中小型橋梁檢測中檢測方法與設備選配綜述
更新時間：2021-04-10 17:51
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隨著我國交通事業(yè)的飛速發(fā)展,公路水平已能達到四通八達.公路建設中的橋梁、隧道等必不可少.其中橋梁作為一種高聳、跨越江河深溝、翻越高山峽谷的特殊建筑結(jié)構,在公路建設中發(fā)揮著重要作用.
我國的橋梁數(shù)以萬計,大部分已建成并服役多年,除正常的汽車、人群荷載,還受到風荷載、雨水侵蝕、溫濕變異、嚴重超載、自然地質(zhì)災害等影響,橋梁結(jié)構不同程度受到損傷.再加之舊的規(guī)范設計要求,設計荷載標準低、承受力有限,養(yǎng)護力度跟不上,已造成遠遠不能滿足現(xiàn)代交通運輸事業(yè)發(fā)展需求的現(xiàn)狀.相當多的橋梁正在逐步成為危橋,路網(wǎng)障礙越發(fā)顯著,橋梁安全不容樂觀,一旦發(fā)生垮塌等安全事故,將造成難以估量的財產(chǎn)、生命損失,甚至產(chǎn)生政治后果.
然而這么多橋梁中,中小型橋梁占橋梁總數(shù)的90%以上,隨著社會主義新農(nóng)村建設的加快,中小型橋梁所占的比重還在不斷增大.以有“橋梁博物館”美譽之稱的攀枝花市為例,2012年統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示：橋梁共547座,其中特大橋8座,大橋45座,中橋120座,小橋374座.關注中小型橋梁安全問題同樣刻不容緩.
1橋梁檢測現(xiàn)狀
橋梁檢測是一項新興技術,涉及知識面廣泛,集交通、力學、結(jié)構、電子、材料、計算機等多學科的綜合體現(xiàn).歐美強國對橋梁的長期健康監(jiān)測,運用GPS、光電成像等先進技術,但在橋梁振動/模態(tài)參量檢測中,超低頻監(jiān)測、模態(tài)參量獲取尚存難題.將多個孤立的橋梁健康遠程監(jiān)測系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)成一個集群檢測系統(tǒng),更是空白.
中國幅員遼闊,對所有橋梁的局部或整體服役狀態(tài)進行健康監(jiān)測,實現(xiàn)全自動的數(shù)據(jù)采集與遠程傳輸技術,智能化、可視化的數(shù)據(jù)分析處理與安全評估系統(tǒng),形成橋梁的健康監(jiān)測與預警,需突破的難點較多,現(xiàn)如今的橋梁檢測水平還未能實現(xiàn)這一要求.更何況眾多的中小型橋梁地處偏遠山區(qū),地質(zhì)結(jié)構環(huán)境條件復雜.所以對孤立橋梁的一次性傳統(tǒng)、現(xiàn)場、人工、事后、靜態(tài)測試的模式還不能摒棄,反之如何結(jié)合檢測方法和設備的不斷更新,針對橋梁特點選配適宜的檢測方法和設備,實現(xiàn)橋梁快捷、全面、準確的檢測和數(shù)據(jù)分析是非常具有實際意義的.
2橋梁檢測技術
橋梁檢測技術包括橋梁檢查和荷載試驗評定技術.其中橋梁檢查是橋梁養(yǎng)護、維修和加固的前期工作,是決定維修與加固方案可行和正確與否的可靠基礎,目的在于通過對橋梁的技術狀況、缺陷和損傷進行全面、細致、深入地現(xiàn)場檢查,查明缺陷或潛在缺陷和損傷的性質(zhì)、所在部位、嚴重程度和發(fā)展趨勢,弄清產(chǎn)生缺陷、發(fā)生損傷的原因,以便能分析、評價缺陷和損傷對橋梁質(zhì)量及承載力產(chǎn)生的影響.荷載試驗評定技術是對橋梁的整個結(jié)構特性及承載能力進行綜合評價的一項檢測.
具體對橋梁的混凝土強度、內(nèi)部缺陷等的現(xiàn)場檢測主要通過三種檢測方法：第一種為半破損法,是以在不影響結(jié)構物承載力的前提下,在結(jié)構上直接進行局部破壞試驗.或直接取樣試驗所得的值,經(jīng)一定換算即為檢測結(jié)果.鉆芯法、拔出法、拔脫法、板析法、射擊法均屬于半破損法,目前鉆芯法和拔出法使用較多；第二種為非破損法,以某些物理量與混凝土標準強度之間的相關性為基本依據(jù),在不破損結(jié)構的前提下,測出混凝土的某些物理量特性,并按相關關系推出混凝土的強度作為檢測結(jié)果.表面壓痕法、回彈法、超聲脈沖法、回彈-超聲綜合法、振動法、射線法均屬于非破損法,目前回彈法和回彈-超聲綜合法廣泛用于工程檢測；第三種為半破損法與非破損法的綜合使用,兩者的合理綜合,可提高檢測效率與精度.
2.2荷載試驗
荷載試驗是對橋梁的結(jié)構進行直接測試的一項科學試實驗工作,其主要任務是通過有計劃地對結(jié)構物加載后的性能進行觀測和對測量參數(shù)（位移、應力、振幅、頻率等）進行分析,以便了解橋梁實際工作狀態(tài),對結(jié)構物的工作性能作出評價以及對橋梁結(jié)構的承載能力和使用條件作出正確估計.開展荷載試驗不論是價格便宜簡單量具還是一套調(diào)試自動化的快速量測系統(tǒng),盡管在外形、內(nèi)部結(jié)構、量測原理及量測精度等方面有很大的差別,但作為量測設備,都必須具備三個基本組成部分：感受部分（傳感器等）、放大部分（機械動作、電子放大線路、光學放大等）、顯示記錄部分（指針、數(shù)碼顯示、屏幕等）.
荷載試驗包括靜力荷載試驗和動力荷載試驗.靜載是將靜止的荷載作用在橋梁上的指定位置,測試結(jié)構的靜應變、靜位移以及其他試驗項目.動載是以承受車輛荷載為主,對橋梁的產(chǎn)生沖擊和振動影響,通過試驗確定橋梁在車載下的動力效應及使用條件.
荷載試驗根據(jù)試驗持續(xù)時間,分長期觀測和短期觀測.所以一般對特大型橋梁、新型結(jié)構實行長期觀測,對大型橋梁實行定期觀測.再加之荷載試驗在后期的數(shù)據(jù)分析與處理上也是一項復雜工作,所以在中小型橋梁上應用較少. 3檢測設備
橋梁檢測主要針對混凝土強度、撓度等常見病害.不同病害可選用儀器也較多,同一種儀器亦可檢測多個項目.
混凝土強度檢測可用回彈法,設備主要使用回彈儀,其體積小,結(jié)構簡單,成本不高,養(yǎng)護方便；也用超聲法檢測,設備主要使用超聲波檢測儀,其讀數(shù)直觀并能存儲數(shù)據(jù),測量方便、速度快,但成本高、保養(yǎng)不便,嚴禁機械碰撞. 橋梁撓度的檢測常用百分表,水準儀,全站儀,傾角儀,光電式撓度檢測儀等.百分表操作簡單,可多點檢測,結(jié)果可靠,但跨越高山深谷的橋梁不易搭設支 架；全站儀采用三點高程測量,操作簡單,對地形沒有要求,受外界影響小.橋梁應變的檢測常用機械儀表有：簡易千分表應變儀,手持式應變儀,張線式位移量測裝置,機械式轉(zhuǎn)角量測裝置等.應變檢測還常用應變電測技術,選用應變儀或應變片,其靈敏度高、測速快、結(jié)果可靠,但貼片工作量大、電路復雜,易受野外干擾、不能重復利用.橋梁荷載試驗中采用光測法常用的儀器是非接觸式視頻測量儀.橋梁裂縫檢測,傳統(tǒng)常用裂縫對比卡、讀數(shù)顯微鏡；快速檢測選用測量儀器為裂縫觀測儀；超聲波無損檢測也適用裂縫檢測,如選用塞尺配智能型裂縫深度檢測儀.
4檢測方法與設備組配
檢測方法多樣,檢測設備多樣還不斷更新.就結(jié)構混凝土強度的現(xiàn)場檢測,可通過回彈法檢測、超聲脈沖法檢測、綜合檢測、半破損檢測來實現(xiàn).采用哪種檢測方法,選用哪些檢測設備需充分結(jié)合橋梁的實現(xiàn)情況來進行.需充分結(jié)合檢測技術的發(fā)展,橋梁的實際檢測環(huán)境,檢測項目的需求來確定方案.
對已檢測橋梁檢測方法和設備總結(jié)、分析情況,組配以下方案：
方案一：橋梁撓度檢測采用機電百分表,應力應變檢測采用應變片配數(shù)據(jù)采集儀（如TDS-602）,混凝土強度檢測采用回彈儀,混凝土裂縫寬度檢測采用裂縫寬度檢測儀,裂縫深度檢測采用塞尺.該方案經(jīng)濟適用、除應變片外均可重復使用,環(huán)境適應性可靠,測量精度在±0.05%、測速快、測量效率高,適用橋型多；缺點在于貼應變片工作量大,電路復雜,與儀器連接、拆卸費時耗力.
方案二：橋梁撓度檢測采用全站儀（徠卡）,應力應變檢測仍采用應變片配數(shù)據(jù)采集儀（如TDS-602）,混凝土強度檢測采用回彈儀,混凝土裂縫寬度檢測采用裂縫寬度檢測儀,裂縫深度檢測采用塞尺.該方案撓度測量不受限制,不需要在各測點接線安裝儀表,環(huán)境適應性強,可夜間操作.相比方案一,可多測測點.缺點對溫差變化有要求. 方案三：橋梁撓度檢測采用水準儀（國產(chǎn)精密水準儀）,應力應變檢測采用應變片配數(shù)據(jù)采集儀（如TDS-602）,混凝土強度檢測采用回彈儀,混凝土裂縫寬度檢測采用裂縫寬度檢測儀,裂縫深度檢測采用塞尺.該方案適應性較強,缺點在數(shù)據(jù)誤差會疊加.
方案四：橋梁撓度檢測采用撓度檢測儀（光電圖像式）,應力應變檢測采用非接觸式視頻測量儀,混凝土強度檢測采用超聲波檢測儀,混凝土裂縫寬度檢測采用裂縫寬度檢測儀,裂縫深度檢測采用智能型深度檢測儀.該方案技術含量高,檢測快、準,均優(yōu)于前三方案.缺點在于造價成本高,成套儀器運送、報管要求避免碰撞.
5結(jié)束語
總的來說組配方案是根據(jù)調(diào)查資料,分析已檢測橋梁檢測資料,針對中小型橋梁加載方法,混凝土強度、撓度、應力應變及裂縫等的檢測方法與設備進行研究分析,結(jié)合不同檢測環(huán)境和橋型提出的.
組配方案是為了快速實現(xiàn)橋梁檢測,從而了解橋梁實際的抗力狀態(tài),損傷狀況、實際承載力、通行能力和剩余壽命等,具有重大的經(jīng)濟價值和社會意義.
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橋梁健康檢測與健康監(jiān)測的區(qū)別
