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【摘 要】 解决新建桥梁和在役桥梁质量和安全隐患问题,首先要对桥梁情况进行全面检测,判断隐患或损伤是否对桥梁承载力和耐久性构成威胁。通过早期桥梁病害的发现,能够大大节约桥梁的维修费用,从经济效益和社会效益上分析,都是减少和避免频繁大修、关闭交通所引起的重大经济损失,最大程度减小和避免桥梁事故造成的负面影响。
【关键词】 道桥;无损检测;应用技术
一、无损检测技术
1、超声波检侧技术
超声波检测技术是根据瞬间应力波原理对桥梁内的空隙之处进行检测。该技术采用小钢球对混凝土表层进行敲击,以较为短斩的机械撞击造成低频应力波,并传至道路桥梁结构的内部,从断裂面处反射出来,通过分析反射波形态对路桥的空隙处进行判断。该技术是通过利用来自多个方面的超声波而引起瞬间共振,一直对路桥裂隙、结构完整性进行检测,并且可从信号记录情况中了解空隙的位置。在道路桥梁的检测工作中应用超声波检测技术,一来可检测桥梁在桩、板、梁等方面的结构情况,二来可检测管道中有无空隙存在,如此一来便可对存在问题的道路桥梁及时采取维修措施。然而,该项技术仍存在需要改进的不足之处,该技术的检查结果比较容易受到多种因素的影响。以管道为例,管道内部若存在空气、水分或是蜂窝体均会影响检测结果,管道处于相交或相邻的状态下会影响检测结果,管道所采用材料的不同也会影响检测结果。此外,超声波检测技术对于道路桥梁在密实性方面的检测也仍旧需要采取深入研究。
2、光纤传感检侧技术
光纤传感检测技术通过对一些特定物理量的敏感特性进行利用,使外界物理量变成光信号,从而直接对其进行测量。在30多年的发展进步下,国内的光纤技术也相应取得了飞跃进步,且在多个领域中广泛应用,例如生物医药、能源环保、工矿企业、航天航空、国防军事等方面。在道路桥梁的检测中应用光纤传感检测技术,可有效检测道路桥梁多方面情况,包括应变特性、钢索索力、预应力连续混凝土的内部应力等。
相比起传统传感器,光纤应变传感器具备了多种优势,例如不受环境影响、绝缘、耐高压、耐腐蚀、不受被测对象影响、体积小、重量轻、实用性强、传感器阵列形状多种多样、精度高、易燃易爆环境下仍可运行等。虽然,该传感器具备多种优势,但相比起一般的传感器,其价格较为高昂,因此较难以在道路桥梁的检测工作中推广。
二、道桥无损检测部位、方法、原理
1、混凝土强度检测
在工程实践中,我们在很多情況下需要利用无损检测方法推定构件混凝土强度值,如对施工质量有怀疑、对施工过程、构件强度增长的必要的监控或对既有桥梁的资料无法收集完整时。因此,混凝土强度的无损检测技术也成为桥梁检测技术中的重要环节。
1.1当前主要的无损检测方法
目前,混凝土强度测定的无损检测方法主要有回弹法、超声法(应用较少)、超声回弹综合法、射线吸收与散射法等,其它方法如探针法、拉拔、拉脱法、钻芯法等均属于半破损、破损法,在此仅对应用较多的回弹法和超声回弹综合法进行分析比较。
1.2检测原理
回弹法的检测原理是采用弹击杆弹击混凝土表面,以重锤反弹回来的距离作为回弹值,即回弹值是重锤冲击过程中能量的一种反映。超声回弹综合法的原理就是在回弹法检测基础上,对混凝土内部质量用超声波波速给予测定,它的强度指标由超声波速、回弹值两项参数控制,从而使构件内部、外部质量得以全面反映。
1.3两种常用方法技术分析
表1 混凝土强度无损检测主要方法的比较分析
2、基桩质量检测
由于桩基础已经成为我国工程建设的重要基础形式,为了保证桩基础的质量安全可靠,隐蔽性工程的检测技术水平也就至关重要。但是,桩基的检测又是一项复杂的系统工程,无论在理论中还是实践中均存在很多问题尚在进一步研究过程中,传统的静荷载又需花费大量的时间和费用。
2.1检测原理
声波透射法(CSL):以能量脉冲的方式沿桩身横向传播的波动来检测桩身完整性。低应变法(LST):利用低能量的激振力产生纵向振动或沿桩身纵向传播的波动检测桩身完整性,包括反射波法和振动法。高应变法(HST):利用高能量的冲击力产生沿桩身纵向传播的波动检测基桩承载力和桩身完整性。可分为凯司法和实测曲线拟合法。
2.2技术分析
首先,声波透射法适用于大直径灌注桩,目前许多国家对基桩质量检测采用了这种方法。它的设备使用性能、参数也得到了不断提高和改善,数据分析软件功能研发也得到了极快地发展。但制约它被国内广泛应用的因素是在检测前需预埋声测管,且因准备工作繁锁检测数量不宜过多,无法检测基桩承载力。低应变法虽然目前尚只提供桩身完整性检测指标,但它操作简单,易学易用,可经济、快速、大范围、无损的普检,在公路工程中得以充分地利用。但它的缺点则是检测定性分析,难以达到定量化,且存在一定程度的误判和不确定性,承载力检测尚处于不断完善和研究阶段。高应变法则是以节省人力、物力、财力为目标的快速检测桩基质量方法,虽然它可检测完整性和承载力,但它的检测准确度、可靠性,尤其是理论体系研究以及必须与静态荷载检测结果比较校验后方可使用等一系列问题使其在检测推广中存在一定的局限性。
3、混凝土钢筋锈蚀检测
正常情况下,混凝土材料呈弱碱性并使得钢筋表面形成钝化膜来保护钢筋使用寿命。但是,复杂的交变荷载作用和材料施工、温度应力等影响,往往在桥梁安全评估时需要进行钢筋锈蚀检测。目前,常用的方法分为直接评定法(如线性极化电流测量、半电池电位测量等)和问接评定法(如氯离了含量测量、保护层测量、透气性测量、电阻率测量等),无损检测中以半电池电位测量和混凝土电阻率测量较为常见。
技术原理:
半电池电位测量方法原理为将钢筋锈蚀仪以硫酸铜溶液为电解液,与钢筋连接开成通路后,输入高阻抗,记录电位差并绘出等位图,从而判定腐蚀发生区域。它在应用时方法简单,易学易用。但它的缺点也较多,如只能判定钢筋发生锈蚀的可能,不能判定锈蚀速度,对中性化的构件可能产生误判,对水下结构物测试不够准确等现象。而混凝土电阻率的测量方法属问接测量方法的一种,它的原理是根据锈蚀后的混凝土阻抗变化量来问接推定锈蚀程度,由于其结论同数理统计分析密切相关,因此建议作为锈蚀检测参考方法。
4、桥梁静荷载试验检测
桥梁的荷载试验分为静载和动载两种方式,考虑到最能够直接有效评定桥梁的工作状态和应用范围,我们仅探讨静力荷载试验,因为它在设计和施工质量的检验,判断承载力、验证设计理论和设计方法等方面更为准确和可靠。
技术原理:
静荷载试验基本原理就是在不同的桥梁荷载组合方式下,验证控制截面的应变、位移或裂缝,进而分析桥梁的承载能力和病害程度,一般情况下以反映桥梁结构的最不利受力状态为目标,用结构校验系数和相对残余变形等参数对结构的可靠性、刚度、安全度或强度储备等给予判定。而在试验数据的获取中,也不断的发展了各种形式的传感器技术,如应变的测量从箔式应变片、应变计、晶振式应变计、光纤式应变计到无线应变计等新技术,但是结构的性能评定参数仍然以上述指标为主。
三、结语
对于道路桥梁工程而言,无损检测技术与其他技术无异,均需要对技术不断的研究与改进。然而,从技术的研究开发的角度上看,无损检测技术属于比较新鲜的领域,因此需对不断探索该技术的应用领域,从而为继续解决的检测问题提供帮助。无损检测技术作为综合应用技术的一门,其涉及到的学科较多。因此,在对该技术进行完善时,需对当中所涉及到的相关学科加强研究,取其精华,促进无损检测技术的完善。在发展方而,有效结合该技术的基础理论以及实际操作,不断探讨应用新方向,扩大检测范围,从而促进无损检测技术的发展。
参考文献:
[1]张忠泽桥梁无损检测及检测信息集成分析技术研究综述[J]湖南交通科技,2004:65,67
[2]王大为“对混凝土构件强度无损检测若干问题的探讨”[J]北方交通,2012
[3]李家伟.无损检测手册[M].北京:机械工业出版社,2002:6-20.
【关键词】 道桥;无损检测;应用技术
一、无损检测技术
1、超声波检侧技术
超声波检测技术是根据瞬间应力波原理对桥梁内的空隙之处进行检测。该技术采用小钢球对混凝土表层进行敲击,以较为短斩的机械撞击造成低频应力波,并传至道路桥梁结构的内部,从断裂面处反射出来,通过分析反射波形态对路桥的空隙处进行判断。该技术是通过利用来自多个方面的超声波而引起瞬间共振,一直对路桥裂隙、结构完整性进行检测,并且可从信号记录情况中了解空隙的位置。在道路桥梁的检测工作中应用超声波检测技术,一来可检测桥梁在桩、板、梁等方面的结构情况,二来可检测管道中有无空隙存在,如此一来便可对存在问题的道路桥梁及时采取维修措施。然而,该项技术仍存在需要改进的不足之处,该技术的检查结果比较容易受到多种因素的影响。以管道为例,管道内部若存在空气、水分或是蜂窝体均会影响检测结果,管道处于相交或相邻的状态下会影响检测结果,管道所采用材料的不同也会影响检测结果。此外,超声波检测技术对于道路桥梁在密实性方面的检测也仍旧需要采取深入研究。
2、光纤传感检侧技术
光纤传感检测技术通过对一些特定物理量的敏感特性进行利用,使外界物理量变成光信号,从而直接对其进行测量。在30多年的发展进步下,国内的光纤技术也相应取得了飞跃进步,且在多个领域中广泛应用,例如生物医药、能源环保、工矿企业、航天航空、国防军事等方面。在道路桥梁的检测中应用光纤传感检测技术,可有效检测道路桥梁多方面情况,包括应变特性、钢索索力、预应力连续混凝土的内部应力等。
相比起传统传感器,光纤应变传感器具备了多种优势,例如不受环境影响、绝缘、耐高压、耐腐蚀、不受被测对象影响、体积小、重量轻、实用性强、传感器阵列形状多种多样、精度高、易燃易爆环境下仍可运行等。虽然,该传感器具备多种优势,但相比起一般的传感器,其价格较为高昂,因此较难以在道路桥梁的检测工作中推广。
二、道桥无损检测部位、方法、原理
1、混凝土强度检测
在工程实践中,我们在很多情況下需要利用无损检测方法推定构件混凝土强度值,如对施工质量有怀疑、对施工过程、构件强度增长的必要的监控或对既有桥梁的资料无法收集完整时。因此,混凝土强度的无损检测技术也成为桥梁检测技术中的重要环节。
1.1当前主要的无损检测方法
目前,混凝土强度测定的无损检测方法主要有回弹法、超声法(应用较少)、超声回弹综合法、射线吸收与散射法等,其它方法如探针法、拉拔、拉脱法、钻芯法等均属于半破损、破损法,在此仅对应用较多的回弹法和超声回弹综合法进行分析比较。
1.2检测原理
回弹法的检测原理是采用弹击杆弹击混凝土表面,以重锤反弹回来的距离作为回弹值,即回弹值是重锤冲击过程中能量的一种反映。超声回弹综合法的原理就是在回弹法检测基础上,对混凝土内部质量用超声波波速给予测定,它的强度指标由超声波速、回弹值两项参数控制,从而使构件内部、外部质量得以全面反映。
1.3两种常用方法技术分析
表1 混凝土强度无损检测主要方法的比较分析
2、基桩质量检测
由于桩基础已经成为我国工程建设的重要基础形式,为了保证桩基础的质量安全可靠,隐蔽性工程的检测技术水平也就至关重要。但是,桩基的检测又是一项复杂的系统工程,无论在理论中还是实践中均存在很多问题尚在进一步研究过程中,传统的静荷载又需花费大量的时间和费用。
2.1检测原理
声波透射法(CSL):以能量脉冲的方式沿桩身横向传播的波动来检测桩身完整性。低应变法(LST):利用低能量的激振力产生纵向振动或沿桩身纵向传播的波动检测桩身完整性,包括反射波法和振动法。高应变法(HST):利用高能量的冲击力产生沿桩身纵向传播的波动检测基桩承载力和桩身完整性。可分为凯司法和实测曲线拟合法。
2.2技术分析
首先,声波透射法适用于大直径灌注桩,目前许多国家对基桩质量检测采用了这种方法。它的设备使用性能、参数也得到了不断提高和改善,数据分析软件功能研发也得到了极快地发展。但制约它被国内广泛应用的因素是在检测前需预埋声测管,且因准备工作繁锁检测数量不宜过多,无法检测基桩承载力。低应变法虽然目前尚只提供桩身完整性检测指标,但它操作简单,易学易用,可经济、快速、大范围、无损的普检,在公路工程中得以充分地利用。但它的缺点则是检测定性分析,难以达到定量化,且存在一定程度的误判和不确定性,承载力检测尚处于不断完善和研究阶段。高应变法则是以节省人力、物力、财力为目标的快速检测桩基质量方法,虽然它可检测完整性和承载力,但它的检测准确度、可靠性,尤其是理论体系研究以及必须与静态荷载检测结果比较校验后方可使用等一系列问题使其在检测推广中存在一定的局限性。
3、混凝土钢筋锈蚀检测
正常情况下,混凝土材料呈弱碱性并使得钢筋表面形成钝化膜来保护钢筋使用寿命。但是,复杂的交变荷载作用和材料施工、温度应力等影响,往往在桥梁安全评估时需要进行钢筋锈蚀检测。目前,常用的方法分为直接评定法(如线性极化电流测量、半电池电位测量等)和问接评定法(如氯离了含量测量、保护层测量、透气性测量、电阻率测量等),无损检测中以半电池电位测量和混凝土电阻率测量较为常见。
技术原理:
半电池电位测量方法原理为将钢筋锈蚀仪以硫酸铜溶液为电解液,与钢筋连接开成通路后,输入高阻抗,记录电位差并绘出等位图,从而判定腐蚀发生区域。它在应用时方法简单,易学易用。但它的缺点也较多,如只能判定钢筋发生锈蚀的可能,不能判定锈蚀速度,对中性化的构件可能产生误判,对水下结构物测试不够准确等现象。而混凝土电阻率的测量方法属问接测量方法的一种,它的原理是根据锈蚀后的混凝土阻抗变化量来问接推定锈蚀程度,由于其结论同数理统计分析密切相关,因此建议作为锈蚀检测参考方法。
4、桥梁静荷载试验检测
桥梁的荷载试验分为静载和动载两种方式,考虑到最能够直接有效评定桥梁的工作状态和应用范围,我们仅探讨静力荷载试验,因为它在设计和施工质量的检验,判断承载力、验证设计理论和设计方法等方面更为准确和可靠。
技术原理:
静荷载试验基本原理就是在不同的桥梁荷载组合方式下,验证控制截面的应变、位移或裂缝,进而分析桥梁的承载能力和病害程度,一般情况下以反映桥梁结构的最不利受力状态为目标,用结构校验系数和相对残余变形等参数对结构的可靠性、刚度、安全度或强度储备等给予判定。而在试验数据的获取中,也不断的发展了各种形式的传感器技术,如应变的测量从箔式应变片、应变计、晶振式应变计、光纤式应变计到无线应变计等新技术,但是结构的性能评定参数仍然以上述指标为主。
三、结语
对于道路桥梁工程而言,无损检测技术与其他技术无异,均需要对技术不断的研究与改进。然而,从技术的研究开发的角度上看,无损检测技术属于比较新鲜的领域,因此需对不断探索该技术的应用领域,从而为继续解决的检测问题提供帮助。无损检测技术作为综合应用技术的一门,其涉及到的学科较多。因此,在对该技术进行完善时,需对当中所涉及到的相关学科加强研究,取其精华,促进无损检测技术的完善。在发展方而,有效结合该技术的基础理论以及实际操作,不断探讨应用新方向,扩大检测范围,从而促进无损检测技术的发展。
参考文献:
[1]张忠泽桥梁无损检测及检测信息集成分析技术研究综述[J]湖南交通科技,2004:65,67
[2]王大为“对混凝土构件强度无损检测若干问题的探讨”[J]北方交通,2012
[3]李家伟.无损检测手册[M].北京:机械工业出版社,2002:6-20.