橋梁檢測(cè)技術(shù)-課程講座

《橋梁工程發(fā)展與展望》之主講人：季云峰橋梁館109辦公室，電話(huà)：65981865email：betoneyji@橋梁檢測(cè)技術(shù)

教學(xué)進(jìn)度安排（續(xù)）第十二講橋梁檢測(cè)技術(shù) 季云峰第十三講橋梁評(píng)估、養(yǎng)護(hù)與加固 季云峰第十四講橋梁管理系統(tǒng) 季云峰第十五講葛老師期終考試（讀書(shū)報(bào)告答辯） 葛/陳/季背景截止2014年底：公路橋梁總數(shù)75.71萬(wàn)座。按跨徑分，特大橋梁3404座，大橋72979座，二者長(zhǎng)度約占橋梁總長(zhǎng)的56.2％。按行政等級(jí)分，國(guó)、省、縣道公路橋梁33.6萬(wàn)座，約占橋梁總長(zhǎng)的67％。橋梁大國(guó)橋梁強(qiáng)國(guó)建成一批世界性的橋梁；運(yùn)營(yíng)期橋梁的管養(yǎng)工作安全性耐久性適用性“隨著部分橋梁的長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷服役，我國(guó)橋梁正處于風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)高發(fā)期?！?007年以來(lái)，國(guó)內(nèi)共有約50座橋梁發(fā)生坍塌事故！運(yùn)營(yíng)期橋梁的管養(yǎng)工作：檢測(cè)（inspection）評(píng)估（assessment,評(píng)定）養(yǎng)護(hù)（maintenance）加固（strengthening）管理（management）事故說(shuō)明目前橋梁運(yùn)營(yíng)管理中存在的問(wèn)題：1、超載車(chē)輛的破壞性超乎想象2、部分橋梁結(jié)構(gòu)形式存在先天缺陷3、橋梁檢查缺乏專(zhuān)業(yè)隊(duì)伍，數(shù)據(jù)分析深度不夠4、養(yǎng)護(hù)資金不足，基礎(chǔ)工作薄弱5、對(duì)橋梁養(yǎng)護(hù)重視程度不夠6、建設(shè)管理與養(yǎng)護(hù)管理脫節(jié)管養(yǎng)工作的基礎(chǔ)：橋梁檢測(cè)（檢查）橋梁檢測(cè)的目的意義：記錄橋梁當(dāng)前狀況了解交通量和荷載改變給橋梁帶來(lái)的影響跟蹤橋梁結(jié)構(gòu)和材料使用性能的變化對(duì)橋梁狀態(tài)評(píng)估提供反饋信息給養(yǎng)護(hù)、設(shè)計(jì)與建設(shè)部門(mén)提供反饋信息交通部《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》JTGH11－2004建設(shè)部《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》CJJ99-2003鐵道部《鐵路橋梁檢定規(guī)范》鐵運(yùn)函【2004】120號(hào)

以交通部《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》為例經(jīng)常性檢查定期檢查特殊檢查評(píng)估鑒定橋梁檔案日常養(yǎng)護(hù)、小修中修、大修補(bǔ)強(qiáng)、加固橋梁檢測(cè)與養(yǎng)護(hù)流程框圖：橋梁檢測(cè)的分類(lèi):1.經(jīng)常性檢查（一般養(yǎng)護(hù)檢查、視察、巡視；目測(cè)，每月一次）2.定期檢查（專(zhuān)業(yè)人員及設(shè)備，靠近檢查；目測(cè)+儀器，三年）3.特殊檢查（專(zhuān)門(mén)檢查，專(zhuān)業(yè)有資質(zhì)隊(duì)伍，計(jì)算分析及承載力鑒定）橋梁檢測(cè)技術(shù)：檢測(cè)技術(shù)整體性檢測(cè)技術(shù)局部檢測(cè)技術(shù)應(yīng)力（內(nèi)力）變形振動(dòng)混凝土鋼：無(wú)損檢測(cè)應(yīng)力（內(nèi)力）測(cè)試：應(yīng)變傳感器將電阻應(yīng)變片粘貼在被測(cè)構(gòu)件上，構(gòu)件受力變形時(shí)，應(yīng)變片與構(gòu)件一起受力變形，應(yīng)變片電阻值發(fā)生相應(yīng)變化；通過(guò)電阻應(yīng)變測(cè)量裝置，將這種變化測(cè)量出來(lái)，換算成應(yīng)變值或輸出模擬電信號(hào)，用儀器記錄或直接存入計(jì)算機(jī)，得出應(yīng)變值。

電阻應(yīng)變計(jì)的測(cè)試原理強(qiáng)度指標(biāo)令：（k為靈敏系數(shù)）

電阻應(yīng)變計(jì)工作原理應(yīng)力（內(nèi)力）測(cè)試：應(yīng)變傳感器應(yīng)變片尺寸小(最小柵長(zhǎng)0.2毫米)，重量輕、粘貼方便。測(cè)量靈敏度高。測(cè)量范圍廣。測(cè)量結(jié)果是電信號(hào)，便于測(cè)量記錄。可制成各種測(cè)量力、位移、加速度等力學(xué)量傳感器。

電阻應(yīng)變計(jì)的優(yōu)點(diǎn)應(yīng)力（內(nèi)力）測(cè)試：應(yīng)變傳感器試件應(yīng)變片引出線(xiàn)過(guò)橋銅箔測(cè)量導(dǎo)線(xiàn)固定件多點(diǎn)轉(zhuǎn)換箱靜態(tài)電阻應(yīng)變儀電阻應(yīng)變片惠斯頓電橋測(cè)應(yīng)變儀器BVinR1R3R4ACDR2Vout

電橋橋路輸出特性的表達(dá)式：1/4橋、半橋和全橋，其中半橋和全橋最常用。1/4橋半橋全橋常用橋路應(yīng)力（內(nèi)力）測(cè)試：應(yīng)變傳感器電阻應(yīng)變式鋼筋計(jì)，全橋電阻應(yīng)變式壓力傳感器，全橋電阻應(yīng)變式位移傳感器，全橋應(yīng)力（內(nèi)力）測(cè)試：應(yīng)變傳感器振弦式應(yīng)力計(jì)當(dāng)被測(cè)結(jié)構(gòu)物內(nèi)部的應(yīng)力發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)變計(jì)同步感受變形，變形通過(guò)前、后端座傳遞給振弦轉(zhuǎn)變成振弦應(yīng)力的變化，從而改變振弦的振動(dòng)頻率。電磁線(xiàn)圈激振振弦并測(cè)量其振動(dòng)頻率，測(cè)出被測(cè)結(jié)構(gòu)物內(nèi)部的應(yīng)變量。同時(shí)可同步測(cè)出埋設(shè)點(diǎn)的溫度值。特別適合長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)光纖光柵傳感器（FiberGratingSensor）屬于光纖傳感器的一種，基于光纖光柵的傳感過(guò)程是通過(guò)外界物理參量對(duì)光纖布拉格（Bragg）波長(zhǎng)的調(diào)制來(lái)獲取傳感信息，是一種波長(zhǎng)調(diào)制型光纖傳感器。應(yīng)力（內(nèi)力）測(cè)試：應(yīng)變傳感器能被預(yù)埋在混凝土內(nèi)部輕巧、耐環(huán)境對(duì)溫度、電磁場(chǎng)和腐蝕不敏感容易快速安裝.不要求標(biāo)定應(yīng)變溫度位移加速度流量變形（位移）測(cè)試剛度指標(biāo)最常用位移量測(cè)儀表：千分表、百分表和撓度計(jì)變形（位移）測(cè)試變形（位移）測(cè)試線(xiàn)性可變差動(dòng)變壓器LVDT

最高精度可達(dá)0.05％，絕對(duì)誤差1um重復(fù)性0.1um分辨率高,一般為0.1um,最高可達(dá)0.0001um測(cè)量范圍廣+/-0.1mm到+/-500mm時(shí)間常數(shù)小,頻帶寬,可達(dá)200HZ(5ms)甚至更高激光位移計(jì)激光發(fā)射器通過(guò)鏡頭將可見(jiàn)紅色激光射向物體表面，經(jīng)物體反射的激光通過(guò)接受器鏡頭，被內(nèi)部的CCD線(xiàn)性相機(jī)接受，根據(jù)不同的距離，CCD線(xiàn)性相機(jī)可以在不同的角度下“看見(jiàn)”這個(gè)光點(diǎn)。根據(jù)這個(gè)角度即知的激光和相機(jī)之間的距離，數(shù)字信號(hào)處理器就能計(jì)算出傳感器和被測(cè)物之間的距離。兩次積分支撐，線(xiàn)性測(cè)量費(fèi)用和精度圖像測(cè)試技術(shù)精度、適用性5mmH,10mmV,1Hz兩步濾波法加速度計(jì)

LVDT/激光位移計(jì)

GPS光電撓度儀動(dòng)位移測(cè)試振動(dòng)測(cè)試傳感器使用指標(biāo)kCMYoYog振動(dòng)測(cè)試傳感器:加速度計(jì)儀器響應(yīng)幅值被測(cè)物振動(dòng)加速度幅值壓電式加速度計(jì)被測(cè)物頻率遠(yuǎn)低于拾振器的固有頻率構(gòu)造簡(jiǎn)單，頻響范圍寬橋梁室內(nèi)模型試驗(yàn)中廣泛采用，大質(zhì)量壓電式加速度計(jì)被現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)測(cè)試選用又稱(chēng)力平衡式加速度計(jì)，高靈敏度加速度計(jì)基本原理：受感振質(zhì)量激勵(lì)的機(jī)電反饋系統(tǒng)超低頻響應(yīng)性能好(從零開(kāi)始)適用于大跨度橋梁的振動(dòng)測(cè)試能測(cè)傾角伺服式拾振器Output-onlydynamictestingofbridges，ambientvibrationtesting橋梁檢測(cè)技術(shù)：檢測(cè)技術(shù)整體性檢測(cè)技術(shù)局部檢測(cè)技術(shù)應(yīng)力（內(nèi)力）變形振動(dòng)混凝土鋼：無(wú)損檢測(cè)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)：無(wú)損檢測(cè)——非破損檢測(cè)（NDT）和無(wú)損檢測(cè)評(píng)估（NDE）土木工程N(yùn)DT是工業(yè)現(xiàn)代化帶來(lái)的金屬和非金屬探傷、檢測(cè)技術(shù)及其發(fā)展。廣義上說(shuō)所有不對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件造成損傷或造成破壞的檢測(cè)都是無(wú)損檢測(cè)。鋼（銹蝕和疲勞）和混凝土（材性退化和開(kāi)裂）橋梁無(wú)損檢測(cè)的作用：1.更精確地認(rèn)識(shí)橋梁在役狀態(tài)，耐久性評(píng)估2.鎖定結(jié)構(gòu)早期損傷（危險(xiǎn)）混凝土無(wú)損檢測(cè)技術(shù)：混凝土：多相復(fù)合體系，在其中存在許多各相之間的界面。多尺度分析：微觀(guān)、細(xì)觀(guān)和宏觀(guān)三個(gè)層次。微觀(guān)、細(xì)觀(guān)缺陷固有缺陷宏觀(guān)缺陷：蜂窩、孔洞、不密實(shí)、裂縫、腐蝕等。無(wú)損檢測(cè)性能評(píng)估混凝土強(qiáng)度：回彈法檢測(cè)混凝土的齡期為7d～1000d，不適用于表層及內(nèi)部質(zhì)量有明顯差異或內(nèi)部存在缺陷的混凝土構(gòu)件和特種成型工藝制作的混凝土的檢測(cè)，這大大限制了回彈法的檢測(cè)范圍。估計(jì)混凝土強(qiáng)度和彈性模量評(píng)估混凝土均勻性確定混凝土裂縫、空洞

超聲波探測(cè)技術(shù)超聲法檢測(cè)混凝土缺陷的基本原理就是，通過(guò)超聲波在混凝土中傳播后發(fā)生的波形變化、利用聲時(shí)(本質(zhì)是聲速)、頻率、波幅等參數(shù)的特征，來(lái)綜合分析判斷其內(nèi)部狀況。確定鋼筋混凝土構(gòu)件中鋼筋位置測(cè)量鋼筋保護(hù)層厚度估計(jì)鋼筋直徑渦流儀（電磁感應(yīng)原理）敏感電場(chǎng)渦流在探頭的內(nèi)部裝有兩組線(xiàn)圈，一組為磁場(chǎng)線(xiàn)圈，另外一組為感應(yīng)線(xiàn)圈。磁場(chǎng)線(xiàn)圈在所要檢查的混凝土中產(chǎn)生高脈沖的一次電磁場(chǎng)，如混凝土中有金屬物體，則該物體將感應(yīng)產(chǎn)生二次電磁場(chǎng)(位于前述的第一次電磁場(chǎng)之內(nèi))。每一次磁場(chǎng)線(xiàn)圈所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)的脈沖間隙會(huì)引起第二次電磁場(chǎng)的衰減，這樣就使感應(yīng)線(xiàn)圈產(chǎn)生電壓變化。因此，根據(jù)這個(gè)電壓的變化通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算得出混凝土中的鋼筋間距和保護(hù)層厚度?；炷羶?nèi)部鋼筋銹蝕檢測(cè)鋼筋有效面積減小、承載力下降、延伸率減小銹脹（2~3倍）、開(kāi)裂、耐久性降低

粘結(jié)力、握裹力下降半電池電位法

電位（mv） 鋼筋狀態(tài)

0～-200無(wú)銹蝕活動(dòng)性或銹蝕活動(dòng)不確定-200～-300有銹蝕活動(dòng)性，但銹蝕狀態(tài)不確定-300～-400有銹蝕活動(dòng)性，發(fā)生銹蝕概率大于90%<-400有銹蝕活動(dòng)性，嚴(yán)重銹蝕可能性極大鋼構(gòu)件無(wú)損檢測(cè)技術(shù)：焊縫檢測(cè)

X射線(xiàn)探傷超聲波探傷磁粉探傷超聲波探傷是利用超聲能透入金屬材料的深處，并由一截面進(jìn)入另一截面時(shí)，在界面邊緣發(fā)生反射的特點(diǎn)來(lái)檢查零件缺陷的一種方法，當(dāng)超聲波束自表面由探頭通至金屬內(nèi)部，遇到缺陷與底面時(shí)就分別發(fā)生反射波來(lái)，形成脈沖波形，根據(jù)這些脈沖波形來(lái)判斷缺陷位置和大小。焊縫缺陷：氣孔、夾渣、未焊透、裂紋等。根據(jù)被檢構(gòu)件與其內(nèi)部缺陷介質(zhì)對(duì)射線(xiàn)能量衰減程度的不同，使得射線(xiàn)透過(guò)工件后的強(qiáng)度不同，使缺陷能在射線(xiàn)底片上顯示出來(lái)的方法。拉索或吊桿的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)75%的斜拉橋存在拉索病害，且以鋼束銹蝕為主。

黃河上某斜拉橋運(yùn)營(yíng)12年后的銹蝕狀況廣州海印橋建成7年后拉索斷裂

（1995年）近十多年的橋梁毀壞事故以中、下承式拱橋?yàn)樽?，事故均與拉索（即吊桿）的嚴(yán)重?fù)p傷密切相關(guān)。宜賓南門(mén)大橋橋面斷裂新疆孔雀河大橋垮塌

（2001年）（2011年）索支承橋梁多為大跨橋梁，一旦垮塌社會(huì)影響嚴(yán)重，許多橋梁由于缺乏有效的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)而不得不提前換索。我國(guó)有大批的索支承橋梁，隨著它們逐步步入老齡化，過(guò)早的換索將引發(fā)巨大的資金消耗；在養(yǎng)護(hù)資金有限的情況下，橋梁的安全運(yùn)營(yíng)如何保證？拉索或吊桿的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)護(hù)套縱向開(kāi)裂鋼絲銹蝕鋼絲開(kāi)裂吊桿鋼絲斷裂護(hù)套環(huán)向開(kāi)裂護(hù)套刮痕護(hù)套燒傷護(hù)套撞損護(hù)套凹坑護(hù)套細(xì)密裂紋護(hù)套病害吊桿扭曲變形鍍鋅層銹蝕，黃斑鍍鋅層銹蝕索體內(nèi)冷凝水吊桿鋼絲斷裂在恒定磁場(chǎng)作用下，鋼索（本橋?yàn)殇摻g線(xiàn)）將被磁化（圖4-4）。當(dāng)鋼索中存在某種缺陷時(shí)（如斷絲、刮傷、