構物涉及的細節(jié)很多,我們也不可能面面俱到,我們應根據(jù)前期的外觀檢測以及鑒定工作明確需要測定的部位及需要取得的參數(shù),減少不必要的勞動。明確目的有利于我們在工作中把握重點,也決定了我們需要取得那些
試驗數(shù)據(jù),同時也保證關鍵測試部位數(shù)據(jù)的可靠度。
通常情況下需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)
通常舊橋需要鑒定的主要是上部結構的受力特性,監(jiān)控試驗荷載各工況下控制截面的應力應變就是主要內容,同時一些正常使用狀態(tài)下的參數(shù)如撓度、裂縫寬度等也是舊橋的主要測試內容•應力應變的測點布設在前面所述方案階段主要內力控制截面與附加控制截面,同時根據(jù)上部結構的橫截面形式在每一個控制截面上又要選取一些有代表的測點,用以反應整個控制截面的受力狀況。對于一些特殊結構,如索結構,一般還需要對索力進行檢測·除此之外還有必要根據(jù)實際外觀檢查發(fā)現(xiàn)的一些病害在個別部位進行監(jiān)測,如支座的沉降、橫隔板的錯位、剪力縫的開展等等,因為有些非主要受力結構或者附屬結構的破壞也會對主要結構的測試結果造成較大的影響,同時也可能是主要結構出現(xiàn)受力不利的主要原因。
測試儀器與方法
試驗中使用頻率較高的儀器有應變儀、撓度計、水準儀、全站儀、百分表等等,有時候由于現(xiàn)場條件的限制我們無法直接使用儀器測試出我們想得到的參數(shù),這就要求我們測試人員要有一定的經驗,采用一定的措施用現(xiàn)有的儀器測出我們想要的數(shù)據(jù)。當然隨著科技的不斷發(fā)展現(xiàn)在可以使用到試驗中的儀器也越來越先進,操作也越來越方便,能準確測試出我們所要參數(shù)的都可以大膽采用。
荷載試驗的實施及現(xiàn)場組織安排
現(xiàn)場測試是最后一項工作,也是最關鍵的一項工作,它是對我們前期準備工作的檢驗,能否取得準確的數(shù)據(jù)也與現(xiàn)場試驗是否順利息息相關。
合理的分工
橋梁試驗從空間上和時間上都涉及到一定的范圍,每個人在測試過程中的任務也非常繁重,這就需要我們在試驗前要精心計劃安排,明確每個測試人員各個階段的任務,做到有條不紊,保證試驗按照計劃正常進行。
試驗流程的控制指揮
現(xiàn)場試驗要有一名經驗豐富的指揮人員,其他配合人員要絕對配合指揮人員的工作·指揮人員要求對整個試驗的流程非常清楚,并且明確那一個階段該做什么,要讀取那些數(shù)據(jù),同時要及時根據(jù)反饋回來的數(shù)據(jù)做一些初步判斷,不斷調整現(xiàn)場試驗流程。荷載要嚴格按照方案中確定的分級加載方式,當未達到控制荷載工況卻發(fā)現(xiàn)有數(shù)據(jù)超過正常允許的范圍值時,指揮人員應當中止試驗過程以保證試驗人員的安全·
現(xiàn)場準備工作情況與臨時應對措施
由于公路舊橋正是因為有很多未知的因素才需要做荷載試驗,所以我們對現(xiàn)場試驗中可能會出現(xiàn)的問題也難以一一作出預測,比如發(fā)現(xiàn)加載車輛與方案中要求的有所區(qū)別,可以調整車位來滿足效率系數(shù)的要求。測試過程中試驗人員如發(fā)現(xiàn)異常情況應及時通知指揮及其他測試人員,作出判斷之后再進行后面的工作。
動力試驗
橋梁檢測動載試驗是動力測定評價方法的基本測試項目。是為了滿足工程應用的需要,應用理論分析與試驗測試結合的科學方法解決橋梁振動問題的必要手段,是橋梁檢測工作中的重要環(huán)節(jié),其對橋梁使用狀況和承載力的評價提供了重要的數(shù)據(jù)參數(shù)·橋梁檢測中動載試驗的內容主要是結構動力特性和動載響應的試驗與分析,量測的主要部位是結構動力效應最大構件的動應力及動變形的控制截面。一般來說,檢測項目主要包括:橋梁動力特性模態(tài)參數(shù)測試(頻率,振形,阻尼比)和橋梁動力響應測試(動度、動應力、加速度,沖擊系數(shù))。
測試儀器
動載試驗的測試儀器主要包括測試傳感器,信號放大器,光線示波器,磁帶記錄儀和數(shù)字信號處理機。根據(jù)儀器的性能和使用傳感器的特性,可以選配不同的測試系統(tǒng)·
橋梁動載試驗的激振方法
橋梁動載試驗的激振方法應根據(jù)橋梁的結構型式和剛度,選擇效果好、易實施的方法。常用的方法有自振法、共振法和脈動法三種。
動載試驗數(shù)據(jù)分析及評定
橋梁結構的動力特性是與結構的組成形式、剛度、質量分布和材料性質等結構本身的固有性質有關而與荷載等其他條件無關的性質。橋梁的模態(tài)參數(shù)是整個結構振動系統(tǒng)的基本特性,它是進行結構動力分析所必須的參數(shù),其結果不僅可以用來分析結構動載作用下的受力情況,而且對橋梁承載力狀況評定提供重要指標·
a.固有頻率的測定
對于比較簡單的結構,只需結構的一階頻率,對于較復雜的結構動力分析,還應考慮第二、第三及更高階的頻率·橋梁固有頻率可以直接通過測試系統(tǒng)實測記錄的功率譜圖上的峰值丶時域歷程曲線或其自相關圖上確定。由基頻還可以推算承重結構的動剛度·
b.阻尼
橋梁結構的阻尼特性一般由對數(shù)衰減率6或阻尼比D來表示,可由時域信號中的振動衰減曲線求得。另外,也可以從功率譜圖中,用半功率帶寬法來計算阻尼,一般測試系統(tǒng)軟件均可完成此類分析·
c.振型
一般橋梁結構的基頻是動力分析的重要參數(shù)·傳感器測點的布置根據(jù)不同的結構形式,通過理論分析后確定·振型的測定一般采用兩種方法,一種是使用多個傳感器測定。另一種是使用一個傳感器變換位置測量,這種情況下需要一個作用參考點,測試時比較煩瑣,在條件限制時使用,一般應采取第一種方法測試。
沖擊系數(shù)
橋規(guī)中定義沖擊系數(shù)p為沖擊力與汽車荷載之比對于線彈性狀態(tài)下的結構來說,動荷載產生的荷載效應與靜荷載產生的荷載效應之比即為1+p·因此,沖擊系數(shù)的測試通常采用測定結構動應變或動撓度的方法。測試前,在梁的跨中(或最大變位應變處)布置電阻應變片式的位移計或應變計,并通過動態(tài)應變儀與電腦相接。試驗時,由加載車輛以某一速度從測點駛過,記錄其輸出應變隨時間變化的實時信號。一般情況下,應測試記錄多種車速下的輸出應變結果,以作分析比較。一般來講,橋梁在跨徑L=30一70m時,車輛與橋梁的自振頻率較接近,易產生共振,在單臺車作用下的沖擊系數(shù)特別大;沖擊系數(shù)隨阻尼比的減小而增大,阻尼比越小,沖擊系數(shù)受橋梁的影響越明顯,預應力混凝土梁橋的沖擊系數(shù)大于同等跨徑的鋼
筋混凝土梁橋,這些在測試中需注意,以便更好地分析沖擊系數(shù)的測試結果。事實上,實測汽車沖擊系數(shù)除了與結構本身有關,還與試驗車輛的性質、路面平整度、車速有一定關系車輛荷載本身是一個帶有質量的振動系統(tǒng),當它在橋上行駛時,與橋產生車、橋耦合振動。由于車輛動力特性的復雜性,以及橋梁阻尼的離散性和橋面不平整的隨機性,同一座橋梁多次不同的試驗,測得的沖擊系數(shù)也不盡相同。
橋梁檢測是一項復雜而細致的工作,不僅要求工作人員有豐富的實際現(xiàn)場經驗,而且同時需要堅實的理論基礎作為指導。只有把理論和實際充分結合起來,再加上指揮者與各試驗人員之間的默契配合,才能做好檢測工作并取得滿意的數(shù)據(jù),也只有這樣我們才有可能做出準確的評估。隨著我國公路橋梁事業(yè)的發(fā)展,新建高速公路及橋梁越來越多,同時既有的許多橋梁亦逐漸進入了養(yǎng)護維修階段,有關專家認為橋梁使用超過25年以上則進入老化期,據(jù)統(tǒng)計,我國橋梁總數(shù)的40%已經屬于此范疇,均屬“老齡”橋梁·而且隨著時間的推移,其數(shù)量還在不斷增長,橋梁管理者對橋梁的養(yǎng)護已日益重視。
為了適應公路運輸載重量不斷發(fā)展的要求,充分利用現(xiàn)有的公路橋梁,使之能繼續(xù)安全地為公路運輸服務,根據(jù)交通部頒布的《公路養(yǎng)護技術規(guī)范》要求,必須對橋梁進行鑒定。與此同時,新材料、新工藝、新結構形式的采用也越來越多,為了積累這方面的工程經驗我們有必要做一些檢測工作,當然還有那些因為工期、采用劣質材料、施工方法不當?shù)仍蚨霈F(xiàn)病害的橋梁需要做鑒定以確保其安全運營。橋梁結構的鑒定主要包括既有橋梁的檢算和外觀檢查工作以及荷載試驗,通過檢算與外觀的檢查我們可以基本上確定橋梁結構物的使用狀況,然而理論推斷與實際結構的特性往往存在著一定的差別,尤其是承載力的鑒定目前還離不開荷載試驗。
需要進行檢測的橋梁
需要進行檢測的橋梁原因各種各樣,絕大部分是舊橋,因為舊橋資料比較匱乏,相對而言管理起來比較困難;在特殊情況下有些新橋也要求做檢測工作,綜合起來
主要有以下幾種因素:
a.缺乏設計、施工資料的橋梁·
b.施工質量較差,不符合設計要求的橋梁。
c.橋梁竣工經過運營一段時間后發(fā)現(xiàn)較嚴重的病害,影響其承載能力。
d.橋梁施工質量較好,運營情況也良好,但希望提高其允許的承載能力。
e.需要通過超過設計標準的特殊荷載車輛的橋梁還有一些橋梁是因為一些特殊原因而需要做檢測工作,比如為了取得一定的科研資料等等?,F(xiàn)在一些特大橋梁不僅僅是要求做短期的檢測,還需要進行長期的健康監(jiān)控,這里就不作敘述了。
橋梁病害產生的主要原因是
a.主梁下緣受拉區(qū)的裂縫,多發(fā)生于梁跨中部,主要是混凝土收縮和梁撓曲所產生的裂縫。此外,通過該橋的超重車不斷增加(該橋附近有一水泥廠,有裝運水泥的超重車通過橋梁;橫坑渡口河堤加固工程施工階段,有大量泥頭車通過大橋),也加速了裂縫的產生和發(fā)展·
b.沿主筋方向的縱向裂縫,主要是由于鋼筋銹蝕導致混凝土膨脹而引起的裂縫。
c.主梁結構表層的蜂窩、麻面及露筋缺陷,主要是由于施工不當和施工質量不好而引起的。
d.主梁表層混凝土老化、松動、剝落,主要是由于混凝土保護層太薄,震搗不密實,鋼筋銹蝕引起混凝土膨脹開裂,以及環(huán)境條件中有害化學物質的侵蝕作用而引起。
e.鋼筋(特別是主筋)銹蝕的原因,主要是由于混凝土保護層太薄,震搗不密實,并逐漸老化、松動、剝落,從而喪失對其內鋼筋的保護作用·
f.通航孔邊主梁梁底遭受船只撞擊,導致混凝土松動剝落、鋼筋外露銹蝕。
g.大氣、海水等自然、環(huán)境條件對橋梁的長期不利影響,加上對病害部位未進行及時有效的養(yǎng)護和處理,導致病害日益嚴重。
橋面系病害
a.橋面水泥混凝土鋪裝層開裂、脫漿、露碎石現(xiàn)象較為嚴重。
b.橋面四道橡膠伸縮縫均嚴重損壞,伸縮縫處滲水嚴重.
c.隨著車輛荷載增大,交通量增加,橋面系病害將日益嚴重,從而影響行車的安全性和舒適性。
檢測準備工作
檢測就是要根據(jù)實際情況對橋梁進行評估,因此檢測前需要全面了解待檢測橋梁的各方面情況。從既有的現(xiàn)狀與特性著手,對要檢測的實體有一個總體把握,并且明確后面工作的方向。根據(jù)檢測工作要求安排計劃、準備各類檢測和試驗器具另外一個重要的內容就是資料收集這里所說的資料收集的范圍比通常意義上說的資料范圍要廣泛一些,不僅僅包括設計資料,還包括施工資料以及有關的養(yǎng)護、維修、加固資料·資料收集涉及的細節(jié)很多,如設計資料里面有計算書、設計圖紙、修改圖紙以及地質資料等等;施工資料里面包括各個階段的竣工圖紙、竣工說明書、材料試驗資料及施工記錄、竣工驗收資料等等;其他養(yǎng)護、維修資料則包括歷史上通過的車型、載重,交通量狀況、維修的資料等等。還有一些與之有關的自然環(huán)境或者自然災害(洪水、地震、凍土、泥石流等等)的資料如有必要也應向有關部門收集。
外觀檢查與缺陷檢查
外觀檢查
外觀檢查是橋梁檢測中一項非常重要的工作,通常如果產生了病害會有一些表象,通過外觀的檢查可以分析判斷這些病害產生的原因,提出整治措施并且有利于明確接下來工作的重點。外觀檢查要求做到抓住重點,力求全面。通常可以根據(jù)橋型確定調查的要點,如梁橋的檢查要點有:跨中區(qū)域的裂縫、撓度;端部的斜裂縫;主梁連接部位的狀況;構件的外觀質量等等。拱橋的檢查要點有:拱圈拱頂下緣與拱腳上緣裂縫;拱軸線的坐標;墩的位移等等。而索結構則還有索、錨的質量狀況等等。橋梁從總體上可以分為上部結構、下部結構、鋼筋混凝土橋梁檢測技術附屬結構。上部結構在梁式橋中主要是指主梁,在拱中則還包括主拱肋、拱波、拉索、風撐等等,根據(jù)結構形式有所區(qū)別;下部結構則包括橋墩、橋臺、基礎與承臺、樁等;附屬結構則有橋面鋪裝、人行道、緣石、欄桿、伸縮縫等。每個部位都有其自己的受力特征,病害也有一些共性,如果出現(xiàn)的不是常規(guī)病害,應當仔細研究找出病因,常規(guī)病害在找出病因的同時應根據(jù)其損壞程度進行評估,然后確定是否有必要加固或更換構件用以維持正常的運營。
內部缺陷檢查
混凝土構件中常見的缺陷有裂縫、碎裂、剝落、層離、蜂窩、空洞、環(huán)境侵蝕和鋼筋銹蝕等。一些缺陷僅靠外觀檢查是難以發(fā)現(xiàn)的,因此必須借助其他方法進行檢測。目前常用的無損探測方法有聲波檢測法超聲波探傷法和雷達檢測技術·用錘或敲擊構件聽其聲音的差異來判斷構件有否損壞,這是簡便的人工檢查方法,也是一般檢查中常用的手段;用超聲波脈沖速度法可探查鋼材、焊縫和混凝土中存在的裂縫、空洞、夾渣和火災損傷等;使用脈沖雷達的電磁回波法能檢測具有瀝青覆蓋層的混凝土橋面板。
裂縫檢測
利用讀數(shù)顯微鏡、裂縫比寬尺、鋼卷尺等儀器和工具,對主梁、橫隔板、行車道板、橋墩、橋臺進行了裂縫檢測,詳細記錄了裂縫的寬度、長度及形狀位置,并繪制成裂縫分布圖。
混凝土、鋼筋損壞情況檢查
此項檢查的構件部位同上主要任務是檢查混凝土蜂窩麻面剝落及鋼筋外露、銹蝕等損壞情況,并詳細記錄了損壞發(fā)生的位置、范圍及嚴重程度。
材料特性調查
隨著橋型的多樣化以及新工藝的不斷發(fā)展,將有越來越多的材料應用到橋梁結構中,但目前最基本,使用最廣泛的還是鋼筋和混凝土。鋼材的強度一般以設計、施工有關資料為依據(jù),不再檢查,當懷疑鋼材質量有問題或者資料不明確時應朵取必要的措施截取試件進行材料試驗。
混凝土強度測定
混凝土的強度會隨著時間的推移產生一些變化,比較大的橋梁通常會有同期的試塊用以確定強度。對于沒有試塊的橋梁,目前測試方法主要有回彈法(即Schmidt 錘法或表面硬度法)、超聲波法、超聲波―――回彈綜合法、貫入法、斷裂法、取芯樣試驗法等?;貜椃ā⒊暡ǚㄒ约熬C合法是屬于非破損測試方法,應用較廣泛,不少國家已有指南或標準·當由專業(yè)檢測人員測試時,三種方法的測試結果平均誤差約10%左右,相比較而言,超聲波―――回彈綜合法檢測精度要高一些。對于齡期在 90d 以上,采用回彈法要考慮混凝土表面碳化深度的修正。混凝土的濕度對回彈值和超聲波脈沖速度都有一定的影響。
回彈儀法檢測混凝土強度·
a.工程資料
用回彈法檢測前·應全面、正確了解被測結構的情況,如混凝土設計參數(shù)、混凝土實際所用混合物材料、結構名稱、結構形式等。
b.測區(qū)回彈值
測區(qū)的選定采用抽檢的方法·在0.2m x0.2 m 范圍內測點均勻分布。所選測區(qū)相對平整和清沾,不存在蜂窩和麻面,也沒有裂縫、裂紋、剝落,層裂等現(xiàn)象·按照利用回彈儀進行無損檢測的規(guī)范·即根據(jù)《回彈法檢測混凝土抗壓強度技
術規(guī)范》( JGJ/T23-2001)的規(guī)定·在每一個檢測區(qū)測取16個回彈值。每一讀數(shù)都精確到1.測點間距不小于20mm·測點距構件邊緣不小于30mmD
在檢測時·回彈儀的軸線始終垂直于被檢測區(qū)的測點所在面。
c.回彈值計算
從每一個測區(qū)所得的16個回彈值中,剔除3個最大值和3個最小值后·將余下的10個回彈值按下列公式計算平均值:
混凝土碳化深度檢測。
回彈結束后即測量構件的碳化深度,在上面回彈構件的50個測區(qū)各選一處進行
碳化深度檢測。具體做法是,用沖擊鉆在測區(qū)表面形成直徑為15 mm 的孔洞,清除洞中的粉末碎屑后,立即用1%的酚酞酒精溶液滴在混凝土孔洞內壁的邊緣處,然
后用碳化深度測量儀測量其碳化深度值。
鉆芯法檢測混凝土強度。
a.鉆芯驗證其它檢測方法測得的混凝土抗壓強度時·所選用的檢測方法應能夠獲得足夠多的測試數(shù)據(jù)·并能反映結構混凝土抗壓強度的分布情況。
b.鉆芯驗證所需混凝土標準芯樣試件3~6個·當采用小直徑芯樣試件時·試件數(shù)量宜適當增多·
c.應隨機抽取結構的構件或結構的局部,每個芯樣取自一個構件或結構的局部部位。
d.鉆芯的構件或結構的局部應有選用檢測方法的測區(qū),當選用檢測方法為無損方法時,鉆芯位置應與該方法的某些測區(qū)重合;當為有損方法時鉆芯位置應布置在該方法測區(qū)的附近。鉆取芯樣的位置尚應符合本標準第5.0.2條的規(guī)定。
e.當芯樣試件混凝土立方體抗壓強度換算值的算數(shù)平均值 fccor 'm 與選用方法對應測區(qū)混凝土立方體抗壓強度換算值的算數(shù)平均值 fccu ' mj 之間的關系滿足下列相應要求時,可不進行修正。
1).混凝土工程質量檢測
(1)選用檢測方法得到的 fcu'e 值高于設計要求強度等級混凝土相應的fcu·k值·且fccor'm / fccu 'mj≥0.85;
(2) 選用檢測方法得到的 fcu'e 值低于設計要求強度等級混凝土相應的 fcu'k值·且fccor'm / fccu 'mj 介于0.85~1.15之間·2).
鋼筋銹蝕的評價技術
混凝土的密實度、滲水性、含水量、含氯鹽量、碳化深度、保護層厚度不足和開裂等缺損,是導致鋼筋銹蝕的諸多因素;反之,鋼筋銹蝕又促使混凝土進一步破損·通過簡單的外觀檢查、敲擊檢查可以檢測程度較重的鋼筋銹蝕現(xiàn)象。其他檢測方法有:
a.電阻探測器技術是根據(jù)金屬板銹蝕而變薄,其電阻增大的原理。
b.線性極化探測技術是根據(jù)電化動力學原理,測量試驗電極間的微小電流·
c. 半電池電位測量法是通過與一已知的、并保持常量的基準電極(半電池)的極電位相比較,能有效地測量混凝土中鋼筋的極電位。便于現(xiàn)場原位檢測,在鋼筋混凝土結構耐久性評定中被廣泛應用。
間接評定鋼筋銹蝕技術:
a.用保護層測定儀檢測鋼筋的混凝土保護層厚度是否足夠。
b.測定混凝土電阻率。通常取四電極法測量。
c.混凝土中氯離子含量測試方法,評定鹽對鋼筋的銹蝕·
d. 混凝土碳化深度的現(xiàn)場測試方法,是用2%酚酞酒精溶液噴灑在混凝土的新鮮斷口處。若顯示紫紅色,則 PH 值大于10,說明未碳化;若保持無色,則PH 值小于10,說明已碳化。如果碳化深度達到鋼筋部位,混凝土失去保護作用,則鋼筋可能被銹蝕。
支座、橋面鋪裝及伸縮縫等損壞情況的檢查
結構性能狀況檢測與評價
當對橋梁的整體特性進行了一些了解之后應當依據(jù)相關技術規(guī)范做驗算工作,需要注意的是有關參數(shù)應當以實際橋梁為準,該折減的進行折減,必要的時候也可以考慮有些有利因素。通過驗算對不能滿足要求的橋梁可以考慮重建,有利用價值的則應當進行進一步的鑒定工作。當不能獲得詳細資料時,驗算結果將不具有可靠的置信度·這種情況下,則需要進行靜力或動力試驗,準確評價結構受力性能狀況。
靜力試驗
試驗前的準備工作
進行荷載試驗非常復雜,試驗前應做充分的準備工作,它直接關系到我們試驗的成敗與否,關系到我們的試驗是否能夠取得理想的數(shù)據(jù),否則接下來的工作只能是徒勞。
選擇試驗孔(或墩)試驗孔的選擇主要綜合考慮以下條件:
(1)該孔(或墩)計算受力最不利;
(2)該孔(或墩)施工質量較差,缺陷較多或病害較嚴重;
(3)該孔(或墩)便于搭設腳手架及設置測點或試驗時便于加載。試驗孔的選擇非常重要,它關系到我們所做的試驗是否能夠比較準確地反映此部分結構以及整個橋梁結構的性能,需要豐富的現(xiàn)場試驗經驗。
加載方案的確定
選好了試驗孔之后,我們要在有限的試驗孔上取得有代表性的測試值,必須精心規(guī)劃加載方案。在滿足鑒定橋梁承載力的前提下,加載項目安排應抓住重點,不宜過多。靜載試驗一般有一兩個主要內力控制截面,此外根據(jù)橋梁具體情況可設置幾個附加內力控制截面方案中還應根據(jù)檢查的情況與加載設備的現(xiàn)狀確定合適的效率系數(shù)。有時候我們選取的試驗孔不止一個,這就要求我們更要有清醒的頭腦,如何利用有限的設備滿足試驗各控制截面的測試要求以及如何組織人員高效有序地進行測試工作都是在方案中需要允分考慮的因素
其他現(xiàn)場配合準備工作
荷載試驗是一個理論與實踐相結合的過程,其它涉及的事件方方面面也不少。比如通常布設測點要搭設腳手架,做試驗提前要準備荷載車輛,現(xiàn)場要有關部門配合進行交通管制,必要的照明和穩(wěn)定的儀器工作電源,以及現(xiàn)場工作人員的安全保障與聯(lián)絡設備等等?,F(xiàn)場試驗的內容多而復雜,準備工作應盡量考慮周全些,這樣才能保證我們試驗能夠按照計劃有序進行。
測試中應獲取的主要數(shù)據(jù)與測試方法
根據(jù)測試目的確定要獲取的數(shù)據(jù)
橋梁作為一個整體結構物涉及的細節(jié)很多,我們也不可能面面俱到,我們應根據(jù)前期的外觀檢測以及鑒定工作明確需要測定的部位及需要取得的參數(shù),減少不必要的勞動。明確目的有利于我們在工作中把握重點,也決定了我們需要取得那些
試驗數(shù)據(jù),同時也保證關鍵測試部位數(shù)據(jù)的可靠度。
通常情況下需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)
通常舊橋需要鑒定的主要是上部結構的受力特性,監(jiān)控試驗荷載各工況下控制截面的應力應變就是主要內容,同時一些正常使用狀態(tài)下的參數(shù)如撓度、裂縫寬度等也是舊橋的主要測試內容•應力應變的測點布設在前面所述方案階段主要內力控制截面與附加控制截面,同時根據(jù)上部結構的橫截面形式在每一個控制截面上又要選取一些有代表的測點,用以反應整個控制截面的受力狀況。對于一些特殊結構,如索結構,一般還需要對索力進行檢測·除此之外還有必要根據(jù)實際外觀檢查發(fā)現(xiàn)的一些病害在個別部位進行監(jiān)測,如支座的沉降、橫隔板的錯位、剪力縫的開展等等,因為有些非主要受力結構或者附屬結構的破壞也會對主要結構的測試結果造成較大的影響,同時也可能是主要結構出現(xiàn)受力不利的主要原因。
測試儀器與方法
試驗中使用頻率較高的儀器有應變儀、撓度計、水準儀、全站儀、百分表等等,有時候由于現(xiàn)場條件的限制我們無法直接使用儀器測試出我們想得到的參數(shù),這就要求我們測試人員要有一定的經驗,采用一定的措施用現(xiàn)有的儀器測出我們想要的數(shù)據(jù)。當然隨著科技的不斷發(fā)展現(xiàn)在可以使用到試驗中的儀器也越來越先進,操作也越來越方便,能準確測試出我們所要參數(shù)的都可以大膽采用。
荷載試驗的實施及現(xiàn)場組織安排
現(xiàn)場測試是最后一項工作,也是最關鍵的一項工作,它是對我們前期準備工作的檢驗,能否取得準確的數(shù)據(jù)也與現(xiàn)場試驗是否順利息息相關。
合理的分工
橋梁試驗從空間上和時間上都涉及到一定的范圍,每個人在測試過程中的任務也非常繁重,這就需要我們在試驗前要精心計劃安排,明確每個測試人員各個階段的任務,做到有條不紊,保證試驗按照計劃正常進行。
試驗流程的控制指揮
現(xiàn)場試驗要有一名經驗豐富的指揮人員,其他配合人員要絕對配合指揮人員的工作·指揮人員要求對整個試驗的流程非常清楚,并且明確那一個階段該做什么,要讀取那些數(shù)據(jù),同時要及時根據(jù)反饋回來的數(shù)據(jù)做一些初步判斷,不斷調整現(xiàn)場試驗流程。荷載要嚴格按照方案中確定的分級加載方式,當未達到控制荷載工況卻發(fā)現(xiàn)有數(shù)據(jù)超過正常允許的范圍值時,指揮人員應當中止試驗過程以保證試驗人員的安全·
現(xiàn)場準備工作情況與臨時應對措施
由于公路舊橋正是因為有很多未知的因素才需要做荷載試驗,所以我們對現(xiàn)場試驗中可能會出現(xiàn)的問題也難以一一作出預測,比如發(fā)現(xiàn)加載車輛與方案中要求的有所區(qū)別,可以調整車位來滿足效率系數(shù)的要求。測試過程中試驗人員如發(fā)現(xiàn)異常情況應及時通知指揮及其他測試人員,作出判斷之后再進行后面的工作。
動力試驗
橋梁檢測動載試驗是動力測定評價方法的基本測試項目。是為了滿足工程應用的需要,應用理論分析與試驗測試結合的科學方法解決橋梁振動問題的必要手段,是橋梁檢測工作中的重要環(huán)節(jié),其對橋梁使用狀況和承載力的評價提供了重要的數(shù)據(jù)參數(shù)·橋梁檢測中動載試驗的內容主要是結構動力特性和動載響應的試驗與分析,量測的主要部位是結構動力效應最大構件的動應力及動變形的控制截面。一般來說,檢測項目主要包括:橋梁動力特性模態(tài)參數(shù)測試(頻率,振形,阻尼比)和橋梁動力響應測試(動度、動應力、加速度,沖擊系數(shù))。
測試儀器
動載試驗的測試儀器主要包括測試傳感器,信號放大器,光線示波器,磁帶記錄儀和數(shù)字信號處理機。根據(jù)儀器的性能和使用傳感器的特性,可以選配不同的測試系統(tǒng)·
橋梁動載試驗的激振方法
橋梁動載試驗的激振方法應根據(jù)橋梁的結構型式和剛度,選擇效果好、易實施的方法。常用的方法有自振法、共振法和脈動法三種。
動載試驗數(shù)據(jù)分析及評定
橋梁結構的動力特性是與結構的組成形式、剛度、質量分布和材料性質等結構本身的固有性質有關而與荷載等其他條件無關的性質。橋梁的模態(tài)參數(shù)是整個結構振動系統(tǒng)的基本特性,它是進行結構動力分析所必須的參數(shù),其結果不僅可以用來分析結構動載作用下的受力情況,而且對橋梁承載力狀況評定提供重要指標·
a.固有頻率的測定
對于比較簡單的結構,只需結構的一階頻率,對于較復雜的結構動力分析,還應考慮第二、第三及更高階的頻率·橋梁固有頻率可以直接通過測試系統(tǒng)實測記錄的功率譜圖上的峰值丶時域歷程曲線或其自相關圖上確定。由基頻還可以推算承重結構的動剛度·
b.阻尼
橋梁結構的阻尼特性一般由對數(shù)衰減率6或阻尼比D來表示,可由時域信號中的振動衰減曲線求得。另外,也可以從功率譜圖中,用半功率帶寬法來計算阻尼,一般測試系統(tǒng)軟件均可完成此類分析·
c.振型
一般橋梁結構的基頻是動力分析的重要參數(shù)·傳感器測點的布置根據(jù)不同的結構形式,通過理論分析后確定·振型的測定一般采用兩種方法,一種是使用多個傳感器測定。另一種是使用一個傳感器變換位置測量,這種情況下需要一個作用參考點,測試時比較煩瑣,在條件限制時使用,一般應采取第一種方法測試。
沖擊系數(shù)
橋規(guī)中定義沖擊系數(shù)p為沖擊力與汽車荷載之比對于線彈性狀態(tài)下的結構來說,動荷載產生的荷載效應與靜荷載產生的荷載效應之比即為1+p·因此,沖擊系數(shù)的測試通常采用測定結構動應變或動撓度的方法。測試前,在梁的跨中(或最大變位應變處)布置電阻應變片式的位移計或應變計,并通過動態(tài)應變儀與電腦相接。試驗時,由加載車輛以某一速度從測點駛過,記錄其輸出應變隨時間變化的實時信號。一般情況下,應測試記錄多種車速下的輸出應變結果,以作分析比較。一般來講,橋梁在跨徑L=30一70m時,車輛與橋梁的自振頻率較接近,易產生共振,在單臺車作用下的沖擊系數(shù)特別大;沖擊系數(shù)隨阻尼比的減小而增大,阻尼比越小,沖擊系數(shù)受橋梁的影響越明顯,預應力混凝土梁橋的沖擊系數(shù)大于同等跨徑的鋼
筋混凝土梁橋,這些在測試中需注意,以便更好地分析沖擊系數(shù)的測試結果。事實上,實測汽車沖擊系數(shù)除了與結構本身有關,還與試驗車輛的性質、路面平整度、車速有一定關系車輛荷載本身是一個帶有質量的振動系統(tǒng),當它在橋上行駛時,與橋產生車、橋耦合振動。由于車輛動力特性的復雜性,以及橋梁阻尼的離散性和橋面不平整的隨機性,同一座橋梁多次不同的試驗,測得的沖擊系數(shù)也不盡相同。
橋梁檢測是一項復雜而細致的工作,不僅要求工作人員有豐富的實際現(xiàn)場經驗,而且同時需要堅實的理論基礎作為指導。只有把理論和實際充分結合起來,再加上指揮者與各試驗人員之間的默契配合,才能做好檢測工作并取得滿意的數(shù)據(jù),也只有這樣我們才有可能做出準確的評估。
為了適應公路運輸載重量不斷發(fā)展的要求,充分利用現(xiàn)有的公路橋梁,使之能繼續(xù)安全地為公路運輸服務,根據(jù)交通部頒布的《公路養(yǎng)護技術規(guī)范》要求,必須對橋梁進行鑒定。與此同時,新材料、新工藝、新結構形式的采用也越來越多,為了積累這方面的工程經驗我們有必要做一些檢測工作,當然還有那些因為工期、采用劣質材料、施工方法不當?shù)仍蚨霈F(xiàn)病害的橋梁需要做鑒定以確保其安全運營。橋梁結構的鑒定主要包括既有橋梁的檢算和外觀檢查工作以及荷載試驗,通過檢算與外觀的檢查我們可以基本上確定橋梁結構物的使用狀況,然而理論推斷與實際結構的特性往往存在著一定的差別,尤其是承載力的鑒定目前還離不開荷載試驗。
需要進行檢測的橋梁
需要進行檢測的橋梁原因各種各樣,絕大部分是舊橋,因為舊橋資料比較匱乏,相對而言管理起來比較困難;在特殊情況下有些新橋也要求做檢測工作,綜合起來
主要有以下幾種因素:
a.缺乏設計、施工資料的橋梁·
b.施工質量較差,不符合設計要求的橋梁。
c.橋梁竣工經過運營一段時間后發(fā)現(xiàn)較嚴重的病害,影響其承載能力。
d.橋梁施工質量較好,運營情況也良好,但希望提高其允許的承載能力。
e.需要通過超過設計標準的特殊荷載車輛的橋梁還有一些橋梁是因為一些特殊原因而需要做檢測工作,比如為了取得一定的科研資料等等。現(xiàn)在一些特大橋梁不僅僅是要求做短期的檢測,還需要進行長期的健康監(jiān)控,這里就不作敘述了。
橋梁病害產生的主要原因是
a.主梁下緣受拉區(qū)的裂縫,多發(fā)生于梁跨中部,主要是混凝土收縮和梁撓曲所產生的裂縫。此外,通過該橋的超重車不斷增加(該橋附近有一水泥廠,有裝運水泥的超重車通過橋梁;橫坑渡口河堤加固工程施工階段,有大量泥頭車通過大橋),也加速了裂縫的產生和發(fā)展·
b.沿主筋方向的縱向裂縫,主要是由于鋼筋銹蝕導致混凝土膨脹而引起的裂縫。
c.主梁結構表層的蜂窩、麻面及露筋缺陷,主要是由于施工不當和施工質量不好而引起的。
d.主梁表層混凝土老化、松動、剝落,主要是由于混凝土保護層太薄,震搗不密實,鋼筋銹蝕引起混凝土膨脹開裂,以及環(huán)境條件中有害化學物質的侵蝕作用而引起。
e.鋼筋(特別是主筋)銹蝕的原因,主要是由于混凝土保護層太薄,震搗不密實,并逐漸老化、松動、剝落,從而喪失對其內鋼筋的保護作用·
f.通航孔邊主梁梁底遭受船只撞擊,導致混凝土松動剝落、鋼筋外露銹蝕。
g.大氣、海水等自然、環(huán)境條件對橋梁的長期不利影響,加上對病害部位未進行及時有效的養(yǎng)護和處理,導致病害日益嚴重。
橋面系病害
a.橋面水泥混凝土鋪裝層開裂、脫漿、露碎石現(xiàn)象較為嚴重。
b.橋面四道橡膠伸縮縫均嚴重損壞,伸縮縫處滲水嚴重.
c.隨著車輛荷載增大,交通量增加,橋面系病害將日益嚴重,從而影響行車的安全性和舒適性。
檢測準備工作
檢測就是要根據(jù)實際情況對橋梁進行評估,因此檢測前需要全面了解待檢測橋梁的各方面情況。從既有的現(xiàn)狀與特性著手,對要檢測的實體有一個總體把握,并且明確后面工作的方向。根據(jù)檢測工作要求安排計劃、準備各類檢測和試驗器具另外一個重要的內容就是資料收集這里所說的資料收集的范圍比通常意義上說的資料范圍要廣泛一些,不僅僅包括設計資料,還包括施工資料以及有關的養(yǎng)護、維修、加固資料·資料收集涉及的細節(jié)很多,如設計資料里面有計算書、設計圖紙、修改圖紙以及地質資料等等;施工資料里面包括各個階段的竣工圖紙、竣工說明書、材料試驗資料及施工記錄、竣工驗收資料等等;其他養(yǎng)護、維修資料則包括歷史上通過的車型、載重,交通量狀況、維修的資料等等。還有一些與之有關的自然環(huán)境或者自然災害(洪水、地震、凍土、泥石流等等)的資料如有必要也應向有關部門收集。
外觀檢查與缺陷檢查
外觀檢查
外觀檢查是橋梁檢測中一項非常重要的工作,通常如果產生了病害會有一些表象,通過外觀的檢查可以分析判斷這些病害產生的原因,提出整治措施并且有利于明確接下來工作的重點。外觀檢查要求做到抓住重點,力求全面。通??梢愿鶕?jù)橋型確定調查的要點,如梁橋的檢查要點有:跨中區(qū)域的裂縫、撓度;端部的斜裂縫;主梁連接部位的狀況;構件的外觀質量等等。拱橋的檢查要點有:拱圈拱頂下緣與拱腳上緣裂縫;拱軸線的坐標;墩的位移等等。而索結構則還有索、錨的質量狀況等等。橋梁從總體上可以分為上部結構、下部結構、鋼筋混凝土橋梁檢測技術附屬結構。上部結構在梁式橋中主要是指主梁,在拱中則還包括主拱肋、拱波、拉索、風撐等等,根據(jù)結構形式有所區(qū)別;下部結構則包括橋墩、橋臺、基礎與承臺、樁等;附屬結構則有橋面鋪裝、人行道、緣石、欄桿、伸縮縫等。每個部位都有其自己的受力特征,病害也有一些共性,如果出現(xiàn)的不是常規(guī)病害,應當仔細研究找出病因,常規(guī)病害在找出病因的同時應根據(jù)其損壞程度進行評估,然后確定是否有必要加固或更換構件用以維持正常的運營。
內部缺陷檢查
混凝土構件中常見的缺陷有裂縫、碎裂、剝落、層離、蜂窩、空洞、環(huán)境侵蝕和鋼筋銹蝕等。一些缺陷僅靠外觀檢查是難以發(fā)現(xiàn)的,因此必須借助其他方法進行檢測。目前常用的無損探測方法有聲波檢測法超聲波探傷法和雷達檢測技術·用錘或敲擊構件聽其聲音的差異來判斷構件有否損壞,這是簡便的人工檢查方法,也是一般檢查中常用的手段;用超聲波脈沖速度法可探查鋼材、焊縫和混凝土中存在的裂縫、空洞、夾渣和火災損傷等;使用脈沖雷達的電磁回波法能檢測具有瀝青覆蓋層的混凝土橋面板。
裂縫檢測
利用讀數(shù)顯微鏡、裂縫比寬尺、鋼卷尺等儀器和工具,對主梁、橫隔板、行車道板、橋墩、橋臺進行了裂縫檢測,詳細記錄了裂縫的寬度、長度及形狀位置,并繪制成裂縫分布圖。
混凝土、鋼筋損壞情況檢查
此項檢查的構件部位同上主要任務是檢查混凝土蜂窩麻面剝落及鋼筋外露、銹蝕等損壞情況,并詳細記錄了損壞發(fā)生的位置、范圍及嚴重程度。
材料特性調查
隨著橋型的多樣化以及新工藝的不斷發(fā)展,將有越來越多的材料應用到橋梁結構中,但目前最基本,使用最廣泛的還是鋼筋和混凝土。鋼材的強度一般以設計、施工有關資料為依據(jù),不再檢查,當懷疑鋼材質量有問題或者資料不明確時應朵取必要的措施截取試件進行材料試驗。
混凝土強度測定
混凝土的強度會隨著時間的推移產生一些變化,比較大的橋梁通常會有同期的試塊用以確定強度。對于沒有試塊的橋梁,目前測試方法主要有回彈法(即Schmidt 錘法或表面硬度法)、超聲波法、超聲波―――回彈綜合法、貫入法、斷裂法、取芯樣試驗法等?;貜椃?、超聲波法以及綜合法是屬于非破損測試方法,應用較廣泛,不少國家已有指南或標準·當由專業(yè)檢測人員測試時,三種方法的測試結果平均誤差約10%左右,相比較而言,超聲波―――回彈綜合法檢測精度要高一些。對于齡期在 90d 以上,采用回彈法要考慮混凝土表面碳化深度的修正?;炷恋臐穸葘貜椫岛统暡}沖速度都有一定的影響。
回彈儀法檢測混凝土強度·
a.工程資料
用回彈法檢測前·應全面、正確了解被測結構的情況,如混凝土設計參數(shù)、混凝土實際所用混合物材料、結構名稱、結構形式等。
b.測區(qū)回彈值
測區(qū)的選定采用抽檢的方法·在0.2m x0.2 m 范圍內測點均勻分布。所選測區(qū)相對平整和清沾,不存在蜂窩和麻面,也沒有裂縫、裂紋、剝落,層裂等現(xiàn)象·按照利用回彈儀進行無損檢測的規(guī)范·即根據(jù)《回彈法檢測混凝土抗壓強度技
術規(guī)范》( JGJ/T23-2001)的規(guī)定·在每一個檢測區(qū)測取16個回彈值。每一讀數(shù)都精確到1.測點間距不小于20mm·測點距構件邊緣不小于30mmD
在檢測時·回彈儀的軸線始終垂直于被檢測區(qū)的測點所在面。
c.回彈值計算
從每一個測區(qū)所得的16個回彈值中,剔除3個最大值和3個最小值后·將余下的10個回彈值按下列公式計算平均值:
混凝土碳化深度檢測。
回彈結束后即測量構件的碳化深度,在上面回彈構件的50個測區(qū)各選一處進行
碳化深度檢測。具體做法是,用沖擊鉆在測區(qū)表面形成直徑為15 mm 的孔洞,清除洞中的粉末碎屑后,立即用1%的酚酞酒精溶液滴在混凝土孔洞內壁的邊緣處,然
后用碳化深度測量儀測量其碳化深度值。
鉆芯法檢測混凝土強度。
a.鉆芯驗證其它檢測方法測得的混凝土抗壓強度時·所選用的檢測方法應能夠獲得足夠多的測試數(shù)據(jù)·并能反映結構混凝土抗壓強度的分布情況。
b.鉆芯驗證所需混凝土標準芯樣試件3~6個·當采用小直徑芯樣試件時·試件數(shù)量宜適當增多·
c.應隨機抽取結構的構件或結構的局部,每個芯樣取自一個構件或結構的局部部位。
d.鉆芯的構件或結構的局部應有選用檢測方法的測區(qū),當選用檢測方法為無損方法時,鉆芯位置應與該方法的某些測區(qū)重合;當為有損方法時鉆芯位置應布置在該方法測區(qū)的附近。鉆取芯樣的位置尚應符合本標準第5.0.2條的規(guī)定。
e.當芯樣試件混凝土立方體抗壓強度換算值的算數(shù)平均值 fccor 'm 與選用方法對應測區(qū)混凝土立方體抗壓強度換算值的算數(shù)平均值 fccu ' mj 之間的關系滿足下列相應要求時,可不進行修正。
1).混凝土工程質量檢測
(1)選用檢測方法得到的 fcu'e 值高于設計要求強度等級混凝土相應的fcu·k值·且fccor'm / fccu 'mj≥0.85;
(2) 選用檢測方法得到的 fcu'e 值低于設計要求強度等級混凝土相應的 fcu'k值·且fccor'm / fccu 'mj 介于0.85~1.15之間·2).
鋼筋銹蝕的評價技術
混凝土的密實度、滲水性、含水量、含氯鹽量、碳化深度、保護層厚度不足和開裂等缺損,是導致鋼筋銹蝕的諸多因素;反之,鋼筋銹蝕又促使混凝土進一步破損·通過簡單的外觀檢查、敲擊檢查可以檢測程度較重的鋼筋銹蝕現(xiàn)象。其他檢測方法有:
a.電阻探測器技術是根據(jù)金屬板銹蝕而變薄,其電阻增大的原理。
b.線性極化探測技術是根據(jù)電化動力學原理,測量試驗電極間的微小電流·
c. 半電池電位測量法是通過與一已知的、并保持常量的基準電極(半電池)的極電位相比較,能有效地測量混凝土中鋼筋的極電位。便于現(xiàn)場原位檢測,在鋼筋混凝土結構耐久性評定中被廣泛應用。
間接評定鋼筋銹蝕技術:
a.用保護層測定儀檢測鋼筋的混凝土保護層厚度是否足夠。
b.測定混凝土電阻率。通常取四電極法測量。
c.混凝土中氯離子含量測試方法,評定鹽對鋼筋的銹蝕·
d. 混凝土碳化深度的現(xiàn)場測試方法,是用2%酚酞酒精溶液噴灑在混凝土的新鮮斷口處。若顯示紫紅色,則 PH 值大于10,說明未碳化;若保持無色,則PH 值小于10,說明已碳化。如果碳化深度達到鋼筋部位,混凝土失去保護作用,則鋼筋可能被銹蝕。
支座、橋面鋪裝及伸縮縫等損壞情況的檢查
結構性能狀況檢測與評價
當對橋梁的整體特性進行了一些了解之后應當依據(jù)相關技術規(guī)范做驗算工作,需要注意的是有關參數(shù)應當以實際橋梁為準,該折減的進行折減,必要的時候也可以考慮有些有利因素。通過驗算對不能滿足要求的橋梁可以考慮重建,有利用價值的則應當進行進一步的鑒定工作。當不能獲得詳細資料時,驗算結果將不具有可靠的置信度·這種情況下,則需要進行靜力或動力試驗,準確評價結構受力性能狀況。
靜力試驗
試驗前的準備工作
進行荷載試驗非常復雜,試驗前應做充分的準備工作,它直接關系到我們試驗的成敗與否,關系到我們的試驗是否能夠取得理想的數(shù)據(jù),否則接下來的工作只能是徒勞。
選擇試驗孔(或墩)試驗孔的選擇主要綜合考慮以下條件:
(1)該孔(或墩)計算受力最不利;
(2)該孔(或墩)施工質量較差,缺陷較多或病害較嚴重;
(3)該孔(或墩)便于搭設腳手架及設置測點或試驗時便于加載。試驗孔的選擇非常重要,它關系到我們所做的試驗是否能夠比較準確地反映此部分結構以及整個橋梁結構的性能,需要豐富的現(xiàn)場試驗經驗。
加載方案的確定
選好了試驗孔之后,我們要在有限的試驗孔上取得有代表性的測試值,必須精心規(guī)劃加載方案。在滿足鑒定橋梁承載力的前提下,加載項目安排應抓住重點,不宜過多。靜載試驗一般有一兩個主要內力控制截面,此外根據(jù)橋梁具體情況可設置幾個附加內力控制截面方案中還應根據(jù)檢查的情況與加載設備的現(xiàn)狀確定合適的效率系數(shù)。有時候我們選取的試驗孔不止一個,這就要求我們更要有清醒的頭腦,如何利用有限的設備滿足試驗各控制截面的測試要求以及如何組織人員高效有序地進行測試工作都是在方案中需要允分考慮的因素
其他現(xiàn)場配合準備工作
荷載試驗是一個理論與實踐相結合的過程,其它涉及的事件方方面面也不少。比如通常布設測點要搭設腳手架,做試驗提前要準備荷載車輛,現(xiàn)場要有關部門配合進行交通管制,必要的照明和穩(wěn)定的儀器工作電源,以及現(xiàn)場工作人員的安全保障與聯(lián)絡設備等等?,F(xiàn)場試驗的內容多而復雜,準備工作應盡量考慮周全些,這樣才能保證我們試驗能夠按照計劃有序進行。
測試中應獲取的主要數(shù)據(jù)與測試方法
根據(jù)測試目的確定要獲取的數(shù)據(jù)
橋梁作為一個整體結構物涉及的細節(jié)很多,我們也不可能面面俱到,我們應根據(jù)前期的外觀檢測以及鑒定工作明確需要測定的部位及需要取得的參數(shù),減少不必要的勞動。明確目的有利于我們在工作中把握重點,也決定了我們需要取得那些
試驗數(shù)據(jù),同時也保證關鍵測試部位數(shù)據(jù)的可靠度。
通常情況下需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)
通常舊橋需要鑒定的主要是上部結構的受力特性,監(jiān)控試驗荷載各工況下控制截面的應力應變就是主要內容,同時一些正常使用狀態(tài)下的參數(shù)如撓度、裂縫寬度等也是舊橋的主要測試內容•應力應變的測點布設在前面所述方案階段主要內力控制截面與附加控制截面,同時根據(jù)上部結構的橫截面形式在每一個控制截面上又要選取一些有代表的測點,用以反應整個控制截面的受力狀況。對于一些特殊結構,如索結構,一般還需要對索力進行檢測·除此之外還有必要根據(jù)實際外觀檢查發(fā)現(xiàn)的一些病害在個別部位進行監(jiān)測,如支座的沉降、橫隔板的錯位、剪力縫的開展等等,因為有些非主要受力結構或者附屬結構的破壞也會對主要結構的測試結果造成較大的影響,同時也可能是主要結構出現(xiàn)受力不利的主要原因。
測試儀器與方法
試驗中使用頻率較高的儀器有應變儀、撓度計、水準儀、全站儀、百分表等等,有時候由于現(xiàn)場條件的限制我們無法直接使用儀器測試出我們想得到的參數(shù),這就要求我們測試人員要有一定的經驗,采用一定的措施用現(xiàn)有的儀器測出我們想要的數(shù)據(jù)。當然隨著科技的不斷發(fā)展現(xiàn)在可以使用到試驗中的儀器也越來越先進,操作也越來越方便,能準確測試出我們所要參數(shù)的都可以大膽采用。
荷載試驗的實施及現(xiàn)場組織安排
現(xiàn)場測試是最后一項工作,也是最關鍵的一項工作,它是對我們前期準備工作的檢驗,能否取得準確的數(shù)據(jù)也與現(xiàn)場試驗是否順利息息相關。
合理的分工
橋梁試驗從空間上和時間上都涉及到一定的范圍,每個人在測試過程中的任務也非常繁重,這就需要我們在試驗前要精心計劃安排,明確每個測試人員各個階段的任務,做到有條不紊,保證試驗按照計劃正常進行。
試驗流程的控制指揮
現(xiàn)場試驗要有一名經驗豐富的指揮人員,其他配合人員要絕對配合指揮人員的工作·指揮人員要求對整個試驗的流程非常清楚,并且明確那一個階段該做什么,要讀取那些數(shù)據(jù),同時要及時根據(jù)反饋回來的數(shù)據(jù)做一些初步判斷,不斷調整現(xiàn)場試驗流程。荷載要嚴格按照方案中確定的分級加載方式,當未達到控制荷載工況卻發(fā)現(xiàn)有數(shù)據(jù)超過正常允許的范圍值時,指揮人員應當中止試驗過程以保證試驗人員的安全·
現(xiàn)場準備工作情況與臨時應對措施
由于公路舊橋正是因為有很多未知的因素才需要做荷載試驗,所以我們對現(xiàn)場試驗中可能會出現(xiàn)的問題也難以一一作出預測,比如發(fā)現(xiàn)加載車輛與方案中要求的有所區(qū)別,可以調整車位來滿足效率系數(shù)的要求。測試過程中試驗人員如發(fā)現(xiàn)異常情況應及時通知指揮及其他測試人員,作出判斷之后再進行后面的工作。
動力試驗
橋梁檢測動載試驗是動力測定評價方法的基本測試項目。是為了滿足工程應用的需要,應用理論分析與試驗測試結合的科學方法解決橋梁振動問題的必要手段,是橋梁檢測工作中的重要環(huán)節(jié),其對橋梁使用狀況和承載力的評價提供了重要的數(shù)據(jù)參數(shù)·橋梁檢測中動載試驗的內容主要是結構動力特性和動載響應的試驗與分析,量測的主要部位是結構動力效應最大構件的動應力及動變形的控制截面。一般來說,檢測項目主要包括:橋梁動力特性模態(tài)參數(shù)測試(頻率,振形,阻尼比)和橋梁動力響應測試(動度、動應力、加速度,沖擊系數(shù))。
測試儀器
動載試驗的測試儀器主要包括測試傳感器,信號放大器,光線示波器,磁帶記錄儀和數(shù)字信號處理機。根據(jù)儀器的性能和使用傳感器的特性,可以選配不同的測試系統(tǒng)·
橋梁動載試驗的激振方法
橋梁動載試驗的激振方法應根據(jù)橋梁的結構型式和剛度,選擇效果好、易實施的方法。常用的方法有自振法、共振法和脈動法三種。
動載試驗數(shù)據(jù)分析及評定
橋梁結構的動力特性是與結構的組成形式、剛度、質量分布和材料性質等結構本身的固有性質有關而與荷載等其他條件無關的性質。橋梁的模態(tài)參數(shù)是整個結構振動系統(tǒng)的基本特性,它是進行結構動力分析所必須的參數(shù),其結果不僅可以用來分析結構動載作用下的受力情況,而且對橋梁承載力狀況評定提供重要指標·
a.固有頻率的測定
對于比較簡單的結構,只需結構的一階頻率,對于較復雜的結構動力分析,還應考慮第二、第三及更高階的頻率·橋梁固有頻率可以直接通過測試系統(tǒng)實測記錄的功率譜圖上的峰值丶時域歷程曲線或其自相關圖上確定。由基頻還可以推算承重結構的動剛度·
b.阻尼
橋梁結構的阻尼特性一般由對數(shù)衰減率6或阻尼比D來表示,可由時域信號中的振動衰減曲線求得。另外,也可以從功率譜圖中,用半功率帶寬法來計算阻尼,一般測試系統(tǒng)軟件均可完成此類分析·
c.振型
一般橋梁結構的基頻是動力分析的重要參數(shù)·傳感器測點的布置根據(jù)不同的結構形式,通過理論分析后確定·振型的測定一般采用兩種方法,一種是使用多個傳感器測定。另一種是使用一個傳感器變換位置測量,這種情況下需要一個作用參考點,測試時比較煩瑣,在條件限制時使用,一般應采取第一種方法測試。
沖擊系數(shù)
橋規(guī)中定義沖擊系數(shù)p為沖擊力與汽車荷載之比對于線彈性狀態(tài)下的結構來說,動荷載產生的荷載效應與靜荷載產生的荷載效應之比即為1+p·因此,沖擊系數(shù)的測試通常采用測定結構動應變或動撓度的方法。測試前,在梁的跨中(或最大變位應變處)布置電阻應變片式的位移計或應變計,并通過動態(tài)應變儀與電腦相接。試驗時,由加載車輛以某一速度從測點駛過,記錄其輸出應變隨時間變化的實時信號。一般情況下,應測試記錄多種車速下的輸出應變結果,以作分析比較。一般來講,橋梁在跨徑L=30一70m時,車輛與橋梁的自振頻率較接近,易產生共振,在單臺車作用下的沖擊系數(shù)特別大;沖擊系數(shù)隨阻尼比的減小而增大,阻尼比越小,沖擊系數(shù)受橋梁的影響越明顯,預應力混凝土梁橋的沖擊系數(shù)大于同等跨徑的鋼
筋混凝土梁橋,這些在測試中需注意,以便更好地分析沖擊系數(shù)的測試結果。事實上,實測汽車沖擊系數(shù)除了與結構本身有關,還與試驗車輛的性質、路面平整度、車速有一定關系車輛荷載本身是一個帶有質量的振動系統(tǒng),當它在橋上行駛時,與橋產生車、橋耦合振動。由于車輛動力特性的復雜性,以及橋梁阻尼的離散性和橋面不平整的隨機性,同一座橋梁多次不同的試驗,測得的沖擊系數(shù)也不盡相同。
橋梁檢測是一項復雜而細致的工作,不僅要求工作人員有豐富的實際現(xiàn)場經驗,而且同時需要堅實的理論基礎作為指導。只有把理論和實際充分結合起來,再加上指揮者與各試驗人員之間的默契配合,才能做好檢測工作并取得滿意的數(shù)據(jù),也只有這樣我們才有可能做出準確的評估。隨著我國公路橋梁事業(yè)的發(fā)展,新建高速公路及橋梁越來越多,同時既有的許多橋梁亦逐漸進入了養(yǎng)護維修階段,有關專家認為橋梁使用超過25年以上則進入老化期,據(jù)統(tǒng)計,我國橋梁總數(shù)的40%已經屬于此范疇,均屬“老齡”橋梁·而且隨著時間的推移,其數(shù)量還在不斷增長,橋梁管理者對橋梁的養(yǎng)護已日益重視。
為了適應公路運輸載重量不斷發(fā)展的要求,充分利用現(xiàn)有的公路橋梁,使之能繼續(xù)安全地為公路運輸服務,根據(jù)交通部頒布的《公路養(yǎng)護技術規(guī)范》要求,必須對橋梁進行鑒定。與此同時,新材料、新工藝、新結構形式的采用也越來越多,為了積累這方面的工程經驗我們有必要做一些檢測工作,當然還有那些因為工期、采用劣質材料、施工方法不當?shù)仍蚨霈F(xiàn)病害的橋梁需要做鑒定以確保其安全運營。橋梁結構的鑒定主要包括既有橋梁的檢算和外觀檢查工作以及荷載試驗,通過檢算與外觀的檢查我們可以基本上確定橋梁結構物的使用狀況,然而理論推斷與實際結構的特性往往存在著一定的差別,尤其是承載力的鑒定目前還離不開荷載試驗。
需要進行檢測的橋梁
需要進行檢測的橋梁原因各種各樣,絕大部分是舊橋,因為舊橋資料比較匱乏,相對而言管理起來比較困難;在特殊情況下有些新橋也要求做檢測工作,綜合起來
主要有以下幾種因素:
a.缺乏設計、施工資料的橋梁·
b.施工質量較差,不符合設計要求的橋梁。
c.橋梁竣工經過運營一段時間后發(fā)現(xiàn)較嚴重的病害,影響其承載能力。
d.橋梁施工質量較好,運營情況也良好,但希望提高其允許的承載能力。
e.需要通過超過設計標準的特殊荷載車輛的橋梁還有一些橋梁是因為一些特殊原因而需要做檢測工作,比如為了取得一定的科研資料等等?,F(xiàn)在一些特大橋梁不僅僅是要求做短期的檢測,還需要進行長期的健康監(jiān)控,這里就不作敘述了。
橋梁病害產生的主要原因是
a.主梁下緣受拉區(qū)的裂縫,多發(fā)生于梁跨中部,主要是混凝土收縮和梁撓曲所產生的裂縫。此外,通過該橋的超重車不斷增加(該橋附近有一水泥廠,有裝運水泥的超重車通過橋梁;橫坑渡口河堤加固工程施工階段,有大量泥頭車通過大橋),也加速了裂縫的產生和發(fā)展·
b.沿主筋方向的縱向裂縫,主要是由于鋼筋銹蝕導致混凝土膨脹而引起的裂縫。
c.主梁結構表層的蜂窩、麻面及露筋缺陷,主要是由于施工不當和施工質量不好而引起的。
d.主梁表層混凝土老化、松動、剝落,主要是由于混凝土保護層太薄,震搗不密實,鋼筋銹蝕引起混凝土膨脹開裂,以及環(huán)境條件中有害化學物質的侵蝕作用而引起。
e.鋼筋(特別是主筋)銹蝕的原因,主要是由于混凝土保護層太薄,震搗不密實,并逐漸老化、松動、剝落,從而喪失對其內鋼筋的保護作用·
f.通航孔邊主梁梁底遭受船只撞擊,導致混凝土松動剝落、鋼筋外露銹蝕。
g.大氣、海水等自然、環(huán)境條件對橋梁的長期不利影響,加上對病害部位未進行及時有效的養(yǎng)護和處理,導致病害日益嚴重。
橋面系病害
a.橋面水泥混凝土鋪裝層開裂、脫漿、露碎石現(xiàn)象較為嚴重。
b.橋面四道橡膠伸縮縫均嚴重損壞,伸縮縫處滲水嚴重.
c.隨著車輛荷載增大,交通量增加,橋面系病害將日益嚴重,從而影響行車的安全性和舒適性。
檢測準備工作
檢測就是要根據(jù)實際情況對橋梁進行評估,因此檢測前需要全面了解待檢測橋梁的各方面情況。從既有的現(xiàn)狀與特性著手,對要檢測的實體有一個總體把握,并且明確后面工作的方向。根據(jù)檢測工作要求安排計劃、準備各類檢測和試驗器具另外一個重要的內容就是資料收集這里所說的資料收集的范圍比通常意義上說的資料范圍要廣泛一些,不僅僅包括設計資料,還包括施工資料以及有關的養(yǎng)護、維修、加固資料·資料收集涉及的細節(jié)很多,如設計資料里面有計算書、設計圖紙、修改圖紙以及地質資料等等;施工資料里面包括各個階段的竣工圖紙、竣工說明書、材料試驗資料及施工記錄、竣工驗收資料等等;其他養(yǎng)護、維修資料則包括歷史上通過的車型、載重,交通量狀況、維修的資料等等。還有一些與之有關的自然環(huán)境或者自然災害(洪水、地震、凍土、泥石流等等)的資料如有必要也應向有關部門收集。
外觀檢查與缺陷檢查
外觀檢查
外觀檢查是橋梁檢測中一項非常重要的工作,通常如果產生了病害會有一些表象,通過外觀的檢查可以分析判斷這些病害產生的原因,提出整治措施并且有利于明確接下來工作的重點。外觀檢查要求做到抓住重點,力求全面。通常可以根據(jù)橋型確定調查的要點,如梁橋的檢查要點有:跨中區(qū)域的裂縫、撓度;端部的斜裂縫;主梁連接部位的狀況;構件的外觀質量等等。拱橋的檢查要點有:拱圈拱頂下緣與拱腳上緣裂縫;拱軸線的坐標;墩的位移等等。而索結構則還有索、錨的質量狀況等等。橋梁從總體上可以分為上部結構、下部結構、鋼筋混凝土橋梁檢測技術附屬結構。上部結構在梁式橋中主要是指主梁,在拱中則還包括主拱肋、拱波、拉索、風撐等等,根據(jù)結構形式有所區(qū)別;下部結構則包括橋墩、橋臺、基礎與承臺、樁等;附屬結構則有橋面鋪裝、人行道、緣石、欄桿、伸縮縫等。每個部位都有其自己的受力特征,病害也有一些共性,如果出現(xiàn)的不是常規(guī)病害,應當仔細研究找出病因,常規(guī)病害在找出病因的同時應根據(jù)其損壞程度進行評估,然后確定是否有必要加固或更換構件用以維持正常的運營。
內部缺陷檢查
混凝土構件中常見的缺陷有裂縫、碎裂、剝落、層離、蜂窩、空洞、環(huán)境侵蝕和鋼筋銹蝕等。一些缺陷僅靠外觀檢查是難以發(fā)現(xiàn)的,因此必須借助其他方法進行檢測。目前常用的無損探測方法有聲波檢測法超聲波探傷法和雷達檢測技術·用錘或敲擊構件聽其聲音的差異來判斷構件有否損壞,這是簡便的人工檢查方法,也是一般檢查中常用的手段;用超聲波脈沖速度法可探查鋼材、焊縫和混凝土中存在的裂縫、空洞、夾渣和火災損傷等;使用脈沖雷達的電磁回波法能檢測具有瀝青覆蓋層的混凝土橋面板。
裂縫檢測
利用讀數(shù)顯微鏡、裂縫比寬尺、鋼卷尺等儀器和工具,對主梁、橫隔板、行車道板、橋墩、橋臺進行了裂縫檢測,詳細記錄了裂縫的寬度、長度及形狀位置,并繪制成裂縫分布圖。
混凝土、鋼筋損壞情況檢查
此項檢查的構件部位同上主要任務是檢查混凝土蜂窩麻面剝落及鋼筋外露、銹蝕等損壞情況,并詳細記錄了損壞發(fā)生的位置、范圍及嚴重程度。
材料特性調查
隨著橋型的多樣化以及新工藝的不斷發(fā)展,將有越來越多的材料應用到橋梁結構中,但目前最基本,使用最廣泛的還是鋼筋和混凝土。鋼材的強度一般以設計、施工有關資料為依據(jù),不再檢查,當懷疑鋼材質量有問題或者資料不明確時應朵取必要的措施截取試件進行材料試驗。
混凝土強度測定
混凝土的強度會隨著時間的推移產生一些變化,比較大的橋梁通常會有同期的試塊用以確定強度。對于沒有試塊的橋梁,目前測試方法主要有回彈法(即Schmidt 錘法或表面硬度法)、超聲波法、超聲波―――回彈綜合法、貫入法、斷裂法、取芯樣試驗法等?;貜椃ā⒊暡ǚㄒ约熬C合法是屬于非破損測試方法,應用較廣泛,不少國家已有指南或標準·當由專業(yè)檢測人員測試時,三種方法的測試結果平均誤差約10%左右,相比較而言,超聲波―――回彈綜合法檢測精度要高一些。對于齡期在 90d 以上,采用回彈法要考慮混凝土表面碳化深度的修正。混凝土的濕度對回彈值和超聲波脈沖速度都有一定的影響。
回彈儀法檢測混凝土強度·
a.工程資料
用回彈法檢測前·應全面、正確了解被測結構的情況,如混凝土設計參數(shù)、混凝土實際所用混合物材料、結構名稱、結構形式等。
b.測區(qū)回彈值
測區(qū)的選定采用抽檢的方法·在0.2m x0.2 m 范圍內測點均勻分布。所選測區(qū)相對平整和清沾,不存在蜂窩和麻面,也沒有裂縫、裂紋、剝落,層裂等現(xiàn)象·按照利用回彈儀進行無損檢測的規(guī)范·即根據(jù)《回彈法檢測混凝土抗壓強度技
術規(guī)范》( JGJ/T23-2001)的規(guī)定·在每一個檢測區(qū)測取16個回彈值。每一讀數(shù)都精確到1.測點間距不小于20mm·測點距構件邊緣不小于30mmD
在檢測時·回彈儀的軸線始終垂直于被檢測區(qū)的測點所在面。
c.回彈值計算
從每一個測區(qū)所得的16個回彈值中,剔除3個最大值和3個最小值后·將余下的10個回彈值按下列公式計算平均值:
混凝土碳化深度檢測。
回彈結束后即測量構件的碳化深度,在上面回彈構件的50個測區(qū)各選一處進行
碳化深度檢測。具體做法是,用沖擊鉆在測區(qū)表面形成直徑為15 mm 的孔洞,清除洞中的粉末碎屑后,立即用1%的酚酞酒精溶液滴在混凝土孔洞內壁的邊緣處,然
后用碳化深度測量儀測量其碳化深度值。
鉆芯法檢測混凝土強度。
a.鉆芯驗證其它檢測方法測得的混凝土抗壓強度時·所選用的檢測方法應能夠獲得足夠多的測試數(shù)據(jù)·并能反映結構混凝土抗壓強度的分布情況。
b.鉆芯驗證所需混凝土標準芯樣試件3~6個·當采用小直徑芯樣試件時·試件數(shù)量宜適當增多·
c.應隨機抽取結構的構件或結構的局部,每個芯樣取自一個構件或結構的局部部位。
d.鉆芯的構件或結構的局部應有選用檢測方法的測區(qū),當選用檢測方法為無損方法時,鉆芯位置應與該方法的某些測區(qū)重合;當為有損方法時鉆芯位置應布置在該方法測區(qū)的附近。鉆取芯樣的位置尚應符合本標準第5.0.2條的規(guī)定。
e.當芯樣試件混凝土立方體抗壓強度換算值的算數(shù)平均值 fccor 'm 與選用方法對應測區(qū)混凝土立方體抗壓強度換算值的算數(shù)平均值 fccu ' mj 之間的關系滿足下列相應要求時,可不進行修正。
1).混凝土工程質量檢測
(1)選用檢測方法得到的 fcu'e 值高于設計要求強度等級混凝土相應的fcu·k值·且fccor'm / fccu 'mj≥0.85;
(2) 選用檢測方法得到的 fcu'e 值低于設計要求強度等級混凝土相應的 fcu'k值·且fccor'm / fccu 'mj 介于0.85~1.15之間·2).
鋼筋銹蝕的評價技術
混凝土的密實度、滲水性、含水量、含氯鹽量、碳化深度、保護層厚度不足和開裂等缺損,是導致鋼筋銹蝕的諸多因素;反之,鋼筋銹蝕又促使混凝土進一步破損·通過簡單的外觀檢查、敲擊檢查可以檢測程度較重的鋼筋銹蝕現(xiàn)象。其他檢測方法有:
a.電阻探測器技術是根據(jù)金屬板銹蝕而變薄,其電阻增大的原理。
b.線性極化探測技術是根據(jù)電化動力學原理,測量試驗電極間的微小電流·
c. 半電池電位測量法是通過與一已知的、并保持常量的基準電極(半電池)的極電位相比較,能有效地測量混凝土中鋼筋的極電位。便于現(xiàn)場原位檢測,在鋼筋混凝土結構耐久性評定中被廣泛應用。
間接評定鋼筋銹蝕技術:
a.用保護層測定儀檢測鋼筋的混凝土保護層厚度是否足夠。
b.測定混凝土電阻率。通常取四電極法測量。
c.混凝土中氯離子含量測試方法,評定鹽對鋼筋的銹蝕·
d. 混凝土碳化深度的現(xiàn)場測試方法,是用2%酚酞酒精溶液噴灑在混凝土的新鮮斷口處。若顯示紫紅色,則 PH 值大于10,說明未碳化;若保持無色,則PH 值小于10,說明已碳化。如果碳化深度達到鋼筋部位,混凝土失去保護作用,則鋼筋可能被銹蝕。
支座、橋面鋪裝及伸縮縫等損壞情況的檢查
結構性能狀況檢測與評價
當對橋梁的整體特性進行了一些了解之后應當依據(jù)相關技術規(guī)范做驗算工作,需要注意的是有關參數(shù)應當以實際橋梁為準,該折減的進行折減,必要的時候也可以考慮有些有利因素。通過驗算對不能滿足要求的橋梁可以考慮重建,有利用價值的則應當進行進一步的鑒定工作。當不能獲得詳細資料時,驗算結果將不具有可靠的置信度·這種情況下,則需要進行靜力或動力試驗,準確評價結構受力性能狀況。
靜力試驗
試驗前的準備工作
進行荷載試驗非常復雜,試驗前應做充分的準備工作,它直接關系到我們試驗的成敗與否,關系到我們的試驗是否能夠取得理想的數(shù)據(jù),否則接下來的工作只能是徒勞。
選擇試驗孔(或墩)試驗孔的選擇主要綜合考慮以下條件:
(1)該孔(或墩)計算受力最不利;
(2)該孔(或墩)施工質量較差,缺陷較多或病害較嚴重;
(3)該孔(或墩)便于搭設腳手架及設置測點或試驗時便于加載。試驗孔的選擇非常重要,它關系到我們所做的試驗是否能夠比較準確地反映此部分結構以及整個橋梁結構的性能,需要豐富的現(xiàn)場試驗經驗。
加載方案的確定
選好了試驗孔之后,我們要在有限的試驗孔上取得有代表性的測試值,必須精心規(guī)劃加載方案。在滿足鑒定橋梁承載力的前提下,加載項目安排應抓住重點,不宜過多。靜載試驗一般有一兩個主要內力控制截面,此外根據(jù)橋梁具體情況可設置幾個附加內力控制截面方案中還應根據(jù)檢查的情況與加載設備的現(xiàn)狀確定合適的效率系數(shù)。有時候我們選取的試驗孔不止一個,這就要求我們更要有清醒的頭腦,如何利用有限的設備滿足試驗各控制截面的測試要求以及如何組織人員高效有序地進行測試工作都是在方案中需要允分考慮的因素
其他現(xiàn)場配合準備工作
荷載試驗是一個理論與實踐相結合的過程,其它涉及的事件方方面面也不少。比如通常布設測點要搭設腳手架,做試驗提前要準備荷載車輛,現(xiàn)場要有關部門配合進行交通管制,必要的照明和穩(wěn)定的儀器工作電源,以及現(xiàn)場工作人員的安全保障與聯(lián)絡設備等等?,F(xiàn)場試驗的內容多而復雜,準備工作應盡量考慮周全些,這樣才能保證我們試驗能夠按照計劃有序進行。
測試中應獲取的主要數(shù)據(jù)與測試方法
根據(jù)測試目的確定要獲取的數(shù)據(jù)
橋梁作為一個整體結構物涉及的細節(jié)很多,我們也不可能面面俱到,我們應根據(jù)前期的外觀檢測以及鑒定工作明確需要測定的部位及需要取得的參數(shù),減少不必要的勞動。明確目的有利于我們在工作中把握重點,也決定了我們需要取得那些
試驗數(shù)據(jù),同時也保證關鍵測試部位數(shù)據(jù)的可靠度。
通常情況下需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)
通常舊橋需要鑒定的主要是上部結構的受力特性,監(jiān)控試驗荷載各工況下控制截面的應力應變就是主要內容,同時一些正常使用狀態(tài)下的參數(shù)如撓度、裂縫寬度等也是舊橋的主要測試內容•應力應變的測點布設在前面所述方案階段主要內力控制截面與附加控制截面,同時根據(jù)上部結構的橫截面形式在每一個控制截面上又要選取一些有代表的測點,用以反應整個控制截面的受力狀況。對于一些特殊結構,如索結構,一般還需要對索力進行檢測·除此之外還有必要根據(jù)實際外觀檢查發(fā)現(xiàn)的一些病害在個別部位進行監(jiān)測,如支座的沉降、橫隔板的錯位、剪力縫的開展等等,因為有些非主要受力結構或者附屬結構的破壞也會對主要結構的測試結果造成較大的影響,同時也可能是主要結構出現(xiàn)受力不利的主要原因。
測試儀器與方法
試驗中使用頻率較高的儀器有應變儀、撓度計、水準儀、全站儀、百分表等等,有時候由于現(xiàn)場條件的限制我們無法直接使用儀器測試出我們想得到的參數(shù),這就要求我們測試人員要有一定的經驗,采用一定的措施用現(xiàn)有的儀器測出我們想要的數(shù)據(jù)。當然隨著科技的不斷發(fā)展現(xiàn)在可以使用到試驗中的儀器也越來越先進,操作也越來越方便,能準確測試出我們所要參數(shù)的都可以大膽采用。
荷載試驗的實施及現(xiàn)場組織安排
現(xiàn)場測試是最后一項工作,也是最關鍵的一項工作,它是對我們前期準備工作的檢驗,能否取得準確的數(shù)據(jù)也與現(xiàn)場試驗是否順利息息相關。
合理的分工
橋梁試驗從空間上和時間上都涉及到一定的范圍,每個人在測試過程中的任務也非常繁重,這就需要我們在試驗前要精心計劃安排,明確每個測試人員各個階段的任務,做到有條不紊,保證試驗按照計劃正常進行。
試驗流程的控制指揮
現(xiàn)場試驗要有一名經驗豐富的指揮人員,其他配合人員要絕對配合指揮人員的工作·指揮人員要求對整個試驗的流程非常清楚,并且明確那一個階段該做什么,要讀取那些數(shù)據(jù),同時要及時根據(jù)反饋回來的數(shù)據(jù)做一些初步判斷,不斷調整現(xiàn)場試驗流程。荷載要嚴格按照方案中確定的分級加載方式,當未達到控制荷載工況卻發(fā)現(xiàn)有數(shù)據(jù)超過正常允許的范圍值時,指揮人員應當中止試驗過程以保證試驗人員的安全·
現(xiàn)場準備工作情況與臨時應對措施
由于公路舊橋正是因為有很多未知的因素才需要做荷載試驗,所以我們對現(xiàn)場試驗中可能會出現(xiàn)的問題也難以一一作出預測,比如發(fā)現(xiàn)加載車輛與方案中要求的有所區(qū)別,可以調整車位來滿足效率系數(shù)的要求。測試過程中試驗人員如發(fā)現(xiàn)異常情況應及時通知指揮及其他測試人員,作出判斷之后再進行后面的工作。
動力試驗
橋梁檢測動載試驗是動力測定評價方法的基本測試項目。是為了滿足工程應用的需要,應用理論分析與試驗測試結合的科學方法解決橋梁振動問題的必要手段,是橋梁檢測工作中的重要環(huán)節(jié),其對橋梁使用狀況和承載力的評價提供了重要的數(shù)據(jù)參數(shù)·橋梁檢測中動載試驗的內容主要是結構動力特性和動載響應的試驗與分析,量測的主要部位是結構動力效應最大構件的動應力及動變形的控制截面。一般來說,檢測項目主要包括:橋梁動力特性模態(tài)參數(shù)測試(頻率,振形,阻尼比)和橋梁動力響應測試(動度、動應力、加速度,沖擊系數(shù))。
測試儀器
動載試驗的測試儀器主要包括測試傳感器,信號放大器,光線示波器,磁帶記錄儀和數(shù)字信號處理機。根據(jù)儀器的性能和使用傳感器的特性,可以選配不同的測試系統(tǒng)·
橋梁動載試驗的激振方法
橋梁動載試驗的激振方法應根據(jù)橋梁的結構型式和剛度,選擇效果好、易實施的方法。常用的方法有自振法、共振法和脈動法三種。
動載試驗數(shù)據(jù)分析及評定
橋梁結構的動力特性是與結構的組成形式、剛度、質量分布和材料性質等結構本身的固有性質有關而與荷載等其他條件無關的性質。橋梁的模態(tài)參數(shù)是整個結構振動系統(tǒng)的基本特性,它是進行結構動力分析所必須的參數(shù),其結果不僅可以用來分析結構動載作用下的受力情況,而且對橋梁承載力狀況評定提供重要指標·
a.固有頻率的測定
對于比較簡單的結構,只需結構的一階頻率,對于較復雜的結構動力分析,還應考慮第二、第三及更高階的頻率·橋梁固有頻率可以直接通過測試系統(tǒng)實測記錄的功率譜圖上的峰值丶時域歷程曲線或其自相關圖上確定。由基頻還可以推算承重結構的動剛度·
b.阻尼
橋梁結構的阻尼特性一般由對數(shù)衰減率6或阻尼比D來表示,可由時域信號中的振動衰減曲線求得。另外,也可以從功率譜圖中,用半功率帶寬法來計算阻尼,一般測試系統(tǒng)軟件均可完成此類分析·
c.振型
一般橋梁結構的基頻是動力分析的重要參數(shù)·傳感器測點的布置根據(jù)不同的結構形式,通過理論分析后確定·振型的測定一般采用兩種方法,一種是使用多個傳感器測定。另一種是使用一個傳感器變換位置測量,這種情況下需要一個作用參考點,測試時比較煩瑣,在條件限制時使用,一般應采取第一種方法測試。
沖擊系數(shù)
橋規(guī)中定義沖擊系數(shù)p為沖擊力與汽車荷載之比對于線彈性狀態(tài)下的結構來說,動荷載產生的荷載效應與靜荷載產生的荷載效應之比即為1+p·因此,沖擊系數(shù)的測試通常采用測定結構動應變或動撓度的方法。測試前,在梁的跨中(或最大變位應變處)布置電阻應變片式的位移計或應變計,并通過動態(tài)應變儀與電腦相接。試驗時,由加載車輛以某一速度從測點駛過,記錄其輸出應變隨時間變化的實時信號。一般情況下,應測試記錄多種車速下的輸出應變結果,以作分析比較。一般來講,橋梁在跨徑L=30一70m時,車輛與橋梁的自振頻率較接近,易產生共振,在單臺車作用下的沖擊系數(shù)特別大;沖擊系數(shù)隨阻尼比的減小而增大,阻尼比越小,沖擊系數(shù)受橋梁的影響越明顯,預應力混凝土梁橋的沖擊系數(shù)大于同等跨徑的鋼
筋混凝土梁橋,這些在測試中需注意,以便更好地分析沖擊系數(shù)的測試結果。事實上,實測汽車沖擊系數(shù)除了與結構本身有關,還與試驗車輛的性質、路面平整度、車速有一定關系車輛荷載本身是一個帶有質量的振動系統(tǒng),當它在橋上行駛時,與橋產生車、橋耦合振動。由于車輛動力特性的復雜性,以及橋梁阻尼的離散性和橋面不平整的隨機性,同一座橋梁多次不同的試驗,測得的沖擊系數(shù)也不盡相同。
橋梁檢測是一項復雜而細致的工作,不僅要求工作人員有豐富的實際現(xiàn)場經驗,而且同時需要堅實的理論基礎作為指導。只有把理論和實際充分結合起來,再加上指揮者與各試驗人員之間的默契配合,才能做好檢測工作并取得滿意的數(shù)據(jù),也只有這樣我們才有可能做出準確的評估。