專利名稱：一種基于彈性模量的混凝土橋梁承載力的無損測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工程檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于彈性模量的混凝土橋梁承載力的無損測試方法。
背景技術(shù)：
橋梁通行的安全與否，是關(guān)系國計民生的大問題。橋梁的損壞甚至垮塌，不僅給交通運輸帶來極大損失，而且會給人民的生命財產(chǎn)造成巨大的災(zāi)難。上述發(fā)明不僅適用于普通鋼筋混凝土橋梁的檢測，也可以適用于預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的檢測。不僅可測試既有橋梁，還可以測試修建中的混凝土橋梁。迄今為止，橋梁的損壞甚至垮塌，究其原因主要有以下幾種:a)施工質(zhì)量的低劣，是造成施工中橋梁的跨塌或竣工后安全隱患嚴重的主要原因之一;b)在交通荷載、環(huán)境荷載等的反復(fù)作用下，造成混凝土及橋梁結(jié)構(gòu)老化，承載力下降。c)橋梁的長期過載負荷，也是造成橋梁損壞的重要原因。少數(shù)運輸部門在經(jīng)濟利益驅(qū)動下，汽車超載嚴重，甚至超載2倍以上。這可能導(dǎo)致對橋梁的嚴重危害。為了保證橋梁的安全，除了提高施工質(zhì)量、改善維護保養(yǎng)以外，實施定期檢測是非常必要和有益的。現(xiàn)有的橋梁檢測方法一般有兩大類，即基于載荷(靜力或動力) 變形的載荷試驗和基于目視的外觀檢測方法:a)載荷試驗；載荷試驗就是給橋梁施加一定的荷載，通常是用載重汽車排列在橋梁上(單向、雙向等各個工況)，通過測量在荷載下橋梁的撓度、頻率等指標，并與設(shè)計值進行對比進而判定橋梁的承載力。對于預(yù)制梁場的預(yù)制梁，也常常采用荷載+撓度測試的方法檢測預(yù)制梁的質(zhì)量。b)外觀檢測；當混凝土橋梁出現(xiàn)老化時，一般會出現(xiàn)裂縫等損傷現(xiàn)象。因此，通過觀測裂縫的有無、裂縫幾何尺寸(寬度、長度、間距)以及分布位置等，進而對橋梁的健全性進行判定。這兩種方法各有優(yōu)劣:對于載荷試驗，其測試精度高，可以較為綜合地反映橋梁的承載力，適用于橋梁的精密檢測。但該方法測試需要對橋梁施加較大的荷載，并需要安裝沉降、振動等各類傳感器。不僅費時費力，而且常常需要限行，對交通影響大，難以適用于鐵路橋梁。此外，當橋梁承載力較低時，試驗本身施加的荷載還會造成一定的塑性變形，從而對橋梁產(chǎn)生一定的損傷。外觀檢查作為一種簡便、快速的檢測手段，應(yīng)用最為廣泛。然而，該方法一般缺乏定量手段，加上橋梁裂縫往往非常微細，遠處無法識別，因而漏檢現(xiàn)象十分普遍。因此，在載荷試驗與外觀檢查之間，缺乏一種折中的手段，即缺乏一種既簡便快 捷，又能夠定量測試、評價混凝土橋梁承載力的手段。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是為了解決在混凝土橋梁安全保障方面提供一種折中的手段，即給出一種快速簡便的承載力測試評價方法。本發(fā)明的目的，是提供一種基于彈性模量的混凝土橋梁承載力的無損測試方法，在表述所采用的技術(shù)方案之前，先扼要地闡述以下方案的理論背景。1.理論基礎(chǔ)當混凝土橋梁建成、并開始使用后，要承受各種各樣的荷載(如交通荷載、風荷載、自重荷載等)以及物理、化學作用。其中，在荷載的作用下，混凝土梁會產(chǎn)生疲勞、老化。在物理、化學的作用下，混凝土材料會產(chǎn)生變質(zhì)。對于預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁，還會產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失等現(xiàn)象。上述的作用綜合起來，會使混凝土橋梁的剛性和強度(亦即承載力)降低，進而危害橋梁的安全。橋梁承載力的降低表現(xiàn)在多個方面，例如下?lián)显龃?、振動加大、出現(xiàn)裂縫等。其中，下?lián)?、振動即為橋梁靜、動載試驗的基本測試參數(shù)，裂縫則是外觀檢查的主要內(nèi)容。下?lián)显龃?、振動加大、出現(xiàn)裂縫等現(xiàn)象歸根結(jié)底，反映了橋梁剛度的降低。而剛度的降低又產(chǎn)生于兩個方面:I)混凝土彈性模量的降低；2)由于裂縫面的產(chǎn)生使得橋梁有效截面面積的減少。因此，如果能夠測試出混凝土材料的彈性模量，以及裂縫面的變化狀況，即可對橋梁剛度以及承載力的變化進行推算。沖擊彈性波測試方法的發(fā)展則為上述的測試提供了理論和技術(shù)基礎(chǔ)。根據(jù)彈性波的理論，彈性波速Vp與材料的動切線彈性模量Ed之間有明確的聯(lián)系，同時，由于受到裂縫面的遮斷，彈性波波速與裂縫之間也有密切的相關(guān)關(guān)系。因此，通過測試沖擊彈性波的波速vp,從理論上講，可以推算出混凝土的彈性模量E。和結(jié)構(gòu)裂縫狀態(tài)。另一方面，在實際的測試、評價中會遇到諸多問題。例如鋼筋、應(yīng)力水平的影響，評價基準、環(huán)境噪聲對測試精度的影響等問題。而這些問題正是本發(fā)明力圖解決的。2.本測試方法分為如下部分:2-1測試區(qū)域及工況的選定對于混凝土橋梁，根據(jù)混凝土的應(yīng)力狀況一般可以分為:I)壓縮區(qū):主要承擔壓應(yīng)力； 2 )中性區(qū):承擔的應(yīng)力較少；3)拉伸區(qū):與鋼筋共同承擔拉應(yīng)力(該區(qū)域常常出現(xiàn)裂縫)對于普通混凝土橋梁，上述3個區(qū)域均存在。其中，中性區(qū)位于梁高的中間(中性軸附近)。對于預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁，在正常工況下且預(yù)應(yīng)力體系正常作用時，整個梁的混凝土處于壓縮狀態(tài)。當預(yù)應(yīng)力損失較大或超載時，則受拉區(qū)的混凝土可能出現(xiàn)拉應(yīng)力，同時在梁中出現(xiàn)中性區(qū)。因此，針對混凝土橋梁，應(yīng)當測試梁的上、中、下部位。此外，利用不同荷載進行測試，可以進一步提高測試精度。可取
I)僅橋梁自重荷載2)自重+正常交通荷載(如列車通過，或典型交通狀況)下進行測試。2-2沖擊彈性波波速的測試基于測試混凝土彈性模量的混凝土橋梁承載力的無損測試方法系統(tǒng)構(gòu)成如
圖1.
沖擊彈性波由激振錘敲擊激振塊(圖2、4:適用于混凝土梁的側(cè)面激振、受信)或者直接敲擊混凝土表面(圖3:適用于混凝土梁的端面激振、受信)產(chǎn)生。對于建設(shè)中的橋梁，可以采用各個方式，而對于在役中的橋梁，由于端面被封閉，往往只能采用圖2、4的方式。激振信號和受信信號均利用信號采集儀收集到計算機中。在產(chǎn)生的沖擊彈性波中，有多種成分，而在本發(fā)明中采用其中的P波(也稱縱波)成分。P波彈性波波速Vp用下式計算:
權(quán)利要求
1.一種基于彈性模量的混凝土橋梁承載力的無損測試方法，其特征在于，按如下步驟進行操作: a)根據(jù)混凝土橋梁的類型，將其受力區(qū)域分為受壓、受拉、受剪及不受力的中性區(qū)； b)對各區(qū)域進行沖擊彈性波波速測試，敲擊激振塊和改變激振方向，可以使得激振彈性波P波的首波分別為壓縮波和拉伸波，并根據(jù)二者波速的差異，推斷測試區(qū)域中裂縫有無； c)根據(jù)測得的彈性波速和鋼筋配筋的修正，計算出混凝土的切線彈性模量Ed； d)根據(jù)在不受力的中性區(qū)測得的混凝土彈性模量E。，推算混凝土的抗壓強度； e)根據(jù)各區(qū)域的混凝土的切線彈性模量以及混凝土抗壓強度，推算相應(yīng)區(qū)域的應(yīng)力水平及應(yīng)力狀態(tài)； f)根據(jù)各區(qū)域的應(yīng)力水平和應(yīng)力狀態(tài)，推算橋梁的承載力。
全文摘要
一種基于彈性模量的混凝土橋梁承載力的無損測試方法,屬于工程檢測技術(shù)領(lǐng)域，該方法為根據(jù)混凝土橋梁的類型，將受力區(qū)域分為受壓、受拉、受剪及不受力的中性區(qū)；對各區(qū)域進行沖擊彈性波波速測試,敲擊激振塊和改變激振方向，得激振彈性波的首波分別為壓縮波和拉伸波,按二者波速的差異,推斷測試區(qū)域中裂縫有無;計算出混凝土的切線彈性模量Ed；測得的混凝土彈性模量Ec，推算混凝土的抗壓強度；根據(jù)各區(qū)域的混凝土的切線彈性模量以及混凝土抗壓強度，推算相應(yīng)區(qū)域的應(yīng)力水平及應(yīng)力狀態(tài)；根據(jù)各區(qū)域的應(yīng)力水平和應(yīng)力狀態(tài)，推算橋梁的承載力。通過實施可以為橋梁的健康評價提供安全保障資料。
文檔編號G01N3/00GK103196741SQ20131010014
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月26日
發(fā)明者吳佳曄, 吳曾煒 申請人:四川升拓檢測技術(shù)有限責任公司
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