❶ 大跨徑柔性懸索橋檢測與評定
該橋為大跨徑柔性懸索橋,單跨516米,該橋構件種類多,主體承重體系由主纜、斜拉索、背索、風纜索、吊桿、鋼主梁組成;鋼筋混凝土主塔、萬能桿件拼裝風纜塔組成空間塔架體系;錨固體系由岩錨、重力式抗滑樁錨構成。主纜採用12φ47.5鋼絲繩,矢跨比1/14.33,吊桿採用φ25圓鋼,間距6米布置。在吊橋兩端各設2×2組斜拉索,斜拉索採用φ21.5鋼絲繩。主索錨固:南地錨為岩體錨固,北地錨為重力式抗滑樁基錨固。橋面系採用型鋼焊接形成,橋面板為木板。橋塔為鋼筋混凝土塔,混凝土標號為30號。全橋范圍內設水平曲線風纜和斜風纜以承受水平風荷載(見圖1)。
圖1、橋梁概貌 一、主要概況
該橋單跨跨徑達到了500米以上,為大跨徑柔性懸索橋,建於一九九三年,原設計使用壽命為十年,已經超期服役。該橋負擔了化工廠的主要生產源料的運輸,如果出現安全問題,不僅對工廠造成巨大的經濟損失,還將破壞自然環境,社會影響將很大。
該橋北岸緊鄰車間,由於化工廠化學氣體(Cl2,H2S等)的腐蝕性環境,鋼結構的各構件缺乏應有的維護,各鋼構件銹蝕較嚴重。
該橋現實際荷載在原設計荷載(φ219×8管道及活載:1.2t/m3鹵水)基礎上增加了大小共計10根不同管線,其中,電線纜配鎮穗線7條,液體輸送管道3條。累計增加荷載約14.5噸,超載約35%。
本著以下目的,對該橋進行檢測及靜載試驗:
⑴ 對懸索橋進行全面科學的檢測,對結構的強度、剛度、穩定性和耐久性評估提供基礎資料;
⑵ 通過對該橋進行靜載試驗,了解結構目前的實際受力狀況,判定該橋是否有足夠的安全儲備,評估其使用性能和承載能力,為科學地評價結構在使用階段的工作狀況提供強度、剛度和變形等方面的數據;
⑶ 結合橋梁檢測與靜載試驗結論,確定該橋的使用安全度。並為業主今後的橋梁養護工作及後續的加固設計工作提供依據。
二、橋梁檢測
1、檢測內容
參考現行交通部部頒《公路橋涵養護技術規范》(JTG H11-2004)、《公路工程質量檢驗評定標准——第一冊 土建工程》(JTG F80/1-2004)及有關廠區橋涵規范,結合該橋特點,確定以下檢測內容及檢測方法(詳見表1)。
表1、橋梁檢測項目表
2、主要檢測結論
(1)、混凝土橋塔能滿足現階段使用要求。橋台外觀檢查良好,裂縫最大寬度未超限;混凝土局部有露筋,外露鋼筋有銹蝕;混凝土強度及混凝土保護層厚度能滿足設計要求;混凝土保護層完好區域鋼筋未發生銹蝕;但混凝土氯離子含量超標,易引起保護層內鋼筋銹蝕,應予以重視。
(2)、橋面實際高程較設計高程最大下撓1.74米,影響橋梁正常運營及整體受力,若繼續下撓,將對結構及管道的安全構成較大威脅。
(3)、南、北兩岸錨室內積水較多,主纜地錨預埋件及主纜本身被污水淹沒,預埋件銹蝕較嚴重,存在很大安全隱患;
(4)、索鞍處及跨中主纜未發現銹蝕,但跨中主纜有黃褐色積水流出,錨固旅運處主纜防護局部有破損,主纜有銹跡。主纜各部分防護體系老化較嚴重,耐久性很差;
(5)、吊桿防護較差,吊桿、索夾均有不同程度的銹蝕,部分吊桿存在傾斜、受力嚴重不均勻及脫空等現象;
(6)、部分鋼主梁、橫梁、斜撐及風纜銹蝕比較嚴重,局部橫梁及斜撐缺失,橋面板腐朽及缺失嚴重,北岸兩側風纜塔架銹蝕嚴重,對其穩定性造成影響,兩岸風纜地錨預埋件均嚴重銹蝕。
三、橋梁靜載試驗
1、試驗准備:
為使該懸索橋靜載試驗的進行能夠高效、有序,試驗結果具備較高的可信度,必須做好試驗前的准備工作。
(1)、結構理論計算分析
在荷載試驗前,採用大型有限元綜合程序進行結構計算,並結合理論公式進行校核。(計算模型見圖2)
圖2、橋梁空間有限元計算模型
(2)、試驗儀器和設備的准備
根據試驗內容和試驗方法,准備完備的儀器和設備,包括靜培卜態數據採集儀、索力測試儀、精密水準儀、精密全站儀等常規荷載試驗儀器,並做好儀器設備的校驗、標定工作。
(3)、其他准備工作
試驗安全設施、供電設施、通訊聯絡設施等工作應根據荷載試驗的需要進行准備。
2、試驗內容:
靜載試驗將在載入前後進行以下項目測試,測點布置見圖3:
(1)、主梁撓度變化——精密全站儀測量;
(2)、橫梁的橫向應力變化——靜態應變採集儀測量;
(3)、吊桿和主纜的索力變化——索力測試儀測量。
圖3、測點布置示意3、試驗方案:
該懸索橋功能特殊——運輸化工原料;荷載特殊——鹽鹵(ρ=1.20t/m3)、NaOH(ρ=1.36t/m3),故靜載試驗無法採用車輛荷載、堆載等常規載入方式模擬設計荷載。也無法採用一般靜載試驗:空載(歸零)→ 滿載(實測應變、撓度)→ 空載(實測應變、撓度恢復情況確定殘餘量)的載入順序進行。針對這種特殊情況,試驗小組採用:滿載→ 空載→ 滿載的載入順序,進行測試:
(1)、工況一:管道內滿載化工原料,正常運輸。以長江北岸橋塔基點為水準0點,測量控制測點的撓度;測量各吊桿及主纜的實際索力;並設此時橫梁應變為0。
(2)、工況二:中斷鹽鹵運輸並清空管道,測試此工況以上項目的撓度、索力及應變。
(3)、工況三:繼續輸送鹽鹵,待管道充滿後,再次測試以上相同項目。
工況一與工況二的測值比較即為試驗所測撓度、索力及應力變化;工況一與工況三的測值比較即為撓度、索力及應力的殘餘量。
這樣的非常規試驗方式為管道內鹽鹵液體一次載入,荷載效率100%,滿足有關試驗方法規定,能較好的反映橋梁的實際工作狀態。
4、試驗結果
橋梁在使用荷載作用下,主纜實測索力增量略超過理論索力增量,效驗系數在1.05~1.09之間,撓度小於理論撓度,處於彈性工作范圍。
吊桿受力不均勻,部分處於零受力狀態,部分受力偏大,實測拉力增量遠遠超過理論增量。
主梁橫梁受力較均勻,效驗系數在0.5~0.7之間,能滿足使用要求。
根據靜載試驗所得的數據結果分析認為,本橋主纜、鋼主梁橫梁的強度、剛度能滿足現階段使用荷載的要求;但吊桿受力不均,部分實測值超限,為該橋所存在的最大安全隱患。
四、橋梁現狀評定
目前國內尚無大跨柔性懸索橋專用的檢驗評定標准。針對該橋,此次評定採用了交通部部頒《公路橋涵養護技術規范》推薦的「橋梁各部件權重綜合評定」,即先評價單一構件,確定權重,綜合評定該橋現狀。
通過對全橋各部件的檢測,較為詳實的掌握各部件的結構現狀和缺損狀況。再按缺損程度大小進行評定。由所有橋梁部件的評定結果,再對全橋進行技術狀況評定。其中,確定各構件權重Wi是該橋綜合評價的難點。針對大跨徑柔性懸索橋的結構特點,綜合考慮缺損影響功能(通過能力和承載力)的大小和發展的結果對耐久性即壽命的影響,按部件的重要性修訂權重Wi(見表2),建立「大跨徑柔性懸索橋綜合評定方法」。並用此方法對該橋進行了綜合評價。
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❷ 人行懸索橋動荷載試驗技術研究
橋梁結構在移動的車輛、人群、風力和地震等動力荷載作用下會產生振動。受這些動力荷載因素的影響,橋梁結構產生的動力效應往往大於其靜止作用在橋上所產生的靜力效應。由於本橋為人行懸索橋,並且沿線沒有汽車道路通至橋面上,常規的以汽車荷載為動力荷載的動載試驗無法進行。為此,提出了以人行、人群跑動、和人車共同耦合作用下的動力荷載試驗技術。同時,本次動載試驗還採用環境激勵方式,檢測本人行懸索橋的固有頻率和振動模型。利用DH3817動靜態應變測試分析系統,測量動載作用下該橋指定斷面上的動應變或指定動撓度,並根據測的數據確定橋梁的沖擊系數和動態增量。
1 動力荷載試驗的內容
動態荷載試驗主要是從動力的角度出發,通過記錄和處理在動荷載作用下結構的固有基頻、振型、沖擊系數等參數,分析結構各方面的性質。動載試驗主要是測試橋梁結構的自振特性、速度時程響應和受迫振動特性。
根據本人行懸索橋的實際情況,動力荷載試驗的內容包括:最大振撓度、橋梁結構的振動應變、振動頻率、橋梁動力沖擊系數、橋梁結構的阻尼特性等。
2 動力荷載試驗的方法
自振特性測試採用勻速人行、加速人群跑動、人車(手推車)共同耦合跑動、和人車共同耦合跳過障礙、人車共同耦合跳過障礙急停的方式。鑒於檢測橋梁為大跨度人行懸索橋,跑車測試利用一輛分別載重150kg、300kg的雙輪手推車,以慢速(1.2m/s)和快速(2.4m/s)的速度勻速在檢測橋跨行駛;行人測試是利用不用數量的人群以慢速(1.2m/s)首團歲和小跑(3m/s)的速度勻速在檢測橋跨行走;跳車測試是利用一輛載重300kg的雙輪手推車,使其分別以慢速(1.2m/s)和快速(2.4m/s)在一高約10cm的墊塊上自由下落;剎車測試是利用一輛載重300kg的雙輪手推車,以快速(2.4m/s)速度在跨中剎車。動載試驗採用DH3817動態信號採集分析儀進行。動載測試時感測器布置在橋梁的跨中,感測器布置以及觀測設備見圖者睜1。動力荷載試驗激勵工況如表1所示。
3 結構動力理論分析
橋梁結構的振型、阻尼系數、固有頻率等動力特性主要受其固有性質影響,與結構的其他性質關聯不大,其中固有性質主要包括結構的組成形式、質量分布、剛度、支撐情況、材料性質等。結構動力特性作為結構的基本特性,是進行結構分析必需的參數。同時由於橋梁結構受到動荷載作用,其各項參數會發生變化,比如振幅、應力、位移、加速度以及反映結構整體動力的沖擊系數等。因此可知,通過分析結構動力特性能夠清楚地掌握橋梁結構在動荷載作用下的受力狀態及動力作用對行人的舒適性。而分析結構動力特性最有效的方式是進行橋梁結構的動載試驗,從試驗中獲得數據,通過分析和處理數據發現橋梁振動的內在規律,進而了解和掌握橋梁結構的動力性能。
利用動載試驗,我們可以獲得大量橋梁結構振動系統相關數據,即各種振動量。直接對這些數據進行分析很難發現結構振動的性質和規律,因為結構振動很復雜或晌,而且隨機。此時要想獲得結構的動態性能,還需對獲得的數據進行必要的分析和處理。
由於橋梁結構是一個具有連續分布質量的體系,即自由度體系無窮大,而自由度數目與其振型的數目一致,也就意味著橋梁結構的固有頻率以及相應的振型有無限多個。盡管如此,在實際的動力分析過程中只需選取第一固有頻率即可,即使是十分必要的情況也只需選擇前面幾個固有頻率即可。
動載的沖擊系數是動載在在橋面前進時對橋梁結構產生的豎向動力效應的增大系數。在動荷載作用下,測定橋梁結構某些部位的振動參數時,首先綜合各項試驗條件和結構形式進行測點布置,之後選擇適當的儀器進行測試。在動荷載作用下,動撓度與靜撓度的比值是活荷載的沖擊系數,而活載沖擊系數綜合反映了荷載對橋梁的動力作用,因此必須對活載沖擊系數加以測定和記錄。
用對數衰減率δ或阻尼比D來表示橋梁結構的阻尼特性, 依據振動理論發現,對數衰減率為
式中,At,At+1分別為相鄰兩個波的振幅值,從衰減曲線上直接量取即可。通常在具體的試驗中,常在衰減曲線上量取多個波形,本文量取的是三個,求得平均衰減率
依據振動理論發現,對數衰減率與阻尼比的關系為
通常情況下阻尼比都很小,因此,式(3)可近似為
橋梁結構的阻尼比通常在0.01-0.08之間,阻尼比和振動衰減之間是正比的關系,阻尼比越小,振動衰減越慢,反之,相反。
活載沖擊系數綜合地反映了動力荷載對橋梁結構的動力作用。因此有必要測定橋梁結構的沖擊系數,具體的做法是安排水桶以不同的速度駛過橋梁,逐次記錄跨中截面的撓度時程曲線,按照沖擊系數的定義有 式中:Ysmax:最大靜撓度值;
Ydmax:最大動撓度值。
由於在動力荷載作用下,橋梁結構產生的振動包含多個頻率,且是隨機的,無法用一個具體的函數來描述,也就無從知曉結構的振動規律。隨機數據具有不規則性、不確定性等特點。樣本是指隨機變數的單個試驗,樣本記錄是指每次單個試驗的時間歷程曲線,隨機過程是指同一試驗的多個試驗的樣本集合或總體。雖然在單個觀測樣本中隨機數據具有很強的不確定性和不規則性,但是對於大量樣本的集合來說,還是存在一定的規律的。
4 試驗結果分析
①試驗荷載效應理論值採用橋梁結構分析專用程序Midas/Civil 201計算得到。比較橋梁結構頻率的理論計算值與實測值,若實測值大於理論計算值,說明橋梁結構實際剛度較大,反之,則相反,此時很可能出現意外情況。需要注意的是在進行理論計算時,由於諸多客觀因素的限制,應使實測值小於理論計算值。
②參考根據動力沖擊系數的實測值,可掌握橋梁結構的通行性能,當實測沖擊系數較大時,說明橋面的平整程度不良,橋梁結構的通行能力差,反之亦然。
③阻尼比和振動衰減之間是正比的關系,阻尼比越小,振動衰減越慢,反之,相反。但需注意將阻尼比保持在合理的范圍內,避免過猶不及。
動載試驗主要結果部分里程曲線及頻譜圖,如圖2所示。
5 結論
動載試驗可以得出如下結論:由勻速跑車、跨中剎車和跨中跳車的實測速度時程曲線及頻譜數據可知,該橋橋梁,振動響應較小,阻尼比在0.03-0.06之間,滿足要求,工作性能良好。通過對人行懸索橋的動荷載試驗,在荷載效率系數ηq滿足相關規范標準的基礎上,試驗橋梁滿足設計強度要求,檢測橋跨的變形符合設計剛度規定,能夠在正常彈性范圍內工作。橋梁工程實體檢測及常規檢測均滿足相關規范標准,此外,橋梁的動態性能也滿足要求。因此,所測橋跨質量良好,其承載能力達到設計要求。
由於本橋的大跨度人行懸索橋。並位於兩山的山頂,沒有行車的道路,荷載的運輸與載入非常困難。但通過充分的技術方法的措施,順利而圓滿地完成了本橋的荷載試驗,並達到了預期的結果。本檢測方法具有很好的推廣應用價值。
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❸ 橋梁常規定期檢測檢測什麼項目
參考《公路橋涵養護規范》JTG H11-2004進行。
檢查依據
1、《公路橋涵養護規范》(JTG H11-2004);
2、《公路橋梁技術狀況評定標准》(JTG/T H21-2011)
3、《公路橋梁承載能力檢測評定規程》(JTG/T J21-2011);
4、《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG D62-2004)
5、《公路橋涵設計通用規范》(JTG D60-2004);
6、《工程測量規范》(GB50026-2007);
7、《建設工程安全生產管理條例》中華人民共和國國務院令(第393號)。
檢查內容
1、檢查方法和手段
定期檢查以目測觀察結合儀器觀測進行,必須接近各部件仔細檢查其缺損情況。定期檢查的主要工作有:
1) 現場校核橋梁基本數據(橋梁基本狀況卡片)。
2) 當場填寫「橋梁定期檢查記錄表」,記錄各部件缺損狀況並作出技術狀況評分。
3) 實地判斷缺損原因,確定維修范圍及方式。
4) 對難以判斷損壞原因和程度的部件,提出特殊檢查(專門檢查)的要求。
5) 對損壞嚴重、危及安全運行的危橋,提出限制交通或改建的建議。
6) 根據橋梁的技術狀況,確定下次檢查時間。
2、特大型、大型橋梁的控制檢測
按國家行業標准《公路橋涵養護規范》JTG H11-2004,對本區內擬檢橋梁的特大橋、大橋設立永久性觀測點,定期進行控制檢測。控制檢測的項目及永久性觀測點見表1。
表1 橋梁永久性觀測點和檢測項目
檢測項目
觀測點
1
墩、台身、索塔的高程
墩、台身底部(距地面或常水位0.5~2m)、橋台側牆尾部頂面的上、下游各1~2點
2
墩、台身、索塔傾斜度
墩、台身底部(距地面或常水位0.5~2m內)的上、下游兩側各1~2點
3
橋面高程
沿行車道兩邊(靠緣石處),按每孔跨中、L/4、支點等不少於五個位置(10個點)。測點應固定於橋面板上
4
拱橋橋台
拱座上下游兩側各1點
橋梁主體結構維修、加固或改建前後,必須進行控制測量,以保持觀測資料的連續性。若控制點有變動,應及時檢測,建立基準數據。
橋梁永久性觀測點的設置要牢固可靠,當永久控制測點與國家大地測量網聯絡有困難時,可建立相對獨立的基準測量系統。
大、中橋墩(台)旁,必要時可設置水尺或標志,以觀測水位和沖刷情況。
採用三等閉合測量對橋梁變形監測。必要時應同步觀測梁體和橋墩的溫度、水位和流速、風力和風向。
3、橋面系構造的檢查
橋面系構造主要檢查內容如下:
1) 橋面鋪裝層縱、縱橫坡是否順適,有無嚴重的裂縫(龜裂、縱橫裂縫)、坑槽、波浪、橋頭跳車、防水層漏水。
2) 伸縮縫是否有異常變形、破損、脫落、漏水,是否造成明顯的跳車。
3) 人行道構件、欄桿、護欄有無撞壞、斷裂、錯位、缺件、剝落、銹蝕等。
4) 橋面排水是否順暢,泄水管是否完好、暢通,橋頭排水溝功能是否完好,錐坡有無沖蝕、塌陷。
5) 橋上交通信號、標志、標線、照明設施是否損壞、老化、失效,是否需要更換。
6) 橋上避雷裝置是否完善,避雷系統性能是否良好。
7) 橋上航空燈、航道燈是否完好,能否保證正常照明。結構物內供養護檢修的照明系統是否完好。
8) 橋上的路用通信、供電線路及設備是否完好。
4、鋼筋混凝土和預應力混凝土梁橋的檢查
鋼筋混凝土和預應力混凝土梁橋主要檢查內容如下:
1) 梁端頭、底面是否損壞,箱形梁內是否有積水,通風是否良好。
2) 混凝土有無裂縫、滲水、表面風化、剝落、露筋和鋼筋銹蝕,有無鹼集料反應引起的整體龜裂現象。混凝土表面有無嚴重碳化。
3) 預應力鋼束錨固區段混凝土有無開裂,沿預應力筋的混凝土表面有無縱向裂縫。
4) 梁(板)式結構的跨中、支點及變截面處,懸臂端牛腿或中間鉸部位,剛構的固結處和桁架節點部位,混凝土是否開裂、缺損和出現鋼筋銹蝕。
5) 裝配式梁橋應注意檢查聯結部位的缺損狀況。
a、組合梁的橋面板與梁的結合部位及預制橋面板之間的接頭處混凝土有無開裂、滲水。
b、橫向聯結構件是否開裂,連接鋼板的焊縫有無銹蝕、斷裂,邊梁有無橫移或向外傾斜。
5、 通道、跨線橋與高架橋的檢查
通道、跨線橋與高架橋的結構檢查同其他一般公路橋梁。通道還應檢查通道內有無積水,機械排水的泵站是否完好,排水系統是否暢通。跨線橋、高架橋還應檢查防拋網、隔音牆是否完好。通道、跨線橋與高架橋下的道面是否完好,有無非法佔用情況等。
6、 拱橋的檢查
拱橋主要檢查以下內容:
1) 主拱圈的拱板或拱肋是否開裂。鋼筋混凝土拱有無露筋、鋼筋銹蝕。圬工拱橋砌塊有無壓碎、局部掉塊,砌縫有無脫離或脫落、滲水,表面有無苔蘚、草木滋生,拱腳工作是否正常。空腹拱的小拱有無較大的變形、開裂、錯位,立牆或立柱有無傾斜、開裂。
2) 拱上立柱(或立牆)上下端、蓋梁和橫系梁的混凝土有無開裂、剝落、露筋和銹蝕。中下承式拱橋的吊桿上下錨固區的混凝土有無開裂、滲水,吊桿錨頭附近有無銹蝕現象,外罩有無裂紋,錨頭夾片、楔塊是否發生滑移,吊桿鋼索有無斷絲。採用型鋼或鋼管混凝土芯的勁性骨架拱橋,混凝土是否沿骨架出現縱向或橫向裂縫。
3) 拱的側牆與主拱圈間有無脫落,側牆有無鼓突變形、開裂,實腹拱拱上填料有無沉陷。肋拱橋的肋間橫向聯結是否開裂、表面剝落、鋼筋外露、銹蝕等。
4) 雙曲拱橋拱肋間橫向聯結拉桿是否松動或斷裂,拱波與拱肋結合處是否開裂、脫開,拱波之間砂漿有無鬆散脫落,拱波頂是否開裂、滲水等。
5) 薄殼拱橋殼體縱、橫向是否出現裂縫及系桿是否開裂。
6) 系桿拱的系桿是否開裂,無混凝土包裹的系桿是否有銹蝕。
7) 鋼管混凝土拱橋裸露部分的鋼管及構件檢查參見鋼橋檢查有關內容,同時還應檢查管內混凝土是否填充密實。
7、 鋼橋的檢查
鋼橋主要檢查以下內容:
1) 構件(特別是受壓構件)是否扭曲變形、局部損傷。
2) 鉚釘和螺栓有無松動、脫落或斷裂,節點是否滑動、錯裂。
3) 鉚焊邊緣(熱影響區)有無裂紋或脫開。
4) 油漆層有無裂紋、起皮、脫落,構件有無銹蝕。
5) 鋼箱梁封閉環境中的濕度是否符合要求,除濕設施是否工作正常。
8、 懸索橋和斜拉橋的檢查
懸索橋和斜拉橋主要檢查以下內容:
1) 檢查索塔高程、塔柱傾斜度、橋面高程及梁體縱向位移,注意是否有異常變位。
2) 檢測索體振動頻率、索力有無異常變化,索體振動頻率觀測應在多種典型氣候下進行。
3) 主梁或加勁梁的檢查,按預應力混凝土及鋼結構的相應要求。
4) 懸索橋的錨碇及錨桿有無異常的拔動,錨頭、散索鞍有無銹蝕破損,錨室(錨洞)有無開裂、變形、積水,溫濕度是否符合要求。
5) 主纜、吊桿及斜拉索的表面封閉、防護是否完好,有無破損、老化。
6) 懸索橋的索鞍是否有異常的錯位、卡死、輥軸歪斜,構件是否有銹蝕、破損,主纜索跨過索鞍部分是否有擠扁現象。
7) 懸索橋吊桿上端與主纜索的索夾是否有松動、移位和破損,下端與梁連接的螺栓有無松動。
8) 逐束檢測索體是否開裂、鼓脹及變形,必要時可剝開護套檢查索內干濕情況和鋼索的銹蝕情況,檢查後應做好保護套剝開處的防護護理。
9) 逐個檢查錨具及周圍混凝土的情況,錨具是否滲水、銹蝕,是否有綉水流出的痕跡,周圍混凝土是否開裂。必要時可打開錨具後蓋抽查錨杯內是否積水、潮濕,防銹油是否結塊、乳化失效、錨杯是否銹蝕。
10) 逐個檢查索端出索處鋼護筒、鋼管與索套管連接處的外觀情況。檢查鋼護筒是否松動、脫落、銹蝕、滲水,抽查連接處鋼護筒內防水墊圈是否老化失效,筒內是否潮濕積水。
11) 索塔的爬梯、檢查門、工作電梯是否可靠安全,塔內的照明系統是否完好。
支座的檢查
9、支座主要檢查內容如下:
1) 支座組件是否完好、清潔,有無斷裂、錯位、脫空。
2) 活動支座是否靈活,實際位移量是否正常,固定支座的錨銷是否完好。
3) 支承墊石是否有裂縫。
4) 簡易支座的油氈是否老化、破裂或失效。
5) 橡膠支座是否老化、開裂,有無過大的剪切變形或壓縮變形,各夾層鋼板之間的橡膠層外凸是否均勻。
6) 四氟滑板支座是否臟污、老化,四氟乙烯板是否完好,橡膠塊是否滑出鋼板。
7) 盆式橡膠支座的固定螺栓是否剪斷,螺母是否松動,鋼盆外露部分是否銹蝕,防塵罩是否完好。
8) 組合式鋼支座是否干澀、銹蝕,固定支座的錨栓是否緊固,銷板或銷釘是否完好。
9) 擺柱支座各組件相對位置是否准確,受力是否均勻。
10) 輥軸支座的輥軸是否出現不允許的爬動、歪斜。
11) 搖軸支座是否傾斜。
12) 鋼筋混凝土擺柱支座的柱體有無混凝土脫皮、開裂、露筋,鋼筋及鋼板有無銹蝕。
10、墩台與基礎的檢查
墩台與基礎主要檢查內容如下:
1) 墩台及基礎有無滑動、傾斜、下沉或凍拔。
2) 台背填土有無沉降或擠壓隆起。
3) 混凝土墩台及帽梁有無凍脹、風化、開裂、剝落、露筋等。
4) 石砌墩台有無砌塊斷裂、通縫脫開、變形,砌體泄水孔是否堵塞,防水層是否損壞。
5) 墩台頂面是否清潔,伸縮縫處是否漏水。
6) 基礎下是否發生不許可的沖刷或淘空現象,擴大基礎的地基有無侵蝕。樁基頂段在水位漲落、干濕交替變化處有無沖刷磨損、頸縮、露筋,有無環狀凍裂,是否受到污水、鹹水或生物的腐蝕。必要時對大橋、特大橋的深水基礎應派潛水員潛水檢查。
11、其他檢查
調治構造物是否完好,功能是否適用,橋位段河床是否有明顯的沖淤或漂浮物堵塞現象。
12、現場工作要求
橋梁檢查中發現的各種缺損均應在現場用油漆等將其范圍及日期標清楚。發現三類以上橋梁及有嚴重缺損和難以判明損壞的原因和程度的橋梁,應作影像記錄,並附病害狀況說明。
工程資料的提供
現場檢查完成後,擬提交如下成果資料:
1、橋梁定期檢查數據表
當天檢查的橋梁現場記錄,應在次日內整理成每座橋梁定期檢查數據表(見表2)。
2、典型缺損和病害的照片及說明
缺損狀況的描述應採用專業標准術語,說明缺損的部位、類型、性質、范圍、數量和程度等。
3、兩張總體照片
一張橋面正面照片,一張橋樑上游側立面照片。橋梁改建後應重新拍照一次。如果橋梁拓寬改造後,上下游橋梁結構不一致,還要有下游側立面照片,並標注清楚。
4、橋梁清單
5、橋梁基本狀況卡片
定期檢查完成後,應將本次檢查的橋梁總體結構和各部件技術狀況評定結果登記在橋梁基本狀況卡片內(見表3)。
6、定期檢查報告
主要包括下列內容:
1) 轄區內所有橋梁的保養小修情況;
2) 需要大中修或改建的橋梁計劃,說明修理的項目,擬用的修理方案,估計費用和實施時間;
3) 要求進行特殊檢查橋梁的報告,說明檢驗的項目及理由;
4) 需限制橋梁交通的建議報告。
❹ 橋梁的全面檢測技術
為了保證既有橋的安全運營和盡可能處長其安全使用年限,應對既有橋進行檢測,而且應定期進行所謂全面檢查就是對橋梁的引道、周邊環境、地基下部結構、上部結構、橋面(包括橋面鋪裝層、伸縮縫、人行道、欄桿、防撞設施、排水設施、照明及防雷設施)、支座等作全面查看、量測。
1 橋梁的全面檢測
1.1 對引道及橋址周邊環境進行檢查量測
①查看正橋與引橋、引道(線)的銜接處是否正常,與竣工時的情況相比較,是否有變化。②橋址及其附近的水流河道是否改變,必要時還應測定主河槽的水流速度及其流向;橋下凈寬有無改變;橋墩台處培卜的局部沖刷與設計有有關數據相比是否增大。③兩岸的橋頭填土石砌錐坡有無沖刷、滑移和損壞。
1.2 量測全橋的標高和線形
①橋的標高和線形有聯系關系,但又有區別。前者是指某點的高程值,後者則是橋梁相關點的連線。一座設計施工質量良好的橋梁,其標高和線形均應達到設計期望值。②量測的主要部位和項目有:墩台的支承墊石(即支座墊板)頂面、承台頂面和梁底處的標高;墩台身在橋的縱、橫向有無偏移傾斜。a對斜拉橋和懸索橋,還應量測其主塔身在橋的縱、橫向有無偏移傾斜,塔頂的變位。b對懸索橋,還應量測主纜的線形;③對拱橋,還應量測拱肋軸線的線形。
1.3 圬工梁拱檢查量測
①檢查圬工有無風化、剝落、破損及裂逢,特別注意變截面處、加固修復處及防水層的情況。對圬工剝落、裂縫處,應注意鋼筋的銹蝕情況。鋼筋混凝土梁應重點檢查寬度超過0.2mm的豎向裂縫,並注意檢查有無斜向裂縫及順方向的縱向裂縫。預應力鋼筋混梁要觀測梁的上拱度變化,並注意檢查有無不允許出現的垂直於主筋的豎向裂縫。②拱橋應量測實際拱軸線和拱圈(或拱肋)尺寸,並檢查它們有無橫向(垂直於路線方向)的裂縫發生。
1.4 鋼結構檢查量測
①檢查鋼結構構件油漆塗層的完好程度,有無起皮、剝落、銹斑等。特別是容易積水積塵或不通風部位有無銹蝕。銹蝕嚴重的,應量測鋼板或構件的實際剩餘厚度,以便考慮斷面削弱的影響。②檢查構件有無裂紋、穿孔、硬傷、硬彎、歪扭、爆皮及材料夾層等。要特別注意以下部位有無疲勞裂紋發生:承受拉力或反復應力的桿件與節點板連接處或桿(構)件接頭處;由於損傷造成桿(構)件斷面削弱及應力集中處;縱梁與橫梁的連接角鋼;無蓋板的縱樑上翼緣角鋼;主梁間的縱向聯結系的連接處;單剪鉚釘處;焊縫端部及其附近的基材;U形肋與橫隔板連接處焊縫等。③檢查鋼箱梁工地拼接的大環形焊縫(即同一截面的頂板→ 腹板→ 底板→ 腹板的周圈焊縫)和U形肋嵌補段焊縫有無異常。④檢查桿件的平直度,當城市桿的彎曲矢大於桿件由長度1‰、拉桿的彎曲矢度大於桿件自由長度的1/500時,均應注意彎曲的影響。⑤檢查鉚釘頭有無銹蝕,鉚釘有無松動。檢查高強度螺栓是否完好,有無松動和延遲斷裂等情況;有無因銹蝕或其它原因降低磨擦力現象;並應嚴密注意節點滑移的拱度的變化。
1.5 磚石砌體的檢查量測 磚石砌體不同於鋼筋混凝土的一個特點是,抗拉強度更小,結構脆性大,開裂荷載比較接近或幾乎等於破壞荷載。因此,當磚石砌體出現由於荷載引起的裂縫時,往往是砌體破壞的特徵或前兆。
1.6 墩台及基礎的檢查量測
①墩台的缺陷主要表現是:裂縫、剝落、空洞、鋼筋外露及銹蝕、老化、變形位移等。②檢查時,應對裂縫及破損具體位置、寬度、長度、深度進行量測和描述,繪製成圖。
1.7 地基的檢驗 當發現墩台有沉降、傾斜、位移時,一定要對地基進行探測和商討。對已成橋的地其檢測是比較困難和麻煩的。可用觸探和鑽孔取樣的方法,也可用荷載板試驗。但很難在原位進行,常常只能是接近基礎原位。對岩地基,可在基岩的露配鎮穗頭地點進行檢驗。
2 橋梁的檢測定位方法
在結構損傷檢測定位方面,目前可分為模型修正法和指紋分析法兩類。
2.1 精確的有限元建模是大型橋梁鳳震響應預測的重要前提;也是結構安全監測,損傷檢測以及實現最優振動控制的基礎。但是,盡管有限旅運無法得到了高度的發展,實際復雜結構的有限元模型仍然是有誤差的。有限元建模為結構飛行提供完整的理論模態參數集,但這些參數常常與結構模態實驗得到的參數不一致。因此,必須對結構理論模型進行調整或修正,使得修正後的模態參數與實驗相一致,這一過程即有限元模型修正。
模型修正法在橋梁監測中主要用於把實驗結構的振動反應記錄與原先的模型計算結果進行綜合比較,利用直接或間接測知的模態參數,加速度時程記錄,頻響函數等,通過條件優化約束,不斷地修正模型中的剛度和質量信息,從而得到結構變化的信息,實現結構的損傷判別與定位。其主要方法有:①矩陣型法,是發展最早,最成熟,修正計算模型的整個矩陣的一類方法,它具有精度高、執行容易的特點,主要缺點是所修正的模型的物理意義不明確,喪失了原有限元模型的帶狀特點,這方面的代表應屬Berman/Baruch的最優法。②子矩陣修正法,通過對待修正的字矩陣或單元矩陣定義修正系數,通過對宇矩陣修正系數的調整來修正結構剛度,該方法的最大優點是修正後的剛度矩陣仍保持者原矩陣的對稱,稀疏性。③靈敏度法修正結構參數通過修正結構的設計參數彈性模量E截面面積A等來對有限元模型進行修正。
2.2 指紋分析方法,尋找與結構動力特性有關的動力指紋,通過這些指紋的變化來判斷結構的真實狀況。
在線監測中,頻率是最易獲得的模態參數,而且精度很高,因此通過監測頻率的變化來識別結構破損是否發生是最為簡單的。此外,振型也可用於結構破損的發現,盡管振型的測試精度低於頻率,但振型包含更多的破損信息。利用振型判斷結構的破損是否發生的途徑很多;MAC,COMAC,CMS,DI和柔度矩陣法。
但大量的模型和實際結構實驗表明結構損傷導致的固有頻率變化很小,而振型形式變化明顯,一般損傷使結構自振頻率的變化都在5%以內,一般認為自振頻率不能直接用來作為橋梁監測的指紋,而振型雖然對局部剛度比較敏感,但精確測量比較困難,MAC,COMAC,CMS等依賴於振型的動力指紋都遇到同樣的問題。對橋缺損狀態的評價缺乏統一有效的指標,有人以模糊理論,結構可靠度理論等為理論框架建立了各種橋梁使用性能評估專家系統,但必須首先建立各種規范和專家資料庫。
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❺ 橋梁檢測定位方法研究
一、橋梁全面檢測理論
1對引道及橋址周邊環境進行檢查量測
(1)查看正橋與引橋、引遭(線)銜接處是否正常與竣工時情況相比較是否有變化51-論文-網-歡迎您
(2)橋址及其附近水流河道是否改變必要時還應測定主河槽水流速度及其流向橋下凈寬有無改變橋墩台處局部沖刷與設計有關數據相比是否增大51-論文-網-歡迎您
(3)兩岸橋頭填土石砌錐坡有無沖刷、滑移和損壞51-論文-網-歡迎您
2、量測壘橋標高和線形
(1)橋標高和線形有聯系關系但又有區別前者是指某點高程值後者則是橋梁相關點連線一座設計施工質量良好橋梁其標高和線形均應達到設計期望值51-論文-網-歡迎您
(2)量測主要部位和項目有:墩台支承墊石(即支座墊板)頂面、承台頂面和梁底處標高;墩台身在橋縱、橫向有無偏移傾斜①對斜拉橋和懸索橋還應量測其主塔身在橋縱、橫向有無偏移傾斜塔頂變位核宴②對懸索橋還應量測主纜線形;③對拱橋還應量測拱肋軸線線形51-論文-網-歡迎您
3、圬工粱拱檢查量測
(1)檢查圬工有無風化、剝落、破損及裂逢注意變截面處、加固修復處及防水層情況對圬工剝落、裂縫處應注意鋼筋銹蝕情況51-論文-網-歡迎您
鋼筋混凝土梁應重點檢查寬度超過0.2mm豎向裂縫並注意檢查有無斜向裂縫及順方向縱向裂縫預應力鋼筋混梁要觀測樑上拱度變化並注意檢查有無不允許出現垂直於主筋豎向裂縫51-論文-網-歡迎您
(2)拱橋應量測實際拱軸線和拱圈(或拱肋)尺寸並檢查它們有無橫向(垂直於路線方向)裂縫發生51-論
4、鋼結構檢查量測
(1)檢查鋼結構構件油漆塗層完好程度有無起皮、剝落、銹斑等是容易積水積塵或不通風部位有無銹蝕銹蝕嚴重應量測鋼板或構件實際剩餘厚度以便考慮斷面削弱影響51-論文-網-歡迎您
(2)檢查構件有無裂紋、穿孔、硬傷、硬彎、歪扭、爆皮及材料夾層等要注意以下部位有無疲勞裂紋發生:承受拉力或反復應力桿件與節點板連接處或桿(構改圓銀)件接頭處;由於損傷造成桿(構)件斷面削弱及應力集中處;縱梁與橫粱連接角鋼;無蓋板縱樑上翼緣角鋼;主梁間縱向聯結系連接處;單剪鉚釘處焊縫端部及其附近基材;U形肋與橫隔板連接處焊縫等51-論文-網-歡迎您
(3)檢查鋼箱梁工地拼接大環形焊縫(即同一截面頂板一腹板一底板一腹板周圈焊縫)和U形肋嵌補段焊縫有無異常51-論文-網-歡迎您
(4)檢查腔或桿件平直度當城市桿彎曲矢大於桿件由長度1‰、拉桿彎曲矢度大於桿件自由長度1/500時均應注意彎曲影響51-論文-網-歡迎您
(5)檢查鉚釘頭有無銹蝕鉚釘有無松動檢查高強度螺栓是否完好有無松動和延遲斷裂等情況;有無因銹蝕或其它原因降低磨擦力現象;並應嚴密注意節點滑移拱度變化51-論文-網-歡迎您
5、磚石砌體檢查量測
磚石砌體不同於鋼筋混凝土特點是抗拉強度更小結構脆性大開裂荷載比較接近或幾乎等於破壞荷載因此當磚石砌體出現由於荷載引起裂縫時往往是砌體破壞特徵或前兆51-論文-網-歡迎您
6、墩台及基礎檢查量測
(1)墩台缺陷主要表現是:裂縫、剝落、空洞、鋼筋外露及銹蝕、老化、變形位移等51-論文-網
(2)檢查時應對裂縫及破損具體位置、寬度、長度、深度進行量測和描述繪製成圖51-論文-網-歡迎您
7、地基檢驗
當墩台有沉降、傾斜、位移時一定要對地基進行探測和商討51-論文對已成橋地其檢測是比較困難和麻煩可用觸探和鑽孔取樣方法也可用荷載板試驗但很難在原位進行常常只能是接近基礎原位對岩地基可在基岩露頭地點進行檢驗5
8.檢測內容
8.1橋面系
橋面系包括橋面鋪裝、人行道、欄桿、排水設施及伸縮縫等。主要從以下幾個方面進行檢查:
(1)橋面鋪裝有無裂縫、剝落、窪地積水、坑穴、波浪和鼓包;
(2)人行道及緣石有無剝落、破損;
(3)欄桿系有無撞擊損壞、松動、開裂、下撓、上拱、歪斜及構件混凝土開裂;
(4)橋面排水設施有無破損、堵塞和漏水;
(5)伸縮縫有無破損,其功能是否正常。
8.2上部結構
(1)現澆砼梁體混凝土強度;
(2)現澆砼梁體混凝土碳化深度;
(3)梁體裂縫狀況及分布規律等。
8.3下部結構
(1)墩台裂縫狀況及分布規律;
(2)框架橋墩的風化、剝落、開裂、錯位、下沉及水平位移或轉動等情況。
8.4支座
(1)支座功能是否完好;
(2)組件是否完整、清潔;
(3)底座、梁底、輥軸混凝土是否碎裂;
(4)座板、齒板有無脫焊;
(5)有無斷裂、錯位和脫空現象;
(6)橡膠支座的是否老化、變形、失效。
9.混凝土檢查評估方法
9.1混凝土強度檢測
利用回彈儀進行,測區的選定採用抽檢的辦法,測區主要選擇在構件受力最不利的部位,測區面積在0.2m×0.2m以內,測點在其中均勻分布。按照《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規范》(JG/T23—2001)規定,在每一個檢測區域取16個回彈值。
9.2混凝土碳化深度的測量
在回彈值測定的測區或附近,先用沖擊鑽鑽一個直徑為16mm,深度為15ram的孔,清除干凈後,利用濃度為1的酚酞酒精溶液滴在鑿除部位的邊緣。稍停片刻後,利用游標卡尺或鋼板尺測量已碳化和未碳化混凝土交界面到混凝土表面的距離3~4次,每次讀數精確到1mm。
9.3裂縫檢測
採用刻度放大鏡對裂縫寬度進行觀察測量。
9.4現澆砼混凝土抗壓強度檢測
採用回彈值碳化修正法測定混凝土強度。碳化回彈綜合測定混凝土強度是指採用回彈儀,在結構混凝土同一測區分別測定回彈值和碳化深度值,然後利用碳化深度對回彈值進行修正,從而推算測區混凝土強度的一種方法。該方法具有以下特點:減少齡期和含水率的影響,彌補各參數相互不足,提高測量精度。本橋採用抽樣檢驗方法,抽取具有代表性的構件進行檢測,作為該橋梁砼強度的參考值。每個測區分別測量碳化深度值和回彈值。
10.橋梁承載力評定方法
目前對於橋梁承載力的評定可分為4類:基於病害調查的經驗評定方法,分析計演算法,綜合分析法,荷載試驗法。
10.1基於病害調查的經驗評定方法
此方法的主要依據是《公路養護技術規范》(JTJ073—96)。在橋梁檢查的基礎上,通過對橋梁的技術狀況及缺陷和損傷的性質、部位、嚴重程度和發展趨勢的調查,弄清出現缺陷和損傷的主要原因,分析和評價既存缺陷及損傷對橋梁質量和使用承載能力的影響,並為橋梁維修和加固設計提供可靠的技術數據和依據。這種方法要求現場檢查人員必須具有豐富的工程經驗和專業知識。
10.2分析計演算法
這一方法主要根據實測的材料性能、結構幾何尺寸、支撐條件、外觀缺陷及通行荷載,按照橋梁結構的計算理論來評定承載力,是一種定量了解舊橋承載力的方法,國內外學者作了大量研究工作,許多國家都趨向於以「鑒定系數」來評價承載力。
隨著計算機技術特別是鋼筋混凝土有限元理論的發展,有限元計演算法引起了各國學者的重視。編制有限元計算程序或採用通用的有限元分析軟體,用計算機模擬實際橋梁的荷載試驗,計算橋梁的實際承載力,評定步驟如下:①橋梁調查;②確定載入形式並劃分單元;③分級載入計算;④評定承載力。
10.3綜合分析法
此方法是在橋梁檢查的基礎上,採用無破損方式測定混凝土強度、混凝土碳化深度、混凝土氯離子含量、混凝土電阻率、鋼筋混凝土保護層厚度和結構混凝土中鋼筋銹蝕狀況,進行折減後的結構承載力驗算,綜合分析計算結果和結構裂縫等外觀條件,評定結構材料狀況。
10.4荷載試驗法
如前所述的基於病害調查的經驗評定法和綜合分析法對於橋梁承載力的初步評定是有效的,特別是對於全線橋梁的總體評價、劃分橋梁類型、確定維修加固的輕重緩急是經濟有效的方法。然而,對於重要的大型橋梁,需進一步進行荷載試驗來
定實際的承載能力。荷載試驗方法是在橋梁結構鑒定中應用歷史最長的方法。主要優點是直觀,較可靠,故多用於新結構的研究和橋梁質量的評定。在舊橋的評定中,又多用於橋梁實際工作狀態不明確情況下的評定和研究工作,以彌補根據外觀調查評定和綜合分析評定方法的不足。但是,一般進行荷載試驗要封閉路線,花費的資金較多,耗費時間長,只能對重要的大型橋梁進行荷載試驗。這種荷載試驗是非破壞性的,根據試驗荷載的作用性質,通常分為靜載試驗和動載試驗,前者反映橋梁在靜載作用下的結構工作性能,後者反映橋梁結構的動力性能靜載試驗,通常採用車輛載入方式,測定梁的應變、撓度和裂縫,根據試驗結果與理論計算值的對比分析,來判斷橋梁的實際承載能力。
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二橋梁檢測定位方法
結構理論模型進行調整或修正使得修正後模態參數與實驗相一致這一過程即有限元模型修正51-論文-網-
模型修正法在橋梁監測中主要用於把實驗結構振動反應記錄與原先模型計算結果進行綜合比較利用直接或間接測知模態參數加速度時程記錄頻響函數等通過條件優化約束不斷地修正模型中剛度和質量信息從而得到結構變化信息實現結構損傷判別與定位其主要方法有:
(1)矩陣型法是發展最早最成熟修正計算模型整個矩陣一類方法它具有精度高、執行容易特點主要缺點是所修正模型物理意義不明確喪失了原有限元模型帶狀特點這代表應屬Berman/Baruch最優法51-論您
(2)子矩陣修正法通過對待修正字矩陣或單元矩陣定義修正系數通過對字矩陣修正系數調整來修正結構剛度該方法最大優點是修正後剛度矩陣仍保持者原矩陣對稱稀疏性51-論文-網-歡迎您
(3)靈敏度法修正結構參數通過修正結構設計參數彈性模量E截面面積A等來對有限元模型進行修正
2指紋分析方法尋找與結構動力特性有關動力指紋通過這些指紋變化來判斷結構真實狀況51-論您
在線監測中頻率是最易獲得模態參數而且精度很高因此通過監測頻率變化來識別結構破損是否發生是最為簡單此外振型也可用於結構破損振型測試精度低於頻率但振型包含更多破損信息利用振型判斷結構破損是否發生途徑很多;MACCOMAeCMSDI和柔度矩陣法51-論文-網-歡迎您
但大量模型和實際結構實驗表明結構損傷導致固有頻率變化很小而振型形式變化明顯一般損傷使結構自振頻率變化都在5%以內一般認為自振頻率直接用來作為橋梁監測指紋而振型雖然對局部剛度比較敏感但精確測量比較困難MACCOMACCMS等依賴於振型動力指紋都遇到同樣問題對橋缺損狀態評價缺乏統一有效指標有人以模糊理論結構可靠度理論等為理論框架建立了各種橋梁使用性能評估專家系統但必須首先建立各種規范和專家資料庫
結束語
橋梁檢測工作技術復雜、操作難度大、科技含量高,而且是高空和危險作業,擔負任務的工程技術人員責任重大。只有把實踐和理論充分結合起來,工程技術人員才能對橋梁作出正確的檢測和評估,設計出切實可行的加固方法,從而增強橋梁的使用能力,延長橋梁的使用壽命。
3.檢測依據
橋梁檢測主要依據中華人民共和國國家、交通部及建設部等頒發的標准和規范進行,有關的技術標准各規范如下:
(I)《公路養護技術規范》(JTJ073—96);
(2)《公路工程技術標准》(JTGB01-2003);
(3)《公路舊橋承載力鑒定方法(試行)》(1998);
(4)《混凝土結構試驗方法標准~(GB50152-92);
(5)《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》(JTJ/T23-2001);
(6)《公路工程質量檢驗評定標准》(JTJ071-98);
(7)《公路橋涵設計通用規范》(JTGD60-2004);
(8)《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTGD62-2004);
(9)《城市橋梁設計准則》(CJj1I-93);
(10)《城市橋梁設計荷載標准》(CJJ77—98)JTJ073。
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❻ 公路橋梁承載能力試驗與檢測方法
1、前言
1.1公路橋梁承載力試驗的目的與作用
全國每年都有一大批結構新穎、雄偉壯觀、形式多樣的橋梁建成,無論在橋梁單跨跨度、結構復雜程度和施工技術難度方面,我國橋梁建設技術水平已進入世界先進之列。
隨著科學技術的進步,橋梁結構的設計方法和設計理論都有了根本性的變化,然而影響橋梁工程質量的許多不確定因素仍然存在,對於建成後的橋梁工程質量旅運,人們更希望了解和掌握其使用性能和效果。
對那些影響較大、結構新穎、隱蔽工程較多的橋梁進行全橋實橋荷載試驗,是竣工驗收時對橋梁工程內在質量進行評判時最直接和有效的方法和手段。同時亦為設計理論、施工技術總結積累經驗,為橋梁建設的整體水平提高創造條件,為今後橋梁的養護管理提供科學依據。
美國一位專家曾說過:「無論多麼高新的結構分析技術都不能取代用於評估公路大橋性能的現場測試。當建築物承受工作荷載時,記錄下應變測試結果,根據測試結果工程師就能更好地了解橋梁的真實結構響應。」
1.2新的公路橋梁汽車荷載標准
我國頒布的行業標准《公路工程技術標准》(JTGB01—2003),將使用近40年的原公路橋涵結構設計採用的車輛荷載標准模式及其分級作了重大調整。一是將四級標准車隊荷載改為公路—I級、公路—,,級兩級汽車荷載二是汽車荷載採用了國外普遍採用的車道荷載和車輛荷載組成的模式;另外,從形式上取消了驗算荷載,將驗算荷載的影響通配鎮穗過多種途徑間接地反映到汽車荷載模式中。
而《公路橋涵設計通用規范》(JTG D 60—2004)亦提出在公路橋涵設計時,車道荷載橫向分布系數應按設計車道數布置車輛荷載進行計算;同時多車道橋樑上的汽車荷載應考慮多車道折減;當橋梁計算跨徑大於150m時,還應按規定的縱向折減系數進行折減;當為多跨連續結構時,整個結構應按最大的計算跨徑考慮汽車荷載效應的縱向折減。
1.3解讀新的汽車荷載標准
美國早在?944年就在美國公路橋梁規范(AASHO)中採用車輛荷載與車道荷載,即雙軌制的活載標准,用以補充活載設計標準的缺陷與不足。採用車道荷載的最大優點是,車道荷載便於在影響線上布載,一旦影響線形狀、面積及最大坐標值已知,則載入手續簡便,計算工作量少而對於特定橋型結構的橋梁,其內力影響線又是一定的。所以,為簡化橋梁活載標准,同時也是為了更加符合橋梁實際使用情況,我國公路橋梁的汽車荷載標准採用國際上常用模式是利多弊少的。
對於新的汽車荷載標准,《培卜通用規范》的條文說明是:
①原規范汽車荷載的計算圖式是一輛加重車和具有規定間距的若干輛標准車組成的車隊表示的,實踐表明這種圖式對人工和計算機載入計算都不很方便,且計算效應隨橋梁跨徑的變化是不連續的。而採用由均布荷載qk組成的圖式,只要知道橋梁的影響線面積和最大豎坐標,荷載效應即可計算出來,並且這些影響線面積和豎坐標值可在橋梁設計的有關手冊查得或通過較為簡單的計算得到。
②規范所規定的車道荷載實際上是一個虛擬荷載,它的標准值qk和pk是由對汽車車隊(車重和車距)的測定和效應分析得到的。
③在橋梁設計時,為取得主梁的最大受力,汽車荷載在橋面上需要偏心載入,其方法仍可用車輛荷載偏心載入,從而得到汽車荷載橫向分布系數。
為適應新的汽車荷載標准,在進行公路橋梁承載力試驗和檢測時,則應重點測試橋梁的內力縱向影響線和荷載橫向分布系數,進而分析評定橋梁的實際承載能力。
2、公路橋梁承載能力試驗與檢測方法
2.1橋梁承載能力定量檢測程序
對公路橋梁實施荷載試驗用於檢測和評定其承載能力和實際狀況,應遵循內外相統一的因果規律,通過由現象到本質、由表及裡的深化認識和跟蹤,從檢測和現場荷載試驗入手,尋求橋梁現狀和承載力的定性關系,從而確定橋梁具體測試方案、測試孔跨及其測試部位,按逐級載入的多工況實施靜態測試;按不同車速進行動態測試;利用應力釋放原理,施測結構自重恆載應力(有條件和具有相應測試儀器可考慮做此項測試工作)及混凝土彈性模量;對結構幾何尺寸作空間變形觀測;對混凝土材料標號用綜合法作探測試驗等等。在一系列實測數據的基礎上,將實測值與理論值作相似條件下的對比分析,以校驗系數作為指標參數和合理性的衡量標准。由此,對得出的承載力指標,再經過可靠度分析和實際狀況評定,從而確定橋梁實際承載能力和實際狀況。
2.2橋梁縱向影響線的測試
反映橋梁承載力的主要指標當數各控制截面的內力或應力,按新規范要求,當橋梁的縱向影響線和最大豎坐標已知後,荷載作用效應(內力或應力)即可得到,橋梁的承載能力也就知道。
下面結合工程實例,介紹採用雙軸荷載測定橋梁控制截面內力縱向影響線的方法,進而對橋梁承載能力進行評定。
3、拱橋承載能力測試實例
3.1黃花大橋概況
黃花大橋位於江西省萍鄉市的320國道上,是一座鋼筋混凝土雙曲拱橋,全長188m,主橋三跨,每跨凈距28.5m。主橋設計荷載汽-13,拖-60,橋面凈寬7.3m,無人行道,矢跨比1/6,設計拱軸系數M=2.20,主拱圈寬度為8m,拱圈厚0,88m,立柱式腹拱墩。下部構造為:15#片石混凝土實體墩和橋台,橋墩頂寬2.5m,基礎均為明挖擴大基礎。
3.2測定主拱圈縱向影響線
為測定主拱圈混凝土和鋼筋應力沿拱跨縱向分布情況,即縱向影響線,測試時採用兩輛「羅曼」車偏下游布載,共計10個車位(如圖1所示)。
為了測得縱向影響線,須採用圖1方式布載,將一輛雙軸汽車順橋向布置在各載位上,所得某測點相應的應變示於相應載位的縱坐標上,並用迭代法求得該測點位置影響線縱坐標值。
為了求得某測點的縱向影響線峰值,應首先把荷載的後軸置於該測點的位置上,然後以此遞推其他載位。如圖1中載位①載位⑩的載位系列可求得拱頂截面上各測點的影響線峰值,因為其中載位⑤的後軸正好位於拱頂截面上。
但對L/4等位於縱粱上的各測點與上述載位系統中各載位的後軸作用位置不重合,只能求得這些測點在這些載位下的影響值,而無法直接求得這些測點的影響線峰值。
為了能實測到該測點的峰值,可在此點布置另一載位的後軸,並向前或向後遞推到其它載位,直到橋面的一端,組成一個補充載位系列。如圖1所示,為了補充截面L/4的峰值,補充載位系列為載位11和13組成,載位13的後軸作用點在截面L/4上。為了保證數據正確,荷載要准確稱重,作用點位置要盡可能對准。
3.3橋梁荷載橫向分布系數測定
為測定橋梁的荷載橫向分布情況,分別在試驗孔拱頂和L/4截面載入測得主拱圈撓度,進而求得橋梁的實際橫向分布系數。
②載入為兩輛各重300kN「大交通」偏下游布置.
3.4大橋承載能力測試結果
①由實測的橋梁荷載橫向分布系數可知,大橋各肋分配內力較均勻,整體性能較好。
②在兩輛「羅曼」車作用下,無論是跨中截面的混凝土和鋼筋應力,還是L/4和拱腳截面混凝土應力,其沿橋跨的縱向分布情況,以及相應的縱向影響線均和理論情況相吻合。說明該橋的施工質量和使用性能較好。拱上建築與拱圈聯合作用明顯。
4、連續箱梁橋承載能力測試實例
4.1大橋概況
江西吉安贛江公路大橋全長1577.08m.全橋橋孔布置為34×16m空心板+5×40mT梁+(60+4×100+60)m連續箱梁(主橋)+2X40mT梁+14X16m空心板。橋面凈空為凈—15+2X1.76m人行道。設計荷載:汽車—超20級,掛車—120,人群荷載3.5kN/m2。
本橋主橋上部構造為雙箱單室連續箱梁,下部構造為V形預應力混凝土墩,基礎為中7.8m鑽孔灌注樁。
4.2試驗目的和內容
本次試驗的目的是檢測大橋結構的剛度、強度和整體受力性能,檢驗大橋是否符合設計要求及能否正常使用。因此,根據本橋主橋設計特點,以及正負彎矩分布情況,在汽車—超20級荷載作用下最大正彎矩位於距39號橋墩支座中心沿贛州方向108.9m處跨中截面(以下稱A截面),最大負彎矩位於距39號橋墩支座中心沿贛州方向173.34m處支座截面(以下稱B截面)。各V型橋墩墩頂設縱橫系梁是保證V形墩正常工作的重要部件,縱向系梁為預應力混凝土,橫向系梁為普通鋼筋混凝土。為此,測試截面定為A截面、B截面及41號橋墩墩頂縱系梁中點截面(以下稱C截面)。
4.3測試方法
由於本橋跨徑大,測試范圍長,橋面寬,設計荷載標准高等特點,如採用通常用汽車載入,按設計規范的4列車隊滿布橋面的方法,則需要大量的重型車輛,不僅這種車輛一時難以尋找和集中,而且需花費過多的經費。為此,本次試驗採取對上述截面測取實橋在試驗荷載作用的實際混凝土應力和撓度縱向影響線,並和試驗荷載作用下理論計算的大橋相應截面的混凝土應力和撓度值進行比較分析,從而鑒定大橋是否符合設計要求和能否滿足正常使用。
4.4試驗載入汽車縱向車位布置
試驗時載入汽車縱向車位布置是從39號橋墩上的連續箱梁端部開始,向贛州方向每隔8m作為一個測試車位,用紅油漆和鋼尺在橋面上標出。共計布置41個車位,計載入范圍總長335m。此時載入後對A、B、C截面產生的應力和撓度值很小,可以不考慮其影響。
4.5測試成果分析
4.5.1測試成果分類整理如下列表2—表6
4.5.2測試成果分析
①由表2至表5中各截面的實測值和相應的理論計算值的校驗系數可知,均符合《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》中所規定的1.0≥71>0.8的要求,說明本橋無論是從強度上或是剛度上均達到設計要求。
②表6中由實測撓度所推出的活載橫向分布系數,較好地吻合理論計算的活載橫向分布系數,說明大橋的整體受力性能較好,符合設計要求和滿足正常使用要求。
4.6試驗結論與橋梁承載力評定
從吉安贛江公路大橋主橋的鑒定性靜載試驗結果分析,大橋具有足夠的剛度和強度承受設計荷載,其橫向聯系和橋面是強勁的,活載撓度橫向分布與計算值吻合,大橋的整體受力性能良好。因此,可以認為大橋的設計和施工是成功的,達到了預期的目的,可以交付使用。
5、結語
①對於需進行施工質量評定的新建橋梁,鑒定性荷載試驗的控制荷載就是設計荷載;按新規范的要求,橋梁的承載能力可通過實測主要控制截面的內力縱向影響線來分析評定。若是需進行承載能力評定的既有橋梁,應當先進行全橋檢測,查明病害,再確定控制荷載,以防進行荷載試驗時給既有橋帶來新的損傷;如進行荷載試驗是為測試重型車輛是否能通過該橋,控制荷載應選擇與重型車輛具有同樣效應的布載方式。
②鑒於我國現行的《公路舊橋承載能力鑒定方法》中靜力載入試驗項目的確定,主要是針對橋梁主要承重構件而言,對次要承重構件或局部受荷強度以及橋梁橫向受力特徵等問題沒有涉及,而次要承重構件或橋梁橫向受力特徵計算取用合理性直接關繫到檢算結果的真實性,同時局部受荷強度問題往往是造成橋梁無法正常使用的關鍵問題,所以建議增加諸如行車道板、拱上建築以及橋梁橫向荷載分布測定等的載入試驗項目。隨著我國橋梁建設事業的發展,許多新橋型、新結構已在公路上被廣泛使用,所以有必要結合全國公路橋梁普查情況,增加斜拉橋、懸索橋、連續剛構、剛構—連續粱組合體系、無梁板橋、系桿拱、預應力桁架拱、剛架拱等新橋型、新結構的載入試驗項目。
③考慮到在以往的橋梁試驗鑒定中,經常碰到測讀的結構裂縫寬度雖然超限,但試驗測得的結構主要控制截面應變和撓度要比計算結果小得多的情況,如果僅憑裂縫寬度這一單一指標超限就認定一座橋梁承載能力有問題,是不妥的。而規范對裂縫寬度的限制,更多是從耐久性角度考慮的,加上目前影響測讀裂縫寬度的人為因素較多,所以在裂縫評定中建議採用裂縫形態、分布(間距)、高度和寬度以及卸荷閉合等多指標進行綜合評定。
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❼ 斜拉橋檢測技術的探討
關鍵詞:斜拉橋檢測技術結構安全
1 概述
我國交通運輸事業的飛速發展,為道路和橋梁的建設提供了良好的機遇,建成了不同結構形式的大跨徑懸索橋、斜拉橋、拱橋、連續剛構橋等等,目前在役橋梁的總數已達80萬座以上,標志著我國橋梁技術已進入世界先進行列。然而橋梁所處環境是比較惡劣,受到許多人為的、天然災害的影響,以及橋梁管理的不足、人力和物力的有限,使橋梁老化、損傷情況較為嚴重。為了適應交通的需求,充分利用現有的橋梁,能安全地為社會服務,就需要對橋梁、特別是對年久失修的橋梁進行評估,了解橋梁工作狀況,並預測其承載能力。
這包括對橋梁的質量檢測、結構檢算,必要時再進行荷載試驗,總稱為橋梁檢測與評估,目的是了解橋梁存在的各種病害,取得關鍵部位的受力的應力(應變)、變形、位移或沉培卜降等重要數據,經過計算分析與研究確定病害的原因,橋梁結構實際承載能力以及剩餘壽命,為橋梁養護提供依據。通常對橋梁結構檢測項目包括:橋面系的檢測、鋼筋混凝土與預應力混凝土梁或鋼梁的檢測、圬工和鋼筋混凝土拱及拱上建築的檢測、橋梁支座的檢測、橋梁下部結構的檢測、橋梁水文及調治結構的檢測、結構裂縫的檢測等等。橋梁結構檢算是根據橋梁結構的相關規范,設計依據或竣工資料,也可以根據檢測結果對橋梁結構主要控制截面、結構薄弱部位進行檢算,來評定橋梁結構承載能力及其適用條件。橋梁荷載試驗是對橋梁結構進行直接載入測試的一項科學試驗工作,是基於橋梁檢測和結構計算結論,通過對橋梁進行直接荷載試驗,以獲取實測資料,分析評定橋梁承載能力。
2 斜索索力的檢測
斜拉橋的結構主要由三大部分組成,斜索通過索搭將斜拉橋樑上的恆載和活載傳到墩或台的基礎上。斜索檢測包括索力的檢測、錨固區的檢測、索塔塔頂位移的檢測、主梁標高的測量、典型部位日變化跟蹤觀測等等。斜索索力的檢測是這類包含柔性構件結構檢測的特點之一,通過准確地測取索配鎮穗力,可以充分掌握全橋結構的受力狀態。斜拉橋成橋後索力的檢測方法有:頻率法、磁通量法和光纖光柵法。光纖光柵法所用的感測器是在光纖的纖芯范圍,採用紫外光對光纖側面進行曝光或其它方法寫入,使該段范圍內的折射率沿光纖軸線發生周期性變化,再通過周期性變化柵格的反射波長的移動,來感應外界物理量的變化,這種測量技術的特點是尺寸小、線性度高且重復性好、抗電磁干擾和抗腐蝕能力強、絕對測量和響應速度都很快等優點。是結構健康監測的理想的,一種有較高的精度的技術。不過目前這種方法並未大范圍推廣應用,普及率,從而價格太高。
磁通量法是一種測定索力、監測斜索銹蝕程度的非破壞性方法。這種方法的使用是預先將作為感測器的磁通環套在斜索上,通過測定磁通量變化,根據索力與磁通量之間的關系來推算索力。磁通量法所用的感測器材料是電磁是,由兩層線圈組成,因此不會影響索的任何力學和物理特性,除了溫度之外幾乎不受其他干擾因素影響,相對別的檢測方法精度較高。缺點是對於沒有預埋感測器的斜索測量是不能應用的。此外感測器和測試儀器價格很高,一般大跨度斜拉橋的斜索都有上百根,甚至好幾百根,若每根索都安裝磁通量感測器,成本太大。目前有一種新型的磁通量感測器,是由兩個半環合成,檢測索力時可以隨時隨地扣在斜索的外面進行,這就可以大減小檢測工作的成本。但半環合成磁通量感測器靈敏度非常低,而且很不穩定,尚處於研製階段,沒有實際工程價值。
頻率法檢測索力是在人工或環境激勵下,利用加速度感測器拾取斜索的隨機振動信號,即時域圖;再通過FFT將時域圖轉化為斜索的頻譜圖,確定斜索的各階自振頻率;根據索力與自振頻率之間的對應關繫到實測的索力。頻率法測量索力是一種間接方法,其精度取決於高靈敏度拾振技術以及准確的索力與頻率關系。檢測時將加速度感測器簡單地固定在斜索上,能同時進行單根或多根索力的檢測。因為不需要預埋感測器,不僅適用於施工中的橋梁,也適用於成橋檢測和長期監測,尤其是事先沒旅運有預埋其它感測器的舊橋的檢測,幾乎是唯一的選擇。不用預埋加速度感測器,可重復使用,成本較低,精度也較好的,因此是當今使用最為廣泛的索力檢測手段。 利用振動頻率法求索力,可以確保斜索的安全。因為斜拉橋實際的索力只是斜索極限強度的40%左右,只要斜索不發生銹蝕,錨固區不出現松動、損傷等現象,斜索一般是不會發生問題的。但若要充分了解斜索的工作狀態,還遠遠不夠。已有的研究工作指出,斜索的剛度、垂度、仰角以及風力、雨雪等因素對自振頻率都有影響,要正確地掌握斜索的索力,還應考慮消除這些因素的影響。
3 索塔塔頂位移的檢測
斜拉橋所受的交通荷載、主梁自重及置於橋面各種設施的重量,都是通過斜索傳遞給索塔的來承擔的。斜拉橋的索塔除了根部與地基剛性固結之外,再無其他約束。索塔的自重的所有的斜索索力則是索塔的荷載。索力的作用是沿索的軸線方向,其水平分力則是使索塔產生水平位移。通常索塔的平衡是利用塔軸線對稱的兩側索力來維持。由於建築材料的不均勻、施工過程中的誤差等因素,很難保證索塔兩側索力的完全對稱,從而造成索塔的偏移。於是索塔塔頂的定位則是確保索塔是否出現了偏移的重要措施。特別是考慮到索塔的長細比,盡管索塔具有一定的剛度,但仍然是一個細桿構件。根據結構分析,索塔可以看作是一懸臂構件,塔的位移是最顯著的。
斜索索力的變化對索塔水平位移的影響不能小覷。另外,不論是鋼塔還是混凝土塔,受溫度的影響都是比較大的。國內大部分的氣溫在冬夏之差、晝夜之差,白天的陰陽面之差,都會對索塔產生溫度效應。再進一步考慮到風和雨雪的影響,索塔塔頂實際上在不停地擺動。應用目前已有的測量儀器,如全站儀、GPS等設備,對索塔塔頂位移的檢測是完全沒有問題的。但是只有設法消除這些綜合因素,測出的塔位移才是索塔的真實受力狀態。
已有的研究表明,在實際檢測中可以通過典型時段,對塔頂進行連續的跟蹤的測量,同時監測溫度、風力和風向等環境資料,有條件的話最好還能進行相應斜索的索力檢測,然後歸納出塔頂位移和這些因素之間的關系式,最終給出索塔塔頂位移真實的檢測值。
4 結構營運期間的模擬計算
橋梁結構模擬技術的應用日臻廣泛,已在橋梁工程中的設計、施工監控和檢測中必不可少的重要環節。斜拉橋的模擬計算是在於建立一個能夠全面、正確反映橋梁結構真實性態的完整的有限元模擬模型,根據斜拉橋的結構特點和力學特性,進行計算分析,以代替一部分實際的工作,減輕一部分實際工程的工作量。
斜拉橋模擬模型建立的過程中,計算模式和計算理論的選擇應該能夠准確模擬承載構件的空間位置、尺寸、材料特性以及連接形式和荷載作用等因素。然後進行大規模的全橋結構效應分析計算,得到相對詳盡、精確和可靠的分析結果。在建模過程中單元的合理選取和劃分、邊界條件的正確模擬都是如實反應橋梁實際狀態的要點。基於有限元模擬模型的結構理論計算結構和斜拉橋實際檢測結果的對比分析,可以相互驗證,找出存在的錯誤,為今後修正更准確地建模提供依據,為以後的檢測工作提供指導作用,以達到替代一部分的斜拉橋檢測工作的目的。
結構營運期間的斜拉橋模擬計算,除了考慮正確建模之外,還應兼顧斜拉橋的動態因素。在斜拉橋正常使用中,由於荷載與環境因素的作用,主梁標高、索塔位置都不是確定不動的,因此在模擬計算時,有限元分析的各單元結點的坐標應根據實際工作狀態而有所調整。另外隨著時間的流逝,材料也會逐步老化、損傷,分析時也應考慮到材料性能的衰退。諸如此類的原因要求模擬計算必須與實際檢測結合起來,才能真正准確地反映斜拉橋的受力狀態。
表1是某斜拉橋在1997年到2002年5次標高測量的結果。按照動態建模的思路,在這五個時間段計算的有限元數據中,這17結點的坐標應該按實際檢測的值代入,才是橋梁真實的結構尺寸。
除此之外,在建模過程中應考慮的動態參數還有索塔(特別是塔頂的坐標),索力等等。只有綜合了這些因素,才能確保模擬分析得出的結論有實際有意義。
5 研究展望
通過對斜拉橋實際受力狀態的檢測,可以為橋梁使用的安全可靠及維修加固提供科學的依據和積累、必要的技術資料。另外通過建立斜拉橋的健康檔案資料庫,也能為進一步完善、發展橋梁結構的設計計算理論。
隨著科學技術的發展,各種橋梁的設計、施工以及建築材料的性能都在不斷提高,但安全仍然是一個不容忽視問題。例如斜索的壽命是斜拉橋安全的關鍵之一。人們最關心是斜索如何防腐,以及錨固區的結構損傷和抗疲勞性能。近年來斜索防腐措施雖有不斷改進,錨固區結構的設計與施工方法也在提高,但橋梁結構畢竟還是要長期經歷風雨。所以說只有通過索力檢測來了解斜索的安全,還是最為可靠。同樣對於全結構的檢測,仍是將來保證橋梁安全的重要措施。
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❽ 橋梁檢測的主要內容有哪些
橋梁檢測的主要內容有:
一、常規定期檢測:包括橋面系檢測、上部結構檢測、下部結構檢測。
二、結構定期檢測:包括混凝土強度檢測、混凝土碳化深度檢測、鋼筋位置及混凝土保護層厚度檢測。
三、水下構件檢測:對水下樁基混凝土脫落、裂紋、露筋、空洞、機械損傷等病害進行探查,並錄像。
四、承載能力鑒定:通過承載能力鑒定判定現階段橋梁的承載能力能否滿足設計要求。
五、長期監控點布設及首次觀測:為了長期觀測橋梁墩台、主梁在車輛作用下的變位情況,從而對橋梁的安全性進行分析,在橋梁關鍵位置布置監測點,並對監測點進行首次觀測。
六、提交各橋的最終橋梁檢測報告,內容符合中華人民共和國行業標准《城市橋梁養護技術規范》CJJ99-2003要求,除上述內容外,報告還應包含各橋橋梁限載、限高等標志設置意見。
(8)懸索橋檢測時有什麼方法擴展閱讀:
橋梁檢定 (bridge rating)是指為保證運輸安全,對橋梁所進行的調查研究、系統掌握其使用狀態、制定運用條件、並提出養護或加固措施的工作。橋梁檢定也為積累技術資料,完善橋梁計算理論,加強科學的技術管理及提高橋梁技術水平創造條件。
1、結構混凝土
強度、混凝土碳化深度、鋼筋位置及保護層厚度、表現及內部缺陷、鋼筋銹蝕電位、氯離子含量、混凝土電阻率、鋼筋銹蝕極化電流
2、橋梁梁板
靜態應變(應力)、靜態變形和位移、結構驗算(採用專業軟體《橋梁博士》)
3、橋梁結構
靜動態應變(應力)、靜動態變形和位移、自振特性參數(頻率、振型、阻尼比)、振動加速度和速度、承載能力評價、結構驗算。
橋梁檢定的方法,包括檢查、檢算和試驗。檢定檢查是測定橋梁結構各部和桿件截面的既有尺寸,檢查各部分的病害及缺陷情況。
檢定檢算是根據結構的既有尺寸、實際截面的大小和材料的容許應力,反求結構的承載能力;對於橋梁孔徑和沖刷的檢算則是根據橋梁的既有標高、孔徑大小和基礎埋置深度以及水文、河床地質資料,反求橋梁的排洪能力。檢定試驗一般分為靜載和動載兩部分(見橋梁試驗);它可用來直接了解橋梁結構在荷載作用下的工作狀態。
對舊橋的檢定,一般以檢查、檢算為主,輔之以試驗,而對新橋的檢定則以試驗為主。通過檢查、檢算和試驗,所決定的橋梁承載能力稱檢定承載能力。如果檢定承載能力大於國家規定的標准活載,或大於實際運行的活載,則橋梁滿足運營的要求,可繼續使用;如小於運行活載,則橋梁應進行加固,甚至改建。
結構分類
橋梁按照受力特點劃分,有梁式橋、拱式橋、剛架橋、懸索橋、組合體系橋(斜拉橋)五種基本類型。
梁橋一般建在跨度很大,水域較淺處,由橋柱和橋板組成,物體重量從橋板傳向橋柱。
拱橋一般建在跨度較小的水域之上,橋身成拱形,一般都有幾個橋洞,起到泄洪的功能,橋中間的重量傳向橋兩端,而兩端的則傳向中間。
懸橋是如今最實用的一種橋,橋可以建在跨度大、水深的地方,由橋柱、鐵索與橋面組成,早期的懸橋就已經可以經住風吹雨打,不會斷掉,吊橋基本上可以在暴風來臨時巋然不動。
長度分類
1、按多孔跨徑總長分:特大橋(L>1000m);大橋(100m≤L≤1000m);中橋(30m<L<100m);小橋(8m≤L≤30m)
2、按單孔跨徑分:特大橋(Lk>150m);大橋(40m<Lk≤150m);中橋(20m≤Lk≤40m);小橋(5m≤Lk<20m)。
其他分類
按用途分為:公路橋、公鐵兩用橋、人行橋、舟橋、機耕橋、過水橋。
按跨徑大小和多跨總長分:為小橋、中橋、大橋、特大橋。
按行車道位置分為:上承式橋、中承式橋、下承式橋
按承重構件受力情況可分:為梁橋、板橋、拱橋、鋼結構橋、吊橋、組合體系橋(斜拉橋、懸索橋)。
按使用年限可分為:永久性橋、半永久性橋、臨時橋。
按材料類型分為:木橋、圬工橋、鋼筋砼橋、預應力橋、鋼橋。
❾ 橋梁常規定期檢測檢測些什麼項目
((((一一一一))))橋面系檢查橋面系檢查橋面系檢查橋面系檢查 1111....橋面鋪裝橋面鋪裝橋面鋪裝橋面鋪裝 橋面鋪裝觀察量測的重點是橋面的縱坡橫坡,橋面平整度、磨耗及損壞等情況。水泥混凝土鋪裝層常見的缺陷有: 磨 光:鋪裝層被車輪磨耗,形成平滑的狀態,因鋪裝層骨料抗磨性能差或交通量過大所致。 裂 縫:因施工不良、溫度變化以及上部結構產生過大的撓曲所致,有縱裂、橫裂、網裂。 橋頭跳車:由於結構物與填土部位之間的不均勻沉陷或結構物接頭不平,這不僅降低行車的舒適性、降低行車速度,甚至導致車輛減震裝置的損壞。 2222....伸縮縫及支座伸縮縫及支座伸縮縫及支座伸縮縫及支座 檢查要點是:對於橡膠伸縮縫是否出現橡膠板剝離,預姿滲此埋鋼板外露、脫落、斷裂,錨固螺栓剪斷飛出,兩側混凝土開裂破碎,出現坑槽等;梳形鋼板伸縮縫的寬度是否合適,有無拉開或擠抵現象,是否平整,是否完整,有無磨耗、損壞有關設備、構件是否完善,能否活動自如,工作狀況是否正常,縫內是否有異物填塞;所有的伸縮縫應在平行、垂直於橋梁軸線的兩個方向均能自由伸縮。 支座的檢查主要查看其位置是否正確、滑行或歪斜是否超過容許限度,對於四個支座的簡支板橋,支座檢查尤需細致。 存在病害的支座、伸縮縫及其附近檢查均通過量測及繪圖方法完善資料,並拍攝相片記錄。 3333....欄桿欄桿欄桿欄桿、、、、人行道及交通安全設施人行道及交通安全設施人行道及交通安全設施人行道及交通安全設施 欄桿是否完整、牢固,注意除了因交通事故或人為損壞外,有時由於橋梁結構線型的改變而導致欄桿變形,甚至破損。人行道是否完整、符合要求。 4444....防撞裝置防撞裝置防撞裝置防撞裝置防撞裝置應始終保持完好,應特別注意其錨固螺栓、立柱和橫欄。油漆是否完好醒目。 5555....排水設施排水設施排水設施排水設施 為迅速排除雨水,防止雨水滲入梁體引起銹蝕而影響橋梁的耐久性,確保橋梁的正常使用,應保證排水設施的完好狀態。 ((((二二二二)、)、)、)、橋樑上部承重構件檢查橋樑上部承重構件檢查橋樑上部承重構件檢查橋樑上部承重構件檢查 1....基本檢測基本檢測基本檢測基本檢測 1.1混凝土有無裂縫、滲水、表面風化、剝落、露筋和鋼筋銹蝕,有無活性骨料硅鹼反應引起的整體龜裂現象。 1.2 預應力鋼束錨固區段混凝土有無開裂,沿預應力筋的混凝土表面有無縱向裂縫。 1.3 梁板結構的跨中、支點、變截面處、喊寬懸臂端牛腿或中間鉸部位的混凝土開裂和鋼筋銹蝕等缺損狀況;剛構或桁架結構的固結處或節點部位的混凝土開裂和鋼筋銹蝕等缺損狀況;裝配式梁橋聯結部位的缺損狀況;圬工結構有否變形,灰縫鬆散脫落、滲水、砌塊有無裂縫、錯位。((((三三三三)、)、)、)、下部結構調查下部結構調查下部結構調查下部結構調查 1111....調治構造物調治構造物調治構造物調治構造物、、、、河床及導流堤的觀察河床及導流堤的觀察河床及導流堤的觀察河床及導流堤的觀察 調治構造物是檢查它是否能正常發揮調治功能,著重檢查調治結構物是否破損、河床是否變遷、淤積是否嚴重等現象。 重點應察看橋墩台近水跡迅面處病害,河流河道是否改變,橋下凈空有無改變,以及兩岸的橋頭錐坡有無沖刷和損壞等。 2222....墩墩墩墩台病害調查台病害調查台病害調查台病害調查 觀察墩身及橋台是否開裂、局部外鼓、表面風化、剝落、空洞、露筋;是否有變形、傾斜、沉降、沖刷、沖撞損壞情況
❿ 拉索體系損傷的檢測和監測方法
斜拉橋是二次世界大戰後出現的新型橋型,由於其外型美觀,施工方便和造價經濟,現已成為大跨度橋梁的主要橋型。我國現已建大量的斜拉橋和懸索橋。僅近十年內就有超過20餘座跨徑400米以上的斜拉橋相繼建成,更有一批跨徑處於世界前列的斜拉橋在建設或籌建中。
纜索結構體系是大跨徑橋梁的主要承重構件,其安全性和耐久性對橋梁的正常使用和整體安全是極為重要的。由於纜索結構體系是纜索承重橋梁的生命線,一旦因耐久性和安全性不足出現病害與劣化,其承接能力喪失會導致公路橋梁垮塌的惡性事故,造成惡劣的社會影響和巨大的經濟損失。目前已建成且在運營中的多座橋梁已發生過大的振動、嚴重的銹蝕或斷索事故,如廣州海印大橋斷索,四川綦江彩虹橋整體垮塌,四川宜賓小南門大橋吊桿斷裂等。還有一些橋梁已全橋換索或正准備換索,如濟南黃河橋,四川犍為橋、上海恆豐路斜拉橋、廣東九江大橋、雲南三達地橋等等。橋梁纜索體系耐久性和安全性不足的問題已引起橋梁工程界的高度關注,並積極在探索研究解決之中。如何監測和評價斜拉橋拉索和吊索(桿)的安全性、耐久性,已成為主管部門和工程技術人員十分關注的問題。
拉索體系的損傷主要有銹蝕、疲勞斷絲、滑絲和斷裂等幾種,他們的檢測與監測的技術也主要是針對上述損傷形式開展的。下面分別就目前通用的幾種檢測方法做一個簡單的介紹。
1索體損傷檢測技術
1.1人工檢測法
長期以來,人們對於大跨徑橋的模橘索體的檢測主要採取人工檢測,主要是檢查索體是否遭受腐蝕,各緊固件是否松動,定期對索體各部件塗刷防護漆,對已銹蝕的及時除銹,清查索腐蝕的鋼絲數量,判斷其腐蝕程度。對於第三代纜索體系(PE防護拉索)目前多採用目測方法,先觀測護套的表面,然後再根據表面的情況確定是否需要打開錨固區或在某些部位鑿開護套,使鋼絲外露以了解銹蝕、斷絲等情況,在必要時對部分鋼絲取樣,並進行相關的物理和力學試驗,以確定纜索的狀態。橋梁纜索結構常規檢測的實際操作情況如圖1所示。
用常規檢測方法主要是根據拉索腐蝕的程度等級來提出是否需要更換此索,其依據見表1或者根據建設部行業標准《城市橋梁養護技術規范CJJ99-2003》對纜索的安全性方面提出了定量的指標:以斷絲面積2%或鋼絲總面積損失10%作為斜拉橋拉索是否需要換索的閾值;對於懸索橋吊桿的更換,則只規定對「需要更換者」,應進行力學分析、制定更換方案。
a、鑿開護套觀測拉索b、楔入木楔的懸索橋主纜c、目測拉索錨固瞎燃端銹蝕狀況
圖1橋梁纜索結構的常規檢測(目測)
表1拉索腐蝕程度分級
1.2磁漏檢測法
無損檢測對於構件銹蝕、裂紋等缺陷的檢測其方法日趨成熟,在眾多的無損檢測方法中磁檢測原理是最佳的無損檢測方法之一。而磁漏法是無損檢測的主要手段,它通旦神團過測量被磁化的拉索表面泄露的磁場強度來判定缺陷的大小。一旦拉索的表面有損傷或斷絲,一部分磁場將從拉索中泄露出來,這一外泄的磁場可被感測器檢測。當拉索遇到裡面或內部缺陷產生的材料間斷時,磁力線將會發生聚集(畸變)從而引起可被檢測的磁漏或磁場變化。
目前此方法廣泛應用於鋼筋混凝土結構的鋼筋定位檢測和鋼絲繩的檢測,圖2示為檢測鋼絲繩商業化磁漏檢測儀器。由於斜拉橋拉索及懸索橋吊索外徑(含護套)可達到甚至超過200mm。因此,如採用圖2所示的磁漏檢測儀器,則其大尺寸和重量將使得檢測時必須藉助專用機器人。我國近年也探索了利用爬升機器人檢測斜拉橋的拉索。
圖2鋼絲繩的商業化漏磁檢測儀器
在國內利用磁漏技術對斜拉索銹蝕、斷絲、磨損等檢測的研究進行了多年,從結果看與鋼絲繩的檢測相比有下述特點:
1)纜索一般用防蝕材料包裹,其端部用澆鑄材料錨固。因此,即使是纜索最外層的斷絲,其距磁敏元件也將有較大距離,而斷絲斷口向外擴散的漏磁場強度從斷口處向外圍呈空間負指數衰減,因而磁敏元件能夠探測到的磁場強度將十分微弱;纜索內層斷絲產生的可測磁場因外層鋼絲的屏蔽效應而變得更加微弱,不易檢測。
2)由於纜索外層包了非透明PE材料,纜索中斷絲(內層的或外層的)的檢測,不能直接觀測到,只能依靠儀器作一些定量和定性的分析,從而判斷缺陷在沿纜索軸線方向的位置和所處層次以及在截面上的分布狀況等。
根據磁漏技術的特點,該技術用於斜拉橋拉索及懸索橋吊索在錨固區外的部分的鋼絲銹蝕、斷絲等檢測是可行的,但對錨固區內的檢測將難以進行。
1.3放射線檢測法
採用放射線法可以探測索體的多種損傷,射線主要包括X射線和γ射線,放射線法可以檢測索體內部損傷和缺陷。X射線的檢測原理是:當射線通過被檢測物體時,有缺陷部位與無缺陷部位對射線吸收能力不同,一般情況是透過有缺陷部位的射線強度高於無缺陷部位射線強度,因而可以通過檢測透過被檢物體後的射線強度的差異,來判斷被檢物體中是否存在缺陷。放射法不僅可以檢測損傷的存在,還可以以三維空間坐標定位損傷。射線檢測裝置主要由射線源、膠片和攝相裝置組成,為了屏蔽對人體的輻射,射線裝置往往比較大,但攜帶式X射線裝置可以用於現場拉索的損傷檢測。
表面的缺陷也會對底片上的圖像有影響,但通過現場對表面缺陷的觀察,可以剔除圖像上表面的缺陷,較准確地得到索體及錨頭內部的斷絲以及滑絲等損傷情況。
1.4超聲波測試檢測
美日等國曾在上世紀末對採用超聲波檢測斜拉索錨固區內的鋼絲斷裂的技術進行了研究,並應用於美國Cochrane橋。圖3所示為在實橋採用超聲波檢測斜拉索錨固區內鋼絲斷裂的情況。據報道,當頻率在5~10MHz時,超聲波可檢測錨固區2~5m長度內纜索的斷絲。顯然這項測技術不失為一種選擇,但在檢測斜拉橋拉索及錨固系統和懸索橋吊索系統時要使結果理想,必須事先進行嚴格標定,盡管理論上可測定索股的非規則性和斷面損失,但實踐中還有較大困難;另一方面,超聲波測試技術對錨固區外纜索的檢測仍有較大難度。
圖3採用超聲波檢測Cochrane橋拉索錨固區內的鋼絲斷裂
1.5磁伸感測技術檢測法
磁伸感測技術採用兩個磁伸感測器進行測試,其中一個作為發射器,另一個作為接收器,兩者均由一個線圈和一個偏磁場構成,如圖4所示。
磁伸技術可用於纜索的斷絲、銹蝕和其它原因引起的斷面損失的檢測。國外已對49絲拉索進行過試驗研究,證實了其有效性。對長為100m,直徑F15mm的鋼鉸線進行的試驗表明磁伸感測可檢測2%以上的斷面損失。但與磁漏感測技術相似對錨固區內的檢測仍不易進行。
圖4纜索檢測的磁伸感測技術示意圖
1.6電反射技術
電反射技術(包括電時域反射/ETDR和電頻域反射技術/EFDR):電時域反射系統又稱為「閉環」雷達,並在輸電線的檢測中廣為應用,同時在岩土工程中亦有應用。電時域反射系統的工作原理是:系統對電纜發送高頻電脈沖,電纜沿線阻抗的非連續和非匹配將會反射部分脈沖,而系統可將對該反射脈沖進行記錄,並根據阻抗的變化情況分析電纜沿線材料的物理特性。電頻域反射技術將反射信號在頻域進行處理,其分析比時域結果將更為簡潔和明確,並更易除去雜訊的影響。對斜拉橋拉索及懸索橋吊索進行檢測時,電反射系統可利用纜索本身的鋼鉸線或平行鋼絲索作為電纜,同時並行其布置另一條附件的電纜作為地線,如圖5所示。
a、實際纜索b、理想化的纜索
圖5纜索電反射檢測技術示意圖(可檢式纜索的一種模式)
目前,產品化的電反射測試系統已能獲得纜索斷面損失在7%以上的損傷數據,隨著技術的進行,電反射系統的測試精度還將逐步提高。由美國國家自然科學基金資助的一項相關研究表明,電反射系統可以准確地區分纜索的表面腐蝕和坑蝕兩種不同的損傷及其位置。由此可知電反射系統對於纜索表面銹蝕、坑蝕、斷絲等損傷的檢測是完整和可行的。經過事先的標定,電反射系統還可對(鐵磁材料)纜索的應變進行測量。可見電反射技術是一種適合融入纜索製作的檢測技術,其實施需與纜索生產相結合較為實際,但這對纜索體熱擠PE護套時要求很高,以現行的擠出工藝和設備則還有不少的技術問題需解決。
此外無損檢測還有磁彈性感測器技術;脈沖渦電流技術;非線性聲振技術;聚能探達技術等。但這眾多的檢測技術使用起來都有各自的工況和使用條件,就纜索檢測的工況和使用條件分析,採用上述哪一種技術檢測都不能完全覆蓋,必須復合解決。
2索體損傷監測技術
2.1聲發射監測法
聲發射監測是一種「被動」型監測,其基本原理是:當固體材料內部缺陷的發生和擴展,以彈性波的形式釋放能量,並向四周傳播,缺陷便成為聲發射源。對於索體的檢測就是當索體處於高拉應力的纜索鋼絲出現裂紋、腐蝕或斷絲時,其局部高應力的釋放將產生特定的應力波,這種應力波可以被聲發射監測系統捕捉到,並用於分析其表徵的物理過程。在使用時,聲發射監測系統必須不間斷地工作,一旦出現某種應力波(聲波)出現,則將其記錄下來。圖6為聲發射技術在實橋纜索狀態監測中安裝的情況。但從檢測效果看,彈性波在混凝土中衰減很快,故聲發射方法不適用於粘結性纜索的監測。
a、用於纜索的AEM感測器b、斜拉索上的AEM感測器c、錨固區的AEM感測器
圖6聲發射技術在橋梁纜索狀態監測中的應用
2.2振動法
振動法既可以用於拉索內力的檢測,也可以用於拉索內力的監測。振動測試法是目前應用最廣的索力測試方法,振動測試法的前提條件是索纜的長度、線密度、邊界條件清楚、纜索不過短、過長、過粗或有中間支撐等。在這些前提條件下,只要使用得當,且在測試前對索力和頻率的關系進行標定,則振動法能准確地測定索纜的靜張力。為突破傳統振動法的使用限制,振動法本身也在不斷發展。振動法的發展還包括拾振技術(如採用激光、電磁感應等方式進行非接觸式的振動測試)和信號處理技術的進步等。
振動測試採用的感測器主要有兩類,一類是加速度感測器,圖7所示為安裝在斜拉索上進行振動測試的情況。另一類是壓力感測器,主要通過在纜索端部安裝穿心式壓力感測器來實現。目前適合纜索使用的壓力感測器有鋼鉉式和應變式兩種,其中鋼鉉式壓力感測器長期穩定性較好,但只能用於測試纜索靜張力;應變式壓力感測器長期穩定性差,但對纜索靜張力和動張力均可測試。隨著新橋建設中進行健康監測系統配置的趨勢走強,新建纜索承重橋梁中將有一部分可能安裝這類感測器,這對確保大橋的安全是有重要意義的。但是,對過去已經建成斜拉橋和懸索橋的纜索進行索力測試,採用壓力感測器法顯然不易實現也不經濟;而加速度感測器法是安裝在索上,既可用於舊橋也可用於新橋顯然就要現實得多。
圖7斜拉索振動測試(纜索靜張力)
以上介紹了對橋梁纜索體系檢測和監控的一些常用方法。它是一個復雜的過程,影響因素較多,目前人們都只是在進行研究和試驗,希望找到一種理想、可靠的檢測方法。因此這些常用的無損檢測技術和監測技術都還不完善,還不能對病害拉索體系進行准確的評估。只能通過組合的方式組成一個系統來解決一些問題。
3結論和展望
由以上可見它們測力的原理不同,使用的儀器不同,測量的結果也不同,同一根索用不同的方法檢測,測出的結果往往差異較大。橋梁的結構復雜,受力也很復雜。橋梁工作幾年後,現實的狀態和設計狀態,成橋狀態發生了很大的變化,索力會重新分布。如何根據索力檢測結果對索纜的安全性進行准確分析,是一個相當復雜的問題。索力應力增高,是結構變形引起的還是鋼絲斷面減少引起的。鋼絲斷面減少是疲勞短絲引起的還是銹蝕引起的,往往很難判斷。很難分清楚。尤其是當索纜銹蝕相當嚴重,但還未發生斷絲的情況下,它的檢測結果往往給人以虛假的安全感,令人擔心。即使知道有了斷絲,索纜的有效斷面有了縮小,要弄清斷絲的原因,也只能採用最原始的辦法,把錨固區打開直接觀測斷絲情況。採用上述方法,雖然直接可靠操作性強。但是要打開索纜的防護層(包括水泥沙漿或者硫磺沙漿;金屬外套或者PE外套),費時、費事、工期長,對交通影響大;打開部位重新恢復後的可靠度也值得考慮。
因此對橋梁纜索的檢測和監控和是一個復雜的過程,影響因素較多,目前的無損檢測技術沒有一種可以同時適合錨固區內和錨固區外纜索的檢測,只能通過組合的方式組成一個系統來解決,對這個系統所涉及技術、使用條件、工藝要求、數據的處理和分析以及結果的准確性和可靠性都需要進行深入的研究和試驗,以便對纜索能否安全運行作出准確評價。而且在什麼時候進行檢測和監測,這不僅需要花費大量的人力物力進行多次論證,其結果往往還不能令人滿意。
為了徹底解決這些問題,現在對拉索的檢測和監測問題已經著手進一步研究和試驗。其目的就是希望拉索能隨時向我們報告它的病害情況,讓我們隨時可判斷拉索的使用壽命,做到及時維護和更換,只有這樣才能及時避免發生橋梁跨塌的惡性事件。可見不久的將來拉索發展的趨勢必將是可控,在線檢測的智能拉索。
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