桥梁检测技术-课程讲座.

同济大学土木工程学院桥梁工程系《桥梁工程发展与展望》之主讲人：季云峰桥梁馆109办公室，电话：65981865email：[e-mail]桥梁检测技术同济大学土木工程学院桥梁工程系教学进度安排（续）第十二讲桥梁检测技术季云峰第十三讲桥梁评估、养护与加固季云峰第十四讲桥梁管理系统季云峰第十五讲葛老师期终考试（读书报告答辩）葛/陈/季同济大学土木工程学院桥梁工程系背景截止2014年底：公路桥梁总数75.71万座。按跨径分，特大桥梁3404座，大桥72979座，二者长度约占桥梁总长的56.2％。按行政等级分，国、省、县道公路桥梁33.6万座，约占桥梁总长的67％。桥梁大国桥梁强国建成一批世界性的桥梁；运营期桥梁的管养工作安全性耐久性适用性“随着部分桥梁的长时间超负荷服役，我国桥梁正处于风险相对高发期。”2007年以来，国内共有约50座桥梁发生坍塌事故！同济大学土木工程学院桥梁工程系运营期桥梁的管养工作：检测（inspection）评估（assessment,评定）养护（maintenance）加固（strengthening）管理（management）事故说明目前桥梁运营管理中存在的问题：1、超载车辆的破坏性超乎想象2、部分桥梁结构形式存在先天缺陷3、桥梁检查缺乏专业队伍，数据分析深度不够4、养护资金不足，基础工作薄弱5、对桥梁养护重视程度不够6、建设管理与养护管理脱节同济大学土木工程学院桥梁工程系管养工作的基础：桥梁检测（检查）桥梁检测的目的意义：记录桥梁当前状况了解交通量和荷载改变给桥梁带来的影响跟踪桥梁结构和材料使用性能的变化对桥梁状态评估提供反馈信息给养护、设计与建设部门提供反馈信息交通部《公路桥涵养护规范》JTGH11－2004建设部《城市桥梁养护技术规范》CJJ99-2003铁道部《铁路桥梁检定规范》铁运函【2004】120号同济大学土木工程学院桥梁工程系以交通部《公路桥涵养护规范》为例经常性检查定期检查特殊检查评估鉴定桥梁档案日常养护、小修中修、大修补强、加固桥梁检测与养护流程框图：同济大学土木工程学院桥梁工程系桥梁检测的分类:1.经常性检查（一般养护检查、视察、巡视；目测，每月一次）2.定期检查（专业人员及设备，靠近检查；目测+仪器，三年）3.特殊检查（专门检查，专业有资质队伍，计算分析及承载力鉴定）同济大学土木工程学院桥梁工程系桥梁检测技术：检测技术整体性检测技术局部检测技术应力（内力）变形振动混凝土钢：无损检测同济大学土木工程学院桥梁工程系应力（内力）测试：应变传感器将电阻应变片粘贴在被测构件上，构件受力变形时，应变片与构件一起受力变形，应变片电阻值发生相应变化；通过电阻应变测量装置，将这种变化测量出来，换算成应变值或输出模拟电信号，用仪器记录或直接存入计算机，得出应变值。电阻应变计的测试原理同济大学土木工程学院桥梁工程系LRA[(12)]ddLLdRdLRLkLdLkRdR12ddLLk令：（k为灵敏系数）电阻应变计工作原理应力（内力）测试：应变传感器同济大学土木工程学院桥梁工程系应变片同济大学土木工程学院桥梁工程系–尺寸小(最小栅长0.2毫米)，重量轻、粘贴方便。–测量灵敏度高。–测量范围广。–测量结果是电信号，便于测量记录。–可制成各种测量力、位移、加速度等力学量传感器。电阻应变计的优点应力（内力）测试：应变传感器同济大学土木工程学院桥梁工程系试件应变片引出线过桥铜箔测量导线固定件同济大学土木工程学院桥梁工程系多点转换箱静态电阻应变仪电阻应变片惠斯顿电桥测应变仪器电桥桥路输出特性的表达式：12341()4outinVkV同济大学土木工程学院桥梁工程系1/4桥、半桥和全桥，其中半桥和全桥最常用。1/4桥半桥全桥常用桥路应力（内力）测试：应变传感器同济大学土木工程学院桥梁工程系电阻应变式钢筋计，全桥电阻应变式压力传感器，全桥电阻应变式位移传感器，全桥同济大学土木工程学院桥梁工程系应力（内力）测试：应变传感器振弦式应力计当被测结构物内部的应力发生变化时，应变计同步感受变形，变形通过前、后端座传递给振弦转变成振弦应力的变化，从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激振振弦并测量其振动频率，测出被测结构物内部的应变量。同时可同步测出埋设点的温度值。特别适合长期监测同济大学土木工程学院桥梁工程系光纤光栅传感器（FiberGratingSensor）属于光纤传感器的一种，基于光纤光栅的传感过程是通过外界物理参量对光纤布拉格（Bragg）波长的调制来获取传感信息，是一种波长调制型光纤传感器。应力（内力）测试：应变传感器能被预埋在混凝土内部轻巧、耐环境对温度、电磁场和腐蚀不敏感容易快速安装.不要求标定应变温度位移加速度流量同济大学土木工程学院桥梁工程系变形（位移）测试最常用位移量测仪表：千分表、百分表和挠度计不限0.1mm挠度计10～50mm0.01mm百分表1～10mm0.001mm千分表量程精度名称同济大学土木工程学院桥梁工程系变形（位移）测试同济大学土木工程学院桥梁工程系变形（位移）测试线性可变差动变压器LVDT最高精度可达0.05％，绝对误差1um重复性0.1um分辨率高,一般为0.1um,最高可达0.0001um测量范围广+/-0.1mm到+/-500mm时间常数小,频带宽,可达200HZ(5ms)甚至更高激光位移计激光发射器通过镜头将可见红色激光射向物体表面，经物体反射的激光通过接受器镜头，被内部的CCD线性相机接受，根据不同的距离，CCD线性相机可以在不同的角度下“看见”这个光点。根据这个角度即知的激光和相机之间的距离，数字信号处理器就能计算出传感器和被测物之间的距离。同济大学土木工程学院桥梁工程系两次积分支撑，线性测量费用和精度图像测试技术精度、适用性5mmH,10mmV,1Hz两步滤波法加速度计LVDT/激光位移计GPS光电挠度仪动位移测试同济大学土木工程学院桥梁工程系振动测试传感器同济大学土木工程学院桥梁工程系kCMYoYog振动测试传感器:加速度计122222220020[(1)4]nngYYuDuaY仪器响应幅值被测物振动加速度幅值同济大学土木工程学院桥梁工程系压电式加速度计–被测物频率远低于拾振器的固有频率–构造简单，频响范围宽–桥梁室内模型试验中广泛采用，大质量压电式加速度计被现场振动测试选用–又称力平衡式加速度计，高灵敏度加速度计–基本原理：受感振质量激励的机电反馈系统–超低频响应性能好(从零开始)–适用于大跨度桥梁的振动测试–能测倾角伺服式拾振器同济大学土木工程学院桥梁工程系Output-onlydynamictestingofbridges，ambientvibrationtesting同济大学土木工程学院桥梁工程系桥梁检测技术：检测技术整体性检测技术局部检测技术应力（内力）变形振动混凝土钢：无损检测同济大学土木工程学院桥梁工程系无损检测技术：无损检测——非破损检测（NDT）和无损检测评估（NDE）土木工程NDT是工业现代化带来的金属和非金属探伤、检测技术及其发展。广义上说所有不对桥梁结构或构件造成损伤或造成破坏的检测都是无损检测。钢（锈蚀和疲劳）和混凝土（材性退化和开裂）桥梁无损检测的作用：1.更精确地认识桥梁在役状态，耐久性评估2.锁定结构早期损伤（危险）同济大学土木工程学院桥梁工程系混凝土无损检测技术：混凝土：多相复合体系，在其中存在许多各相之间的界面。多尺度分析：微观、细观和宏观三个层次。微观、细观缺陷固有缺陷宏观缺陷：蜂窝、孔洞、不密实、裂缝、腐蚀等。无损检测性能评估同济大学土木工程学院桥梁工程系混凝土强度：回弹法检测混凝土的龄期为7d～1000d，不适用于表层及内部质量有明显差异或内部存在缺陷的混凝土构件和特种成型工艺制作的混凝土的检测，这大大限制了回弹法的检测范围。同济大学土木工程学院桥梁工程系估计混凝土强度和弹性模量评估混凝土均匀性确定混凝土裂缝、空洞超声波探测技术超声法检测混凝土缺陷的基本原理就是，通过超声波在混凝土中传播后发生的波形变化、利用声时(本质是声速)、频率、波幅等参数的特征，来综合分析判断其内部状况。同济大学土木工程学院桥梁工程系确定钢筋混凝土构件中钢筋位置测量钢筋保护层厚度估计钢筋直径涡流仪（电磁感应原理）敏感电场涡流在探头的内部装有两组线圈，一组为磁场线圈，另外一组为感应线圈。磁场线圈在所要检查的混凝土中产生高脉冲的一次电磁场，如混凝土中有金属物体，则该物体将感应产生二次电磁场(位于前述的第一次电磁场之内)。每一次磁场线圈所产生的电磁场的脉冲间隙会引起第二次电磁场的衰减，这样就使感应线圈产生电压变化。因此，根据这个电压的变化通过数学计算得出混凝土中的钢筋间距和保护层厚度。同济大学土木工程学院桥梁工程系混凝土内部钢筋锈蚀检测钢筋有效面积减小、承载力下降、延伸率减小锈胀（2~3倍）、开裂、耐久性降低粘结力、握裹力下降半电池电位法电位（mv）钢筋状态0～-200无锈蚀活动性或锈蚀活动不确定-200～-300有锈蚀活动性，但锈蚀状态不确定-300～-400有锈蚀活动性，发生锈蚀概率大于90%-400有锈蚀活动性，严重锈蚀可能性极大同济大学土木工程学院桥梁工程系钢构件无损检测技术：焊缝检测X射线探伤超声波探伤磁粉探伤超声波探伤是利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷的一种方法，当超声波束自表面由探头通至金属内部，遇到缺陷与底面时就分别发生反射波来，形成脉冲波形，根据这些脉冲波形来判断缺陷位置和大小。焊缝缺陷：气孔、夹渣、未焊透、裂纹等。根据被检构件与其内部缺陷介质对射线能量衰减程度的不同，使得射线透过工件后的强度不同，使缺陷能在射线底片上显示出来的方法。同济大学土木工程学院桥梁工程系拉索或吊杆的无损检测技术75%的斜拉桥存在拉索病害，且以钢束锈蚀为主。黄河上某斜拉桥运营12年后的锈蚀状况广州海印桥建成7年后拉索断裂（1995年）近十多年的桥梁毁坏事故以中、下承式拱桥为最，事故均与拉索（即吊杆）的严重损伤密切相关。宜宾南门大桥桥面断裂新疆孔雀河大桥垮塌（2001年）（2011年）索支承桥梁多为大跨桥梁，一旦垮塌社会影响严重，许多桥梁由于缺乏有效的无损检测技术而不得不提前换索。我国有大批的索支承桥梁，随着它们逐步步入老龄化，过早的换索将引发巨大的资金消耗；在养护资金有限的情况下，桥梁的安全运营如何保证？同济大学土木工程学院桥梁工程系拉索或吊杆的无损检测技术护套纵向开裂钢丝锈蚀钢丝开裂吊杆钢丝断裂护套环向开裂护套刮痕护套烧伤护套撞损护套凹坑护套细密裂纹护套病害吊杆扭曲变形镀锌层锈蚀，黄斑镀锌层锈蚀索体内冷凝水吊杆钢丝断裂同济大学土木工程学院桥梁工程系在恒定磁场作用下，钢索（本桥为钢绞线）将被磁化（图4-4）。当钢索中存在某种缺陷时（如断丝、刮伤、锈蚀等），其周围的磁场会发生以下现象：（1）在钢索缺陷附近，发生漏磁现象；（2）钢索内的磁场强度发生变化；（3）穿过钢索附近某一范围的磁通量发生变化。同济大学土木工程学院桥梁工程系实验室模型试验钢丝磁导率测试（磁导率-应力模型）；拉索、吊杆的模型试验（人工制作索、实桥索体）。实桥现场试验选择上海卢浦大桥（拱桥）、苏通大桥（斜拉桥）和南通市丁堡河大桥（拱桥，计划2014年更换吊杆）等进行实桥现场试验，测试拉索的振动、应力变化、环境温度等对检测信号的影响，并验证提出方法的可靠性。