桥梁结构状况检测

桥梁结构状况检测桥梁结构状况检测一、前言桥梁结构状况诊断，是对已建成的结构或部件的材料质量和工作性能方面所存在的缺损状况进行检查、试验、判断和评价的过程。

这是实行非常规的特别调查或检验的过程。

常规的简单过程仅是检查和评定。

桥梁施工阶段，当出现质量问题或失败后要求的诊断，一般是实行临时的或紧急的特别调查。

桥梁运营期间，为了养护、修理或改建的需要，实行不同等级的检查或调查。

通常规定的日常检查仅要求对结构进行经常性巡视检查，一般检查(或称主要检查或定期检查)的方法，主要是依靠富有实践经验的桥梁检查工程师，以目视观察为主，辅以必要的工具，如测量仪器、相机和其它现场器材等，实地判断结构缺损的原因，作出评定，并估计需要维修的范围及方法，或提出限制交通的建议。

对于需要进一步查明陷蔽缺损的范围或原因的部件，提出特别调查的要求。

对于需要继续监视缺损发展的部件，确定下次检查的时间。

实施特别调查的理由大致有以下各条：1. 需要用专门的技术及设备才能满足一般检查中提出补充调查的要求；2. 结构缺损普遍严重，需要详细查明缺损情况，为制定修理或改建方案提供依据；3. 结构承载能力评价的需要；4. 在地震、洪水、流水、风灾、车辆或船舶撞击等特别事件发生之后；5. 复杂结构特大桥梁的详细检查或长期监测的特殊需要。

桥梁结构状态的诊断技术主要涉及特别调查所采用的试验检测技术和评价指标和等级标准。

本文着重阐述在结构材料状况和结构性能状况诊断中，目前应用的试验检测技术。

二、结构材料状况检测1. 混凝土强度测定现场测定构件的混凝土强度是工程中经常要求测试的项目，目前测试方法主要有回弹法(即Schmidt锤法或表面硬度法)、超声波法、超声波――回弹综合法、贯入法、断裂法、拔拉法、拉脱法和取芯样试验法等。

(1) 回弹法、超声波法以及综合法是属于非破损测试法。

其发展较早，应用较广泛，不少国家已有自己指南或标准。

中国城乡建设部于1985年颁布了部标准《回弹法评定混凝土抗压强度技术规程》(JGJ23-85)。

一般认为，由专门的检测人员测试，三种方法的测试结果平均误差约9±7%，但综合法要好一些。

对于龄期在90天以上的混凝土，采用回弹法要考虑混凝土表面碳化深度的修正。

混凝土的湿度对回弹值和超声波脉冲速度都有一定影响。

(2) Windsor探针贯入法是1964年美国首创的。

射入的探针直径为6.3mm，长79.5mm。

对于抗压强度为5～70N/mm2的混凝土，贯入深度为15～50mm。

贯入深度随强度增加而减小，但不成比例。

此法测定新混凝土的28天强度为55～70N/mm2，龄期一年以上的老混凝土的强度较好。

对于强度为30～50N/mm2的老混凝土则用取芯试验法为好。

(3) BRE内部断裂法是先在混凝土上钻一个直径为6mm的孔，插入楔形锚栓，将锚栓与专门的反力架联接，再用旋紧螺帽拉出锚栓，通过测定混凝土破损时的扭矩来推定混凝土抗压强度。

(4) 拔拉试验法是一种直接拔拉内部断裂法。

它在BRE断裂试验的基础上，改善了拔拉装置，将锚栓直接与液压千斤顶联接，通过测定混凝土破损时的拔拉力来推定混凝土抗压强度。

拔拉试验分为以下两种方法：① CAPO试验法是在混凝土上钻孔后，插入带有扩张套管的锚杆，安装拔拉装置进行拔拉试验。

此法中混凝土的破损是孔壁受压力造成的，所以拔拉力与抗压强度有直接关系。

② LOK试验法是将直径25mm的钢盘预先埋入混凝土25mm深处，待混凝土硬化达到龄期后进行拔拉试验。

此方法只能用于新浇筑的构件。

(5) STT法是日本学者发明的测定混凝土构件抗压强度的方法。

其原理是把一个钢圆柱体埋入混凝土，深度可按需而定，除直接与混凝土粘接的柱底及柱周两个表面外，外露的柱顶表面需要用胶带粘封好，待混凝土硬化后，用螺杆对圆柱体施加转矩，直至混凝土砂浆破坏。

由破坏转矩推定抗压强度。

此法仅用于新浇筑的构件。

(6) 拉脱试验法是在清除混凝土表面的灰浆后，用树脂粘贴一个直径为50mm的钢盘，待树脂胶充分固化后，用拔拉装置将钢盘连带表层混凝土一起被拉脱，以测定混凝土的抗拉强度。

上述各种现场测定混凝土强度的试验方法，必须有标准的试验装置和操作方法，并要事先建立测试的物理量与混凝土强度之间的经验关系曲线或公式，才能使现场评定获得满意结果。

2. 构件材料缺损的检验混凝土构件中常见的缺损有裂缝、碎裂、剥落、层离、蜂窝、空洞、环境侵蚀和钢筋锈蚀等。

钢构件的缺损主要是锈蚀、裂缝、机械损伤、局部变形、焊缝缺陷和防护层损坏等，其中包括由于应力集中和疲劳等引起的裂缝。

本文着重介绍钢筋混凝土构件可能应用的检测方法。

(1) 目视检查的辅助方法众多构件普遍外露的缺损，通常可借助于适当的工具或量具等辅助设备进行目视检测。

①表面细小裂缝的观测a. 用刻有各种宽度线条的标尺估测裂缝宽度，精确度可达到±0.05mm。

b. 用刻度显微镜观测裂缝宽度，精确度±0.01mm。

c. 监测裂缝的扩展可用百分表、引伸计、手持应变计和光纤维测裂计等。

d. 用渗透探伤法观察用放大镜不易看到的细微裂纹。

e. 用灌注染色液和取芯样的方法观测混凝土裂缝的深度。

②钻孔检查结构封闭部位检查未留有出入孔的空心板梁或箱型结构内腔的缺损，需要钻孔，并用光学设备进行目视检查。

a. 钻一个直径25mm的小孔，用管状(硬管或软管的)内视镜检查。

光线通过一束光导纤维传入，成象由透镜系统传到观察者眼中，装上照相机就拍照记录缺损状况。

这种方法也用于检查后张法预应力管道中灌浆饱满程度及钢束锈蚀状况，缺点是视域很小。

b. 用岩心钻钻成较大的孔，可用电光源和潜望镜检查，并用摄像机或照相机记录缺损。

这种方法已用于检查梁端与桥台胸墙之间看不到的部位。

(2) 超声波探伤技术用超声波脉冲速度法探查钢材、焊缝和混凝土中存在的裂缝、空洞、夹渣和火灾损伤等。

根据构件可接近表面的情况：有两个为相对的表面，用直接法(直射法或直接传递法)；有两个为相垂直表面，用半直接法；只有一个表面，用表面法(反射法或间接传递法)。

由于混凝土是非匀质材料，必须用方向性弱的低频脉冲(20～150KHZ)，传递距离不大于80cm。

平行于脉冲方向的钢筋将极大地影响探测结果。

配筋多的混凝土构件只宜用直接法探测。

窄的裂缝由于能通过接触点或钢筋传递脉冲，因此超声波脉冲只能探测大的空洞和裂缝。

(3) 声波检测法用锤或铁棒敲击构件听其声音的差异来判断构件有否损坏，这是最原始的简便的人工检查方法，也是一般检查中常用的手段。

用拖链法检查桥面混凝土的层离是一种简便而又快速的方法，但是记录和确定层离的范围大小都很费时。

目前研制了一种专用于桥面检测的电子设备Delamtect，它由敲击装置、声波接收器和信号判读系统等三部分组成。

(4) 声发射(AE)检测开裂活动AE测试系统是接收结构在运营中发生的应力波或断裂波信号，通过高速计算机对信号的能级、速率及声波进行处理分析，找出裂纹位置和评价裂纹发展状况。

运用三角测定方法确定开裂位置，还能确定裂缝的端部微裂区、宽裂区和完全断裂区的三个不同损坏区，并能评价各种损害区的演变过程如能综合应用超声波和AE技术评价混凝土构件的恶化程度，其效果更好。

(5) 射线照相技术用射线照相技术检查预应力混凝土结构管道中灌浆质量、钢筋位置、钢索的松动或断裂等内部缺陷，是最直观的方法，但费用昂贵。

法国于1979研制了 射线照相有电视系统，并用于检查混凝土箱型结构，透视厚度不超过45cm，照相厚度为60～65cm。

1984年又研制了采用线性加速器的X射线照相及电视系统，透视混凝土的厚度达100cm照相厚度达120cm。

(6) 放射测定技术放射测量的原理与射线照相相似，用Geiger计数器即闪烁计数器测量射线的衰减能量，以替代照相底片。

此法是根据通过混凝土的射线衰减来确定混凝土的密实度，从而判断内部缺陷是否存在。

密实度越高，衰减越快。

直接透射或反射法均可采用。

(7) 线外线――热检测技术此法可检测混凝土的层离、空洞、渗漏和裂缝等缺损。

混凝土受日照后，缺损部位与周围混凝土的表面温度差异，可用灵敏的红外线检测系统测定。

该系统由红外线扫描器(或热摄象机)、控制器、显示器、记录器和处理器等部件组成。

现有产品的灵敏度为0.1～0.5℃。

应用此法检测，要求天气晴朗无云，风速低于24km/h，被检测面必须干燥，且能受到日照，否则得不到满意的效果。

车载的红外线检测系统能以8km/h的速度检测桥面混凝土或沥青混凝土的缺损状况。

(8) 雷达检测技术使用脉冲雷达的电磁回波法能检测具有沥青覆盖层的混凝土桥面板。

而且不受桥面上的砂石、涂漆标线、油斑和潮湿的影响，但受表面水的影响。

车载雷达检测系统由天线发射机、接收器、示波器、记录器等部分组成。

当脉冲频率为5MHZ，扫描范围在地面以上20cm时，覆盖面积为900cm2，检测深度达75cm，速度19～25km/h；若脉冲频率改为10MHZ，扫描在地面以上15cm时，覆盖面积为426cm2，检测速度可达64km/h。

可查出桥面混凝土的层离、空洞和裂缝等缺陷。

雷达检测法受环境的影响小，属于非接触或无破损检测技术，检测速度高，比上述各种无损检测技术更为优越，具有很大的应用前景。

目前雷达检测的数据分析判断需要专门的研究人员。

3. 钢筋锈蚀的评价技术混凝土的密实度、渗水性、含水量、含氯盐量、碳化深度、保护层厚度不足和开裂等缺损，是导致钢筋锈蚀诸多因素，反之，钢筋锈蚀又促使混凝土进一步破损。

对钢筋锈蚀的评定技术可分为直接评定和间接评定两种。

(1) 直接评定钢筋锈蚀技术①电阻探测器技术是根据金属板锈蚀而变薄，其电阻增大的原理。

探测器作为交流电桥的两桥臂，一臂是防锈的基准试件，另一臂是埋于混凝土中的锈蚀试件。

测量两种臂的电阻比变化，并可测定试件的累计锈蚀率。

试件是用0.05～0.5mm的薄钢片，粘贴在塑料基板上，使其有适当的刚度。

②线性极化探测技术是根据电化动力学原理，测量试验电极间的微小电流。

电极用被测验的钢筋制作，埋在混凝土中，并在两极之间施加小量的常电位差。

极间通过的电流与锈蚀电流有关，可测定试件的瞬时锈蚀率。

此法仅能用在导电介质中(最大电阻率105Ω.cm)，通常混凝土的电阻率均小于此值，除非特别干燥、含水量很低时可能超过。

上述两种方法必须在新结构施工中实施，不能用于旧结构。

两种电测方法都可以实现远离原位的测量。

③半电池电位测量法是通过与一已知的、并保持常量的基准电极(半电池)的极电位相比较，能有效地测量混凝土中钢筋的极电位。

它只能说明钢筋是否可能锈蚀，不能提供锈蚀速率的数据，但却是唯一可用于现有结构直接检测混凝土锈蚀的非破损技术。

该设备简单，便于现场原位检测，在钢筋混凝土结构耐久性评定中被广泛应用。