專利名稱：一種基于彈性模量的混凝土橋梁承載力的無(wú)損測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工程檢測(cè)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(wú)損測(cè)試方法。
背景技術(shù)：
橋梁通行的安全與否，是關(guān)系國(guó)計(jì)民生的大問(wèn)題。橋梁的損壞甚至垮塌，不僅給交通運(yùn)輸帶來(lái)極大損失，而且會(huì)給人民的生命財(cái)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(cè)，也可以適用于預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的檢測(cè)。不僅可測(cè)試既有橋梁，還可以測(cè)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(yán)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(zhǎng)期過(guò)載負(fù)荷，也是造成橋梁損壞的重要原因。少數(shù)運(yùn)輸部門(mén)在經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動(dòng)下，汽車(chē)超載嚴(yán)重，甚至超載2倍以上。這可能導(dǎo)致對(duì)橋梁的嚴(yán)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(hù)保養(yǎng)以外，實(shí)施定期檢測(cè)是非常必要和有益的。現(xiàn)有的橋梁檢測(cè)方法一般有兩大類，即基于載荷(靜力或動(dòng)力) 變形的載荷試驗(yàn)和基于目視的外觀檢測(cè)方法:a)載荷試驗(yàn)；載荷試驗(yàn)就是給橋梁施加一定的荷載，通常是用載重汽車(chē)排列在橋梁上(單向、雙向等各個(gè)工況)，通過(guò)測(cè)量在荷載下橋梁的撓度、頻率等指標(biāo)，并與設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)比進(jìn)而判定橋梁的承載力。對(duì)于預(yù)制梁場(chǎng)的預(yù)制梁，也常常采用荷載+撓度測(cè)試的方法檢測(cè)預(yù)制梁的質(zhì)量。b)外觀檢測(cè)；當(dāng)混凝土橋梁出現(xiàn)老化時(shí)，一般會(huì)出現(xiàn)裂縫等損傷現(xiàn)象。因此，通過(guò)觀測(cè)裂縫的有無(wú)、裂縫幾何尺寸(寬度、長(zhǎng)度、間距)以及分布位置等，進(jìn)而對(duì)橋梁的健全性進(jìn)行判定。這兩種方法各有優(yōu)劣:對(duì)于載荷試驗(yàn)，其測(cè)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(cè)。但該方法測(cè)試需要對(duì)橋梁施加較大的荷載，并需要安裝沉降、振動(dòng)等各類傳感器。不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且常常需要限行，對(duì)交通影響大，難以適用于鐵路橋梁。此外，當(dāng)橋梁承載力較低時(shí)，試驗(yàn)本身施加的荷載還會(huì)造成一定的塑性變形，從而對(duì)橋梁產(chǎn)生一定的損傷。外觀檢查作為一種簡(jiǎn)便、快速的檢測(cè)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(xì)，遠(yuǎn)處無(wú)法識(shí)別，因而漏檢現(xiàn)象十分普遍。因此，在載荷試驗(yàn)與外觀檢查之間，缺乏一種折中的手段，即缺乏一種既簡(jiǎn)便快 捷，又能夠定量測(cè)試、評(píng)價(jià)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(wèn)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(jiǎn)便的承載力測(cè)試評(píng)價(jià)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(wú)損測(cè)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(dāng)混凝土橋梁建成、并開(kāi)始使用后，要承受各種各樣的荷載(如交通荷載、風(fēng)荷載、自重荷載等)以及物理、化學(xué)作用。其中，在荷載的作用下，混凝土梁會(huì)產(chǎn)生疲勞、老化。在物理、化學(xué)的作用下，混凝土材料會(huì)產(chǎn)生變質(zhì)。對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁，還會(huì)產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失等現(xiàn)象。上述的作用綜合起來(lái)，會(huì)使混凝土橋梁的剛性和強(qiáng)度(亦即承載力)降低，進(jìn)而危害橋梁的安全。橋梁承載力的降低表現(xiàn)在多個(gè)方面，例如下?lián)显龃?、振?dòng)加大、出現(xiàn)裂縫等。其中，下?lián)?、振?dòng)即為橋梁靜、動(dòng)載試驗(yàn)的基本測(cè)試參數(shù)，裂縫則是外觀檢查的主要內(nèi)容。下?lián)显龃?、振?dòng)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(gè)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(cè)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(duì)橋梁剛度以及承載力的變化進(jìn)行推算。沖擊彈性波測(cè)試方法的發(fā)展則為上述的測(cè)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(dòng)切線彈性模量Ed之間有明確的聯(lián)系，同時(shí)，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(guò)測(cè)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(shí)際的測(cè)試、評(píng)價(jià)中會(huì)遇到諸多問(wèn)題。例如鋼筋、應(yīng)力水平的影響，評(píng)價(jià)基準(zhǔn)、環(huán)境噪聲對(duì)測(cè)試精度的影響等問(wèn)題。而這些問(wèn)題正是本發(fā)明力圖解決的。2.本測(cè)試方法分為如下部分:2-1測(cè)試區(qū)域及工況的選定對(duì)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(dān)壓應(yīng)力； 2 )中性區(qū):承擔(dān)的應(yīng)力較少；3)拉伸區(qū):與鋼筋共同承擔(dān)拉應(yīng)力(該區(qū)域常常出現(xiàn)裂縫)對(duì)于普通混凝土橋梁，上述3個(gè)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(duì)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(shí)，整個(gè)梁的混凝土處于壓縮狀態(tài)。當(dāng)預(yù)應(yīng)力損失較大或超載時(shí)，則受拉區(qū)的混凝土可能出現(xiàn)拉應(yīng)力，同時(shí)在梁中出現(xiàn)中性區(qū)。因此，針對(duì)混凝土橋梁，應(yīng)當(dāng)測(cè)試梁的上、中、下部位。此外，利用不同荷載進(jìn)行測(cè)試，可以進(jìn)一步提高測(cè)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(chē)通過(guò)，或典型交通狀況)下進(jìn)行測(cè)試。2-2沖擊彈性波波速的測(cè)試基于測(cè)試混凝土彈性模量的混凝土橋梁承載力的無(wú)損測(cè)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(duì)于建設(shè)中的橋梁，可以采用各個(gè)方式，而對(duì)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(hào)和受信信號(hào)均利用信號(hào)采集儀收集到計(jì)算機(jī)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(jì)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(wú)損測(cè)試方法，其特征在于，按如下步驟進(jìn)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(duì)各區(qū)域進(jìn)行沖擊彈性波波速測(cè)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(cè)試區(qū)域中裂縫有無(wú)； c)根據(jù)測(cè)得的彈性波速和鋼筋配筋的修正，計(jì)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(cè)得的混凝土彈性模量E。，推算混凝土的抗壓強(qiáng)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(qiáng)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(wú)損測(cè)試方法,屬于工程檢測(cè)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(duì)各區(qū)域進(jìn)行沖擊彈性波波速測(cè)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(cè)試區(qū)域中裂縫有無(wú);計(jì)算出混凝土的切線彈性模量Ed；測(cè)得的混凝土彈性模量Ec，推算混凝土的抗壓強(qiáng)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(qiáng)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(guò)實(shí)施可以為橋梁的健康評(píng)價(jià)提供安全保障資料。
文檔編號(hào)G01N3/00GK103196741SQ20131010014
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)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(qǐng)人:四川升拓檢測(cè)技術(shù)有限責(zé)任公司