預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋梁試驗檢測技術(shù)研究

李順堂

【摘要】本文首先對預應力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋梁中進行試驗檢測的重要性進行分析，然后對目前可用于預應力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋梁試驗檢測中的常見技術(shù)方法進行分析，包括無線電檢測技術(shù)、紅外熱像儀檢測計數(shù)、感應檢測技術(shù)、聲波投射技術(shù)、以及回彈彎沉技術(shù)這幾個方面。最后，分析了預應力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋梁試驗檢測中關(guān)鍵技術(shù)的測試原理，望能夠使預應力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋梁項目的整體結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定。

【關(guān)鍵詞】預應力混凝土；連續(xù)剛構(gòu)橋梁；試驗檢測技術(shù)

預應力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋梁是目前交通運輸體系中最為常見的橋梁結(jié)構(gòu)形式之一，展開相應的試驗檢測工作對確保預應力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋梁質(zhì)量達標有重要影響。已有研究中分析認為：對預應力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋梁試驗檢測技術(shù)的科學應用能夠動態(tài)獲取與橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)相關(guān)的質(zhì)量數(shù)據(jù)，進而用于對橋梁質(zhì)量是否合格的判斷。同時，預應力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋梁試驗檢測技術(shù)的應用也能夠為相關(guān)工作人員對橋梁項目的質(zhì)量管理提供支持，利用試驗檢測中所得到的技術(shù)數(shù)據(jù)，督促對質(zhì)量管理工作的調(diào)整與改進，從而使預應力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋梁工程建設(shè)而更加合理與高效。本文即重點以預應力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋梁為例，對橋梁結(jié)構(gòu)試驗檢測中的關(guān)鍵技術(shù)及其應用展開分析與探討：

1、預應力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋梁試驗檢測常見方法

1）無線電檢測技術(shù)及其應用

在預應力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋梁的運行中，受到結(jié)構(gòu)周期性荷載作用力、材料質(zhì)量不合格、以及外部環(huán)境溫度等因素的影響，均可能導致混凝土結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)裂縫。在裂縫缺陷的影響下，會導致混凝土結(jié)構(gòu)應力方面產(chǎn)生變化。在此狀態(tài)下，通過對無線電檢測技術(shù)的應用，能夠得到裂縫產(chǎn)生區(qū)域下的應力波特性，從而可分析得到裂縫缺陷的所處位置以及因裂縫問題對整個預應力混凝土結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的疲勞損傷。應用無線電檢測計數(shù)能夠深入對橋梁結(jié)構(gòu)進行探傷，從而積極分析橋梁工程項目中潛在的質(zhì)量與安全隱患。

2）紅外熱像儀檢測技術(shù)及其應用

紅外熱像儀對橋梁結(jié)構(gòu)的試驗檢測原理如圖（見圖1）所示。結(jié)合圖1，應用紅外熱像儀對預應力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋梁進行試驗檢測的主要作用是獲得橋梁項目中各個結(jié)構(gòu)所對應的溫度圖。由于不同屬性的物體在溫度上有不同的表現(xiàn)，且預應力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)較薄，因此在其他條件一致時，溫度上升較快，能夠被紅外熱像儀所檢測到，以熱點的方式顯示在溫度圖上，方便工作人員對缺陷進行準確定位。同時，根據(jù)檢測所得到的數(shù)據(jù)信息，可按照如下方式對預應力混凝土結(jié)構(gòu)的缺陷深度進行科學計算，如下式所示：

該式中，L為缺陷深度，為導熱系數(shù)，t為時間單位，Ts為完好部分區(qū)域溫度，為溫度差異；

3）感應檢測技術(shù)及其應用

在對預應力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋梁的試驗檢測中，傳感器及其技術(shù)的應用是非常重要的一個環(huán)節(jié)。例如，為監(jiān)測預應力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋梁在車輛通行狀態(tài)下的翼墻的位移情況，可將位移傳感器放置于橋梁翼墻結(jié)構(gòu)上進行動態(tài)監(jiān)測，分析監(jiān)測數(shù)據(jù)以判斷翼墻在車輛通行狀態(tài)下的振動幅度是否符合要求，判定其振動幅度是否會對整個橋梁結(jié)構(gòu)的安全性產(chǎn)生威脅。同時，在預應力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋梁受荷載作用力影響時，鋼筋部分會產(chǎn)生一定程度上的振動或彎曲，荷載超過設(shè)計標準時還可能誘發(fā)折斷現(xiàn)象，為預防此類問題的發(fā)生，可應用加速器對預應力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)中的鋼筋應力波進行測量，以判斷橋梁結(jié)構(gòu)中鋼筋的使用情況，為后續(xù)的維修決策提供依據(jù)。

4）聲波投射技術(shù)及其應用

聲波投射技術(shù)主要被應用于對預應力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋梁的橋樁部分的監(jiān)測。此項監(jiān)測技術(shù)的基本原理如下圖2所示，即預應力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋梁中橋樁部位所使用的建筑材料具有聲波穿透的特性，故可應用相應裝置采集橋樁部位的聲波信號，根據(jù)對聲波的分析的對不同建筑材料類型進行區(qū)分，并且可通過分析不同類型建筑材料在被聲波穿透后所回傳振動波的方式來了解橋樁樁基內(nèi)部建筑材料是否存在應力破壞的問題，進而及時發(fā)現(xiàn)隱患并處理。以對地基基礎(chǔ)的檢測為例，聲波投射法夏可用于樁徑>60cm的工程監(jiān)測，對判斷樁內(nèi)缺陷有確切價值，可依據(jù)概率法、PSD法、或NEP法進行判定。

5）回彈彎沉技術(shù)及其應用

在預應力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋梁的試驗檢測中，回彈彎沉監(jiān)測技術(shù)主要可用于在標準軸載規(guī)定下對路面表面或路基表面輪隙位置的檢測，據(jù)此可以確定路面表面或路基表面的總垂直變形值，對預應力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋梁整體結(jié)構(gòu)狀態(tài)進行判定。

2、預應力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋梁試驗檢測技術(shù)原理

目前工程實踐中可用于混凝土應力測試的傳感器有較多類型，常見類型包括鋼弦式應變計以及電阻式應變計等。其中，鋼弦式應變器制造依據(jù)為振弦理論，在應用于預應力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋梁中時具有精度高、穩(wěn)定性高、以及靈敏度高的特點，可用于長期性觀測。同時，由于此類應變計在試驗檢測中采用脈沖激振方式激振，測試速度快，并且具有良好的絕緣性能，故而適用于對混凝土結(jié)構(gòu)應力的監(jiān)測。其基本工作原理為：在一密封的剛質(zhì)圓筒內(nèi)的兩端張緊一細鋼弦絲，弦絲受到脈沖后可作微幅自由振動，通過頻率檢測儀測量出鋼絲的自振頻率，即可換算出弦絲所受張力。

結(jié)合混凝土箱梁結(jié)構(gòu)中可能受到的溫度、荷載因素變化影響，在應變器中裝設(shè)有智能式芯片，此類芯片具有記憶功能，在出廠投入使用前可以將傳感器的具體型號、編號、以及標定系數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)儲存于傳感器內(nèi)。鋼弦式應變器的主要技術(shù)參數(shù)為鋼弦絲自振頻率，該參數(shù)與應變參數(shù)之間有一定的對應關(guān)系，如下式所示，即對于預應力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋梁而言，其混凝土結(jié)構(gòu)應變可以簡單視作為自振頻率所對應的二次函數(shù)：的

混凝土構(gòu)件應變參數(shù)=待定系數(shù)A*鋼弦絲自振頻率+待定系數(shù)B*鋼弦絲自振頻率+待定系數(shù)C；

在此基礎(chǔ)之上，結(jié)合最小二乘法，通過所求得的鋼弦絲自振頻率參數(shù)，確定待定系數(shù)A/B/C的取值，經(jīng)過擬合處理后得到二次函數(shù)關(guān)系式以及各待定系數(shù)所對應的應變表達式。在應力監(jiān)控狀態(tài)下，將所測試得到的鋼弦頻率參數(shù)代入混凝土構(gòu)件應變參數(shù)計算式中，從而可以得到預應力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋梁所對應的應力取值。

以預應力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋梁中的箱梁懸臂澆筑作業(yè)而言，所采取的施工工序大多為掛籃前移→立模→混凝土澆筑→張拉預應力鋼絞線。因此，對預應力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋梁的應力測量也應當按照上述步驟進行。同時，為確保預應力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋梁應力結(jié)構(gòu)的安全與穩(wěn)定，需要分別對懸臂澆筑施工過程中三個工況以及特殊工況下的應變進行動態(tài)跟蹤監(jiān)測?？紤]到混凝土在應力測量上的特殊性，建議在各個相應工況結(jié)束10h后進行應力測量，以確保測量數(shù)據(jù)的真實與可靠。

3、結(jié)束語

預應力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋梁是目前交通運輸體系中橋梁項目最主要的結(jié)構(gòu)形式之一，連續(xù)鋼構(gòu)的穩(wěn)定性將直接關(guān)系到整個橋梁項目交通通信的順暢性，同時也為在橋梁上所通行車輛提供安全保障。因此，在預應力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋梁的建設(shè)全過程中，對結(jié)構(gòu)進行全面試驗檢測是非常重要的。

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