公路橋梁結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)研究
2013-04-16 來源：維普網(wǎng)
橋梁結(jié)構(gòu)狀況的檢測是對橋梁結(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行詳細檢測、試驗、判斷和評價的過程。主要內(nèi)容包括兩個大的方面：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，材料的物理、化學和力學性能測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，按照受力狀態(tài)可分為靜載試驗和動載試驗；按照試驗持續(xù)的時間長短分為瞬時試驗及長期試驗。在靜載作用下，一般要測定作用力的大?。òo荷載、支座反力、推力等的大小）、構(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）；在動荷載作用下，一般要測定動荷載的大小、頻率和變化及構(gòu)件的動應(yīng)力、結(jié)構(gòu)的自振頻率、動撓度、衰減特性及其加速度等。
1．1．機械檢測技術(shù)
機械測試儀器一般有杠桿、齒輪、軸、彈簧、指針和度盤等部件。它主要由四大部分組成：傳感機構(gòu)、轉(zhuǎn)換機構(gòu)、指示機構(gòu)和機體保護部分。
傳感機構(gòu)的功能是直接感受被測量的構(gòu)件變化，并把這種變化傳到轉(zhuǎn)換機構(gòu)、在接觸式機械量測儀器中，這部分常常是測桿及彈簧；對于張線式機械量測儀器，則常常是鼓輪一類的機構(gòu)。轉(zhuǎn)換機構(gòu)的功能是把傳感機構(gòu)傳來的被量測構(gòu)件的變化轉(zhuǎn)化為長度的變化，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。
指示機構(gòu)的功能，是將經(jīng)過轉(zhuǎn)換機構(gòu)轉(zhuǎn)化為長度并加以放大、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。
機體保護部分的功能是把各組成部分連接成整體，使之保護儀器不受周圍環(huán)境的影響。
機械測試儀器的特點：結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，工作可靠，經(jīng)濟耐久，可重復使用，對周圍環(huán)境的適應(yīng)能力強，但靈敏度不高，放大能力有限，較笨重。
1．2 電測技術(shù)
電測法的原理是，通過一定的傳感元件把所測的機械量（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，然后按機械量給出指示。這里所說的傳感元件就是電阻應(yīng)變片，測量儀器就是電阻應(yīng)變儀。在工程試驗中最常用的是電阻應(yīng)變測試技術(shù)，它是試驗應(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、運用性強、比較完備的測試儀器。
1．3 超聲波檢測技術(shù)
聲波檢測技術(shù)是近年來發(fā)展非常迅速的一項實用技術(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、頻率及波形等波動特性參數(shù)與物體的力學參數(shù)（如動彈性模量、動泊松比、動剪切模量及物體內(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，可以了解材料與結(jié)構(gòu)的力學特性和缺陷。聲波檢測技術(shù)比其他檢測方法輕便、靈活，可以在大范圍內(nèi)進行測試等一系列優(yōu)點，目前在鉆孔灌注樁及路面質(zhì)量檢驗中得到廣泛的應(yīng)用。
1．4 射線檢測技術(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，射線檢測技術(shù)就是利用了某些同位素的這種特性。國內(nèi)外的一些專家設(shè)計了核子檢測儀，用于土壤密實度與土壤含水量的測定。
用于土壤密實度與含水量測定的射線檢測技術(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)，對人體的健康不利。在利用射線原理檢測路基路面的物理指標時，對檢測裝置或設(shè)計的檢測儀器的射線源一定要進行有效的防護，將射線對人體的影響控制在最低的程度。這是核子儀在設(shè)計時所必須考慮的關(guān)鍵問題。
2、橋梁結(jié)構(gòu)材料缺損狀況診斷
2．1 混凝土強度測定
對于混凝土強度的測定，目前的測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、取芯樣試驗法等?；貜椃ǔ暡ǚㄒ约岸叩木C合法是屬于非破損試驗法，應(yīng)用比較廣泛。對于這三種方法，它們的測試結(jié)果平均誤差約為9％ ±7％，但是綜合法要好一些。對于齡期在90 d以上的混凝土，采用回彈法時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}沖速度都具有一定的影響。
2．2 構(gòu)件材料缺陷的檢驗
2．2．1 目測法
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?shù)墓ぞ呋蛄烤叩容o助設(shè)備進行目視檢測。
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、夾渣和火災損傷等。
2．2．3 聲波檢測法
聲波檢測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，這種方法比較簡便，是一般檢查中常用的手段。
2．2．4 雷達檢測技術(shù)
使用脈沖雷達的電磁回波法是檢測具有瀝青覆蓋層的混凝土橋面板的有效方法。
2．2．5 鋼筋銹蝕的評價技術(shù)
對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由于?昆凝土的密實度、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問題的存在，鋼筋的銹蝕是普遍存在的，而鋼筋的銹蝕會使混凝土結(jié)構(gòu)進一步破損甚至破壞。下面介紹一些鋼筋銹蝕的評定技術(shù)。
1）鋼筋銹蝕評定的直接技術(shù)。a．電阻探測技術(shù)：根據(jù)金屬板銹蝕后會變薄，電阻變大的原理進行探測。b．線性極化探測技術(shù)：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：通過與一個已知的并保持常量的基準電極的極電位相比較，能有效的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(jié)構(gòu)耐久性評定中被廣泛應(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，也可以應(yīng)用于舊橋的檢測加固。
2）鋼筋銹蝕評定的間接技術(shù)。a．用保護層測定儀檢測鋼筋的混凝土保護層厚度是否滿足要求。b．測定混凝土的電阻率。通常取四電極法進行測量。c．測試混凝土中的氯離子含量，評定氯鹽對鋼筋的銹蝕。d．現(xiàn)場測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，酚酞呈現(xiàn)紫紅色說明混凝土并未碳化；pH>10時，則酚酞保持無色，說明混凝土已經(jīng)碳化，失去了對鋼筋的保護作用，則鋼筋有可能被銹蝕了。
3、結(jié)語
傳統(tǒng)的橋梁檢測方法主要依賴于動靜載試驗和檢測人員的現(xiàn)場目測，輔以混凝土硬度實驗、超聲波探測、腐蝕作用實驗等多種檢測手段。進入20世紀90年代，橋梁結(jié)構(gòu)的無損檢測技術(shù)更是出現(xiàn)了前所未有的發(fā)展勢態(tài)，出現(xiàn)了大批新的檢測方法和檢測手段。
