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碳纖維布加固框架梁的原理與施工技術(shù)
發(fā)布時間:2014-08-05
內(nèi)容提要:介紹混凝土橋梁檢測技術(shù)的基本內(nèi)容和其發(fā)展動向;對混凝土橋梁的靜載試驗(yàn)和動載試驗(yàn)進(jìn)行了描述,結(jié)合國內(nèi)外的檢測技術(shù)新的發(fā)展談自己對橋梁檢測前景的想法。關(guān)鍵詞:混凝土橋梁;橋梁檢測技術(shù);荷載試驗(yàn);靜載試驗(yàn);動力試驗(yàn);
近幾十年來,我國的江河上和城市內(nèi),都修建了許多特大和大、中型橋梁,包括鐵路橋梁、公路橋梁、公鐵兩用橋和城市的立交橋等。這些橋梁在建設(shè)中和運(yùn)營管理期間,都需要進(jìn)行大量常規(guī)的技術(shù)檢測工作,以確保工程的設(shè)計(jì)要求和施工質(zhì)量及運(yùn)行安全。而同時許多早期修建的橋梁結(jié)構(gòu),由于年久失修,導(dǎo)致橋梁局部出現(xiàn)了一些病害,例如,混凝土表面脫落,鋼筋外露;混凝土碳化、鹽蝕嚴(yán)重,使主要受力截面的抗壓性能受到削弱等等不一而足。因此,今天的橋梁檢測領(lǐng)域不僅僅包括成橋前靜載和動力試驗(yàn),還涵蓋到大量舊橋的檢測與維護(hù)上,只有通過檢測,評價其使用可靠度、估計(jì)其剩余壽命,才能為橋梁主管部門的決策提供依據(jù)。在我國,混凝土橋梁的檢測技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展,已比較成熟,但與國外研究的最新技術(shù)相比,還有一定的差距,本文著重介紹混凝土橋梁的檢測技術(shù)在我國及世界范圍內(nèi)的應(yīng)用及其新發(fā)展。一、混凝土橋梁的檢測技術(shù)
混凝土橋梁的檢測離不開荷載試驗(yàn)。一般來說,有以下情況需進(jìn)行荷載試驗(yàn):一是興建的大跨度混凝土橋,尤其當(dāng)采用了新結(jié)構(gòu)、新材料和新工藝的橋跨結(jié)構(gòu)更需進(jìn)行荷載試驗(yàn);二是需通行特種車輛的新舊橋梁,為保證該橋使用安全,需按實(shí)際輪位和軸重進(jìn)行模擬荷載試驗(yàn)或等效菏載試驗(yàn);三是修復(fù)的、改建的或加固的舊橋,為驗(yàn)證工程效果,需進(jìn)行驗(yàn)收或鑒定性荷載試驗(yàn);四是年久失修,且缺乏設(shè)計(jì)和施工技術(shù)數(shù)據(jù)的舊橋,為判斷是否能承受預(yù)計(jì)的荷載,也需進(jìn)行荷載試驗(yàn)。
(一)荷載試驗(yàn)分類及其準(zhǔn)備
1 .荷載試驗(yàn)分類,按所加荷載性質(zhì),可分為靜載試驗(yàn)和動力試驗(yàn);按加載數(shù)量與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)荷載的比值(包括沖擊系數(shù)在內(nèi))可分為三種:基本荷載試驗(yàn)、重荷載試驗(yàn)和輕荷載試驗(yàn),本文著重闡述靜載試驗(yàn)和動力試驗(yàn)。
2 .荷載試驗(yàn)準(zhǔn)備:試驗(yàn)前,需做好充分的準(zhǔn)備,這就要求盡可能的收集設(shè)計(jì)與施工資料,這也是為確定試驗(yàn)荷載、布置測點(diǎn)以及以后的測試數(shù)據(jù)的對比分析。這些資料包括橋跨的總體與各截面幾何尺寸、標(biāo)高、設(shè)計(jì)荷載等級、行車道標(biāo)準(zhǔn)、支座和墩臺位置標(biāo)高及布置,材料的物理力學(xué)性能等。如有可能,一方面,從設(shè)計(jì)單位那里索取該橋的控制截面的計(jì)算內(nèi)力、計(jì)算撓度、影響線和結(jié)構(gòu)的自振頻率等;另一方面,從施工方那里索取該橋的實(shí)際尺寸、標(biāo)高、施工時材料數(shù)據(jù),尤其是混凝土的強(qiáng)度增長數(shù)據(jù)、彈模數(shù)據(jù)、荷載試驗(yàn)時混凝土的齡期等。與此同時,還應(yīng)做好實(shí)橋調(diào)查工作,對實(shí)橋表面的病害,用圖標(biāo)明病害位置和病害程度;摸清橋址處的供電和交通情況,當(dāng)?shù)氐臍庀笄闆r,有無試驗(yàn)所需的標(biāo)準(zhǔn)車輛等第一手資料,因?yàn)檫@些都可能影響到事先所擬訂的試驗(yàn)方案,如能及早發(fā)現(xiàn)情況和間題,就可以對試驗(yàn)方案進(jìn)行及時修改。
(二)靜載試驗(yàn)
混凝土橋梁的靜載試驗(yàn),一般需進(jìn)行以下測試內(nèi)容:
1 .結(jié)構(gòu)的豎向撓度、側(cè)向撓度和扭轉(zhuǎn)變形。每個跨度內(nèi)至少有三個測點(diǎn),并取得最大的撓度及變形值,同時觀測支座下沉值。有時測試也為了驗(yàn)證所采用的計(jì)算理論,要實(shí)測控制截面的內(nèi)力和撓度縱向和橫向影響線。
2 .記錄控制截面的應(yīng)力分布,并取得最大值和偏載特性。沿截面高度不少于5 個測點(diǎn),包括上、下緣和截面突變處。有些結(jié)構(gòu)需測試支點(diǎn)及附近、橫隔板附近剪應(yīng)力和主拉應(yīng)力,此時需將應(yīng)變計(jì)布成應(yīng)變花。
3 .支座的伸縮、轉(zhuǎn)角,支座的沉降;墩頂位移及轉(zhuǎn)角。
4 .仔細(xì)觀察是否已出現(xiàn)裂縫,出現(xiàn)初始裂縫時所加的荷載,仔細(xì)表明裂縫出現(xiàn)的位置、方向、長度、寬度及卸載后閉合情況。如果結(jié)構(gòu)的控制截面變形、應(yīng)力或裂縫擴(kuò)展,在尚未加到預(yù)計(jì)最大試驗(yàn)荷載前,已提前達(dá)到或超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的允許值,應(yīng)立即停止加載,同時注意觀察裂縫擴(kuò)展情況,撤離儀器和人員。
5 .細(xì)觀察卸載后的殘余變形。對于特殊結(jié)構(gòu)而言,如懸索橋和斜拉橋,尚需觀察索力和塔的變位并進(jìn)行支座的測定。
混凝土橋的靜載試驗(yàn),對關(guān)鍵控制截面的測試,嚴(yán)格在該截面影響線上加載標(biāo)準(zhǔn)荷載車隊(duì),以確定標(biāo)準(zhǔn)車輛在橋上的輪位位置。除了對加載車輛的輪位有所控制外,試驗(yàn)時溫度是一個重要因素。通常而言,溫度變化一攝氏度,混凝土構(gòu)件將產(chǎn)生十個微應(yīng)變的變形,對于50 號混凝土,相應(yīng)于0 . 35 吻a 的應(yīng)力誤差。因此應(yīng)做好溫度補(bǔ)償和收縮補(bǔ)償塊等工作,以直接或間接消除溫度及收縮的影響。
(三)動力試驗(yàn)
橋梁結(jié)構(gòu)的動力試驗(yàn)是研究橋梁結(jié)構(gòu)的自振特性和車輛動力荷載與橋梁結(jié)構(gòu)的聯(lián)合振動特性,其測試數(shù)據(jù)是判斷橋梁結(jié)構(gòu)運(yùn)營狀況和承載特性的重要指標(biāo)。眾所周知,橋梁在設(shè)計(jì)時,要避免外界的強(qiáng)迫振動源,如風(fēng)、車輛等的頻率與橋跨結(jié)構(gòu)的自振頻率相等,否則會引起過大的共振振幅危及橋梁的使用安全。同理,當(dāng)車輛以某一速度通過橋面時,橋跨的動撓度和動應(yīng)力最大,那么,此時的車速稱為臨界車速。由臨界車速引起的共振將產(chǎn)生動力擴(kuò)大效應(yīng)并直接影響到橋梁的安全使用,通常用沖擊系數(shù)來表示這種擴(kuò)大效應(yīng)。橋梁的動力試驗(yàn),主要是圍繞沖擊系數(shù)做文章,實(shí)際的的動力試驗(yàn)包括以下內(nèi)容:
1 .測定橋跨結(jié)構(gòu)在車輛荷載下的強(qiáng)迫振動特性,如沖擊系數(shù)、強(qiáng)迫振動頻率、動位移和動應(yīng)力等。
2 .測定橋跨結(jié)構(gòu)的自振特性,如自振頻率、振型和阻尼特性等。
橋跨結(jié)構(gòu)的動力試驗(yàn),首先必須使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動,然后通過儀器記錄下結(jié)構(gòu)的振動時程曲線,再通過專門的FFT (快速傅立葉轉(zhuǎn)換)儀器,分析出結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)振動特性。有兩種方法可模擬外界對結(jié)構(gòu)的動力激振,這其中包括穩(wěn)態(tài)激振和脈動激振。穩(wěn)態(tài)激振包括以一輛或多輛并行滿載車列以不同速度過橋或在橋上制動。而脈動激振可直接利用外界隨機(jī)振源。動力分析設(shè)備越來越先進(jìn),具有豐富經(jīng)驗(yàn)的工程師可直接分析輸出結(jié)果。但與之同時的理論分析,與實(shí)際情況仍存在相當(dāng)?shù)牟顒e。在進(jìn)行動力試驗(yàn)時,應(yīng)注意結(jié)構(gòu)控制截面上的實(shí)測最大動應(yīng)力、動撓度和最低標(biāo)準(zhǔn)限值應(yīng)小于標(biāo)準(zhǔn)的容許值。否則容易對橋梁結(jié)構(gòu)造成損壞。
二、國內(nèi)外檢測技術(shù)的一些最新發(fā)展
在美國,每年有大量的橋梁急需維修,為了確保橋梁的維修經(jīng)費(fèi)的合理使用,美國公路管理局?jǐn)M采用一種貝葉斯預(yù)測技術(shù),將以前的檢測數(shù)據(jù)和工程判斷組合起來,可清楚的考慮到測量的錯誤,將建立在工程評價和先前的經(jīng)驗(yàn)信息上融入到未來的混凝土橋梁衰變預(yù)測中,并可隨時將新的檢測數(shù)據(jù)增添到已有橋梁的管理系統(tǒng)中的架構(gòu)中。這種技術(shù)現(xiàn)已運(yùn)用于克羅拉多州的一座預(yù)應(yīng)力橋梁上。美國公路管理局早已開始對美國國內(nèi)所有的橋梁的基本數(shù)據(jù)建庫,并可將以后的檢測所獲得數(shù)據(jù)不斷的更新數(shù)據(jù)庫中的內(nèi)容。
美國AASHTO已建立起“DATAPAVE路面長期管理使用性能數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)”,相信不久其相應(yīng)的橋梁數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)也將建立起來。我國上海市現(xiàn)已著手建立”上海市城市橋梁管理系統(tǒng)”,它通過對橋梁的不同部位進(jìn)行評價,通過加權(quán)匯總成全橋的橋梁缺損狀況值( Bcl ) ,最后得出該橋的使用可靠度,這種分析充分運(yùn)用了模糊數(shù)學(xué)的知識。目前,將損傷力學(xué)用于橋梁表面病害、故障檢測,已有不少成果間世,有學(xué)者認(rèn)為可用它粗略估計(jì)老橋梁的殘余壽命。多學(xué)科的交叉大大發(fā)展了橋梁的檢測理論,這標(biāo)志著以后橋梁可靠度綜合評價技術(shù)發(fā)展的方向,檢測方法的發(fā)展也是日新月異。過去斜拉橋的斜拉索發(fā)生斷索事故,無從知曉,F(xiàn)在,使用磁漏檢測技術(shù)可直接檢測出是否斷索和斷索部位。樁基試驗(yàn)方法也已有大的突破。應(yīng)用波動方程的解析法(cAs 日、分析法(sMITH )、以及實(shí)測曲線擬合法(CAP- WAP 、CAPWAP / C )進(jìn)行樁的動測試驗(yàn),已取得多種經(jīng)驗(yàn)。例如高應(yīng)變動力檢測技術(shù)業(yè)已在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用,并列入相應(yīng)的規(guī)程中。動力分析的快速傅立葉變換(FFT) 的設(shè)備也從硬件式到“Pc 分析儀”,這就大大的降低了費(fèi)用。大量新型的設(shè)備已投入到生產(chǎn)實(shí)踐中,新型傳感器具有更高的精度、可靠度和耐久性;檢測數(shù)據(jù)通過可靠的自動化數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)、處理系統(tǒng)可直接輸出結(jié)果,節(jié)省了大量時間,同時能保證數(shù)據(jù)的精確度。橋梁檢測是一項(xiàng)實(shí)踐活動,它自始至終都和理論分析保持密切的聯(lián)系。由于分析時采用的結(jié)構(gòu)模型在設(shè)計(jì)上存在局限性,對真實(shí)結(jié)構(gòu)所采取的簡化措施如結(jié)構(gòu)模型自重的模擬;對作為復(fù)合材料的混凝土的非線形本構(gòu)關(guān)系的處理;局部構(gòu)造細(xì)節(jié)的忽視等因素,使得模型試驗(yàn)結(jié)果常常與理論分析結(jié)果相差甚遠(yuǎn),尤其在成橋后的通車鑒定中,這兩者差別更大。因此,未來橋梁檢測應(yīng)該不斷修改檢測理論及完善檢測手段,使之越來越和橋梁設(shè)計(jì)理論相吻合。通過設(shè)計(jì)理論來指導(dǎo)橋梁檢測,而檢測結(jié)果又反過來幫助設(shè)計(jì)理論的完善。二者相輔相成,缺一不可。
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