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浅谈道路桥梁无损检测技术应用

日期: 2017-04-27
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       摘 要:目前,随着我国现代化建设事业的蓬勃发展,桥梁使用年限的增长,以及交通荷载的增加,桥梁检测已成为重中之中,该技术是一个多学科交叉的系统工作,需要各个环节协调配合才能达到一个有效的效果,本文主要介绍了几种无损检测技术的概念、原理和特点,并通过实例进行无损检测的应用说明,为工程人员提供参考信息。
中国论文网 http://www.xzbu.com/8/view-3198511.htm
  关键词:检测;桥梁;工程
  
  传统的方法是对公路桥梁随机选点,钻孔取样,在室内对所取样本进行分析和处理,从中获取各种有价值的工程参数。这种方法的局限性表现为以下几个方面:
  a)因被测点是操作人员随机选择的,所以检测结果很难具有代表性;
  b)由于检测点有限,覆盖面密度较小,使某些存在缺陷的不良区段反而被漏检,从而埋下质量隐患;
  c)虽然钻孔取样精度高,但其会对路面造成破坏,且修补时费时费力。
  无损检测技术作为快速、直观,且能够显示道桥内部状态的检测设备和技术手段,能够弥补传统方法的不足,它在开展道桥无损检测技术研究、建立科学的评价体系、改善路面设计等方面具有重要的意义,也必将带来道桥改造方案的优化和公路桥梁管养水平的提高。
  桥梁的无损检测技术(NDT)有较大的发展空间,包括超声检测、红外检测、声发射、自然电位检测、冲击回波检测、X射线检测、光干涉、脉冲雷达、振动试验分析等。在公路桥梁结构中应用NDT,可以提高新建结构质量的安全性;可以提供结构损伤的标志,例如,污染程度,钢筋混凝土桥梁的氯侵蚀程度;可以记录支座处的声发射,反映了裂纹或过大的摩擦力或从垫层支座正在扩展的裂纹。无损检测的这些结果可以作为结构评估的辅助。
  在一些情况下,与侵入检测相比,无损测试更快捷,缩短了测试期间的交通管制时间,从而降低了成本。雷达可以快速扫描潜在的结构空洞,雷达在NDT中的使用证明了NDT的速度和便捷性。声传播的使用进一步说明了调查的有效性。声传播可以用于检测长护栏的潜在腐蚀。随后可对疑似区进行更细致的检测,例如使用钻孔、直接量测和超声技术来确定未腐蚀厚度。NDT间接测量了外形特征,测试结果依赖于信号在结构内非连续区的反射时间。该信号的速度依赖于结构材料的性质,该性质不一定明确。因此,需要专业知识和经验来解释收集的数据,并判断在物理特征或材料性质方面的意义。
  通常情况下,进行无损测试时,将无损测试设备置于结构附近,正对结构或固定结构表面。无损测试最大的优点在于对结构不会造成损伤,从而避免了对可能已有损伤的结构的削弱。NDT技术并没有确定性的答案,还应该参考其他信息来评估结构的整体情况。
  通常,为了校正NDT的结果,有必要对结构物进行选择性损伤检测。本文主要介绍了几种在桥梁检测中典型NDT测试方法,以推广NDT在桥梁结构检测中的应用。
  2超声波无损检测技术
  超声波是一种声波,其频率高于人耳所能听到的频率,它的传输过程遵循波的传播规律。超声波路面检测技术是通过对材料介质发射超声波,进而对接收到的反射波相关参数进行分析,从而对结构内部破损情况进行准确判断的一种新型无损检测方法。
  2.1超声波检测基本原理
  当超声波从一种声阻抗率为Z1=ρ1C1的介质向另一种声阻抗率为Z2=ρ2C2的介质传播时,一部分在界面上形成反射波,另一部分则穿过界面,形成折射波,见图1。
  通过在介质的不同位置设置传感器,测量超声波在一定范围内的传播时间,求得波速,不仅可利用速度与介质参数的关系测定材料的弹性模量、抗压强度和抗折强度等,还可用以检测材料或内部结构的缺陷。若假定路面结构为无限大的固体介质,则其波速公式为:
  
  式中:v
  L---波速,m/s;
  E---弹性模量,MPa;
  ρ---介质材料密度,kg/cm3;
  μ---泊松比。
  因超声波无损检测技术具有操作简单、检测方便、价格相对低廉等优点,在路面检测中的应用前景非常广阔。
  2.2 激光检测技术
  激光的高亮度,具备较好的方向性、相干性和衍射性。激光的光强愈强则光电流愈强,路面检测正是利用了激光这一原理。当激光的光强发生变化时,光电流也随之发生变化,根据所标定的光电流与位移的关系,通过光电流的变化反算弯沉位移的变化量。在路基和路面检测中,激光主要被用于距离测定、弯沉测定以及纹理深度测定和平整度的测定。
  2.3光纤传感检测技术
  光纤传感检测技术是利用光纤对某些特定的物理量敏感,将外界物理量转换成可直接进行测量的光信号的检测技术。将光纤传感检测技术应用于桥梁检测,可实现对桥梁钢索索力的监测,也可完成对预应力连续混凝土梁内部应力、应变特性的科学测量和监测,构成光纤智能桥梁。
  3探地雷达(GPR)检测法
  GPR是一种电磁回声方法。采用一个传感器(发射器或者接收器),该传感器以某一指定速度穿过结构表面。声波较短的持续脉冲能量得以传播,同时接收器接收从材料表面(见表1)和结构特征处探测到的反射信号。这些信号带有不同的介电常数,例如被埋藏的金属物体或者空洞。收集到的数据是一个有效的连续截面。信号的振幅,阶段和连续性受到材料类型这一因素的影响,信号的连续性受到构件形状的影响。无线脉冲传播时间受到层厚度或者埋藏特征的影响。GPR是一种低风险的检测方法,主要应用是在使用其他可选方法前,定位管道和加固区。
  GPR检测法产生高频电磁冲击脉,通过天线在结构内传播。
  这些电磁波有一部分在界面改变处反射和折射,因为在界面改变处介电常数有所改变,并且由一个接收器记录下来。如果接收天线是常用的单声道操作(反射模式),发射天线可以和接收天线布置于同一外壳。集合系统往往在表面扫描而过,来确定反射信号的雷达追踪。各种典型的天线频率在100MHz~1500MHz之间,用于调查不同结构形式和材料状况。

 

 

  GPR检测法能够有效绘制空洞或剥离程度,速度快,覆盖范围广。因为没有放射性X射线的危害,GPR检测方法的使用安全可以得到保证,尤其适用于检测很多通道条件苛刻的结构,或者适用于不能有损伤的内部结构。GPR检测法能很好的确定金属管道的位置,并且很可能成为后张混凝土桥梁结构应用的主要方法。在完全灌浆的塑料管道中,该方法能够定位金属管道,加固区和钢筋。
  GPR检测法的适用范围如下:
  1)用于低分辨率下的深度探测;
  2)在浅穿透下用高分辨率;
  3)用于检测“隐藏”特征,例如,拱肩墙。
  GPR检测法的应用在一些条件下受到了限制。GPR检测法不能够穿过金属检测空洞,结果对空洞的深度很敏感,对突出的小尺寸不是很敏感。此外,GPR检测法在潮湿环境中不能工作,不能用于低于0℃以下,在深度浅处需用高分辨率。对于其他NDT技术方法而言,例如回声检测法和超声波传输法,设备的选择、数据的解释、准确定位管道和加固都是重要的工作内容。所以,在决定使用这些方法之前,应该在现场处理GPR数据,作为参考。对于和金属管道中空洞交叉的钻孔,GPR也有意义,并且 可以减少无效钻孔,也可以减少钢筋的损伤。
  3射线探伤法
  射线探伤法将底片置于混凝土构件后,通过对敏感底片发射X射线或伽玛射线,从而生成含空洞的图片。射线探伤法可以确定空洞程度和断裂钢筋的位置。适用于桥梁交通开放的情况,并可以从图书馆在线快速获取图像。理想条件下,图片准确无异议。这种方法所需的操作人员数量较少。但射线探伤法需要很多强有力的探射源穿透厚截面,或者获得实时图像,从而增加了成本,使结构健康和安全预防措施更加严格。采用射线探伤法可以获得清楚的图片,但如果截面厚,或与管道或钢筋交错布置时,就不宜用图片说明。放射源放射出的伽玛射线最大能够穿透150 mm的铱,400 mm的钴,并且必须能机械化的放置于带有护套的盒子中。X射线源的穿透能力达1 500 mm,并且能够自动关闭,这是该方法的一个显著安全优势。当通道便捷,并且安全情况理想时,射线探伤法能提供便于解释说明的图片。证明了这种方法是一个适用性很强的NDT技术。
  4工程应用
  以后张混凝土梁为研究对象,用回声波法进行无损检测。在后张法中,预应力筋的作用是承受荷载。混凝土达到规定强度以后,将预应力筋穿入事先埋入的预应力管道内,然后进行张拉,固定于构件的两端。之后在高压下将水泥浆注入管道,在钢筋和混凝土之间形成粘合剂,并填充所有空洞。灌浆中留下的任何孔洞都可能导致钢筋的腐蚀和结构的最终倒塌。这个案例的目的在于,进行实验室试验,分析冲击作用下反射信号,探测后张混凝土梁中的孔洞。为了模拟不同的检测过程,建造了若干已知缺损的试验性测试横梁。横梁为具有现实代表性的后张桥横梁。通过比较分辨率,选择合适的球轴承,以及所需波长(高分辨率=短波长=较小球轴承)和穿透深度(较强穿透性=长波长=较大球轴承)。横梁上所用的较合适的球轴承是直径为10 mm的球轴承。
  试验过程中,通过一个传感器计算混凝土的速度,记录通过固体混凝土区域的频率,由此测量速度。在实地探测时,测试的是横梁的侧面而非顶部,因为实地探测时很难接近顶部。测试发现,被测的所有横梁上的后部墙的频率(fT)与同批混凝土所铸造的横梁的频率相同。由试验得出中空管道的频率响应。试验结果表明,初始峰值(fT)已经从4.9(普通混凝土)开始变动,在更高频率处会产生一个峰值,这典型代表了中空管道。中空管道和灌浆管道之间的差别很容易辨别。纯净输入信号和有效反应信号的成功利用率是变化的,这取决于操作员。无效波形很容易从较好的重复性波形中区分出来。接着测试另一种横梁,它一半灌满灌浆,另一半是空的(通常,管道上部的一半是空的)。探测横梁的总长度,以确定这种方法是否能鉴别部分灌注的管道的位置。这些测试的结果表明,即使管道是用塑料制成的,也能辨别出完全充注管道和完全中空管道的差别。
  结束语
  无损检测技术是一门多学科的、综合性的应技术,在无损检测技术的应用中,应善于把基础论与工程实际相结合,大胆创新,不断提高道桥护管理科学化水平。
  参考文献
  [1]李永利,董伟.路面无损检测技术探析[J].交通标准化,2011,243(8):78-80.
  [2]吾新璇.混凝土无损检测技术手册[M].北京:人民交通出版社,2003.

  原文地址:http://www.xzbu.com/8/view-3198511.htm

 

师资力量 / Teacher
发布时间: 2018 - 09 - 27
交通运输部关于印发《公路养护工程管理办法》的通知各省、自治区、直辖市、新疆生产建设兵团交通运输厅(局、委):   为进一步加强和规范公路养护工程管理,提高养护质量和效益,部对《公路养护工程管理办法》(交公路发〔2001〕327号)进行了修订,现印发给你们,请认真遵照执行。交通运输部 2018年3月2日  (此件公开发布)公路养护工程管理办法第一章 总 则  第一条 为加强和规范公路养护工程管理,提高养护质量与效益,根据《中华人民共和国公路法》《公路安全保护条例》《收费公路管理条例》等法律、行政法规,制定本办法。   第二条 本办法所规定的公路养护工程是指在一段时间内集中实施并按照项目进行管理的公路养护作业,不包括日常养护和公路改扩建工作。   第三条 本办法适用于国道、省道的养护工程管理工作。县道、乡道、村道和专用公路的养护工程管理可参照执行。   第四条 养护工程应当遵循决策科学、管理规范、技术先进、优质高效、绿色安全的原则。   第五条 养护工程管理工作实行统一领导、分级负责。   交通运输部负责全国养护工程管理工作的指导和监督。   地方各级交通运输主管部门或公路管理机构,依据省级人民政府确定的对国道和省道的管理职责,主管本行政区域内的养护工程管理工作。   第六条 公路经营管理单位和从事公路养护作业的单位应当根据交通运输主管部门或公路管理机构提出的养护管理目标,按照标准规范、有关规定及本办法要求组织实施养护工程,并接受其指导和监督。   第七条 各级交通运输主管部门、公路管理机构和公路经营管理单位应当筹措必要的资金用于养护工程,确保公路保持良好技术状况。   非收费公路养护工程资金以财政保障为主,主要通过各级财政资金解决。收费公路养护工程资金主要从车辆通行费中解决。   第八条 养护工程资金使用范围包括公路技术状况检测与评定、养护决策咨询、养护...
发布时间: 2017 - 04 - 27
【摘要】桥梁桥面的施工质量,是保证桥梁安全和平稳的前提条件。桥面铺装层作为桥梁系的一部分,相对于桥梁其他部分它直接承受行车荷载、梁体变形和环境因素的作用。桥面铺装层施工质量的好坏直接影响桥梁使用的耐久性和行车的舒适性、安全性。本文主要就桥梁桥面铺装病害及防治措施进行了分析,以供参考。 中国论文网 http://www.xzbu.com/1/view-6894584.htm  【关键词】桥梁;桥面铺装;病害;控制措施   1、桥面铺装的破坏形式   沥青混凝土桥面铺装与正常路面和水泥混凝土桥面铺装相比,损坏形式有所不同。主要有:①铺装层内部产生较大的剪应力,引起不确定破坏面的剪切变形,或者由于铺装层与桥面板层间结合面粘结力差,抗水平剪切能力较弱,在水平方向上产生相对位移发生剪切破坏,产生推移、拥包等病害;②因温度变化并伴随桥面板或梁结构的大挠度而产生的裂隙,在车辆荷载及渗入的水的作用下产生面层松散和坑槽破坏。   设防水层的水泥混凝土桥桥面沥青混凝土铺装在行车荷载作用下的破坏形式一般为剪切破坏,常表现为拥包和推移现象。剪切破坏有两种情况:一是桥面钢筋混凝土模量远大于沥青混凝土和防水层的模量,加之沥青混凝土层厚度较薄,沥青层内产生较大的剪应力而引起的无确定破坏面的剪切变形;二是防水层与沥青混凝土面层和桥面层间粘结力不足而发生剪切破坏。   2、桥面铺装层病害分析   2.1 结构理论与设计。桥梁的结构理论中对桥面铺装层的计算分析论述几近于零,现行规范中只给定了厚度的推荐值,工程界一直在备等级公路中运用了几十年。桥冲击桥结构的变铺装是一个受力复杂的动力体系,各种形式的主梁及铺装本身的构造均影响其应力的分布。粱设计的箱粱骨架钢筋在实际受力状态下难以像T梁主筋那样发挥应有的作用。所以设计的假设状态与箱梁的实际受力状态不一致。...
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【摘要】交通情况的复杂让交通事故频发,其中超高车辆与桥梁上部结构的碰撞更是频繁发生,不仅对桥梁结构安全性产生较大威胁,同时对交通运行也有一定影响。目前我国关于对超高车辆-桥梁上部结构碰撞的破坏模式与荷载计算的研究不仅存在数量上的不足,在研究深度上也存在一定不足,为此,本文将研究的重点放在超高车辆-桥梁上部结构碰撞的破坏模式与荷载计算方面,了解超高车辆在撞击到桥梁上部结构的破坏模式与荷载,从而对后期的防护有一定指导意义。 中国论文网 http://www.xzbu.com/1/view-7030491.htm  【关键词】超高车辆-桥梁上部结构碰撞;破坏模式;荷载计算   引言   近几年,我国城市立体交通的发展越来越迅速,导致超高车辆碰撞桥梁上部结构的事故也越来越多。2008年在我国成渝高速公路,一辆超高货车强行通过一座正在建的跨线公路桥时将桥梁的主轴直接撞歪,直接导致前两个月的施工作废,金额损伤近百万元,其中还未包括对社会的影响。不仅是在我国,在发达国家这种超高车辆撞击桥梁上部结构的事件也频频发生。可以看出,导致桥梁损坏的主要原因就是受到超高车辆的撞击。对其破坏模式与荷载计算进行分析,从而对优化桥梁上部结构具有一定重要意义。   1.超高车辆-桥梁上部结构碰撞的破坏模式   (1)破坏类型:通过对超高车辆-桥梁上部结构碰撞的事故调查与有限元仿真分析发现,其出现的破坏模式可以分为两种,一种是局部性破坏,另一种则是整体性破坏。局部性破坏是桥梁上部结构受到局部冲剪作用引起的损坏[1]。如果是钢筋混凝土T梁桥,这种局部破坏的程度将会更加明显,整个碰撞区域不仅会出现开裂、崩落,钢筋屈服,甚至整个腹板―面板交界处的混凝土出现纵向开裂。如果是T型钢梁桥,局部破坏也会十分明显,会产生严重的塑性变形。如果是钢箱梁桥,破坏形式表现为钢材屈服。...
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