专利名称：一种基于弹性模量的混凝土桥梁承载力的无损测试方法
技术领域：
本发明属于工程检测技术领域，特别涉及一种基于弹性模量的混凝土桥梁承载力的无损测试方法。
背景技术：
桥梁通行的安全与否，是关系国计民生的大问题。桥梁的损坏甚至垮塌，不仅给交通运输带来极大损失，而且会给人民的生命财产造成巨大的灾难。上述发明不仅适用于普通钢筋混凝土桥梁的检测，也可以适用于预应力混凝土桥梁的检测。不仅可测试既有桥梁，还可以测试修建中的混凝土桥梁。迄今为止，桥梁的损坏甚至垮塌，究其原因主要有以下几种:a)施工质量的低劣，是造成施工中桥梁的跨塌或竣工后安全隐患严重的主要原因之一;b)在交通荷载、环境荷载等的反复作用下，造成混凝土及桥梁结构老化，承载力下降。c)桥梁的长期过载负荷，也是造成桥梁损坏的重要原因。少数运输部门在经济利益驱动下，汽车超载严重，甚至超载2倍以上。这可能导致对桥梁的严重�：�。为了保证桥梁的安全，除了提高施工质量、改善维护保养以外，实施定期检测是非常必要和有益的。现有的桥梁检测方法一般有两大类，即基于载荷(静力或动力) 变形的载荷试验和基于目视的外观检测方法:a)载荷试验；载荷试验就是给桥梁施加一定的荷载，通常是用载重汽车排列在桥梁上(单向、双向等各个工况)，通过测量在荷载下桥梁的挠度、频率等指标，并与设计值进行对比进而判定桥梁的承载力。对于预制梁场的预制梁，也常常采用荷载+挠度测试的方法检测预制梁的质量。b)外观检测；当混凝土桥梁出现老化时，一般会出现裂缝等损伤现象。因此，通过观测裂缝的有无、裂缝几何尺寸(宽度、长度、间距)以及分布位置等，进而对桥梁的健全性进行判定。这两种方法各有优劣:对于载荷试验，其测试精度高，可以较为综合地反映桥梁的承载力，适用于桥梁的精密检测。但该方法测试需要对桥梁施加较大的荷载，并需要安装沉降、振动等各类传感器。不仅费时费力，而且常常需要限行，对交通影响大，难以适用于铁路桥梁。此外，当桥梁承载力较低时，试验本身施加的荷载还会造成一定的塑性变形，从而对桥梁产生一定的损伤。外观检查作为一种简便、快速的检测手段，应用最为广泛。然而，该方法一般缺乏定量手段，加上桥梁裂缝往往非常微细，远处无法识别，因而漏检现象十分普遍。因此，在载荷试验与外观检查之间，缺乏一种折中的手段，即缺乏一种既简便快 捷，又能够定量测试、评价混凝土桥梁承载力的手段。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是为了解决在混凝土桥梁安全保障方面提供一种折中的手段，即给出一种快速简便的承载力测试评价方法。本发明的目的，是提供一种基于弹性模量的混凝土桥梁承载力的无损测试方法，在表述所采用的技术方案之前，先扼要地阐述以下方案的理论背景。1.理论基础当混凝土桥梁建成、并开始使用后，要承受各种各样的荷载(如交通荷载、风荷载、自重荷载等)以及物理、化学作用。其中，在荷载的作用下，混凝土梁会产生疲劳、老化。在物理、化学的作用下，混凝土材料会产生变质。对于预应力混凝土桥梁，还会产生预应力损失等现象。上述的作用综合起来，会使混凝土桥梁的刚性和强度(亦即承载力)降低，进而危害桥梁的安全。桥梁承载力的降低表现在多个方面，例如下挠增大、振动加大、出现裂缝等。其中，下挠、振动即为桥梁静、动载试验的基本测试参数，裂缝则是外观检查的主要内容。下挠增大、振动加大、出现裂缝等现象归根结底，反映了桥梁刚度的降低。而刚度的降低又产生于两个方面:I)混凝土弹性模量的降低；2)由于裂缝面的产生使得桥梁有效截面面积的减少。因此，如果能够测试出混凝土材料的弹性模量，以及裂缝面的变化状况，即可对桥梁刚度以及承载力的变化进行推算。冲击弹性波测试方法的发展则为上述的测试提供了理论和技术基础。根据弹性波的理论，弹性波速Vp与材料的动切线弹性模量Ed之间有明确的联系，同时，由于受到裂缝面的遮断，弹性波波速与裂缝之间也有密切的相关关系。因此，通过测试冲击弹性波的波速vp,从理论上讲，可以推算出混凝土的弹性模量E。和结构裂缝状态。另一方面，在实际的测试、评价中会遇到诸多问题。例如钢筋、应力水平的影响，评价基准、环境噪声对测试精度的影响等问题。而这些问题正是本发明力图解决的。2.本测试方法分为如下部分:2-1测试区域及工况的选定对于混凝土桥梁，根据混凝土的应力状况一般可以分为:I)压缩区:主要承担压应力； 2 )中性区:承担的应力较少；3)拉伸区:与钢筋共同承担拉应力(该区域常常出现裂缝)对于普通混凝土桥梁，上述3个区域均存在。其中，中性区位于梁高的中间(中性轴附近)。对于预应力混凝土桥梁，在正常工况下且预应力体系正常作用时，整个梁的混凝土处于压缩状态。当预应力损失较大或超载时，则受拉区的混凝土可能出现拉应力，同时在梁中出现中性区。因此，针对混凝土桥梁，应当测试梁的上、中、下部位。此外，利用不同荷载进行测试，可以进一步提高测试精度。可取
I)仅桥梁自重荷载2)自重+正常交通荷载(如列车通过，或典型交通状况)下进行测试。2-2冲击弹性波波速的测试基于测试混凝土弹性模量的混凝土桥梁承载力的无损测试方法系统构成如
图1.
冲击弹性波由激振锤敲击激振块(图2、4:适用于混凝土梁的侧面激振、受信)或者直接敲击混凝土表面(图3:适用于混凝土梁的端面激振、受信)产生。对于建设中的桥梁，可以采用各个方式，而对于在役中的桥梁，由于端面被封闭，往往只能采用图2、4的方式。激振信号和受信信号均利用信号采集仪收集到计算机中。在产生的冲击弹性波中，有多种成分，而在本发明中采用其中的P波(也称纵波)成分。P波弹性波波速Vp用下式计算:
权利要求
1.一种基于弹性模量的混凝土桥梁承载力的无损测试方法，其特征在于，按如下步骤进行操作: a)根据混凝土桥梁的类型，将其受力区域分为受压、受拉、受剪及不受力的中性区； b)对各区域进行冲击弹性波波速测试，敲击激振块和改变激振方向，可以使得激振弹性波P波的首波分别为压缩波和拉伸波，并根据二者波速的差异，推断测试区域中裂缝有无； c)根据测得的弹性波速和钢筋配筋的修正，计算出混凝土的切线弹性模量Ed； d)根据在不受力的中性区测得的混凝土弹性模量E。，推算混凝土的抗压强度； e)根据各区域的混凝土的切线弹性模量以及混凝土抗压强度，推算相应区域的应力水平及应力状态； f)根据各区域的应力水平和应力状态，推算桥梁的承载力。
全文摘要
一种基于弹性模量的混凝土桥梁承载力的无损测试方法,属于工程检测技术领域，该方法为根据混凝土桥梁的类型，将受力区域分为受压、受拉、受剪及不受力的中性区；对各区域进行冲击弹性波波速测试,敲击激振块和改变激振方向，得激振弹性波的首波分别为压缩波和拉伸波,按二者波速的差异,推断测试区域中裂缝有无;计算出混凝土的切线弹性模量Ed；测得的混凝土弹性模量Ec，推算混凝土的抗压强度；根据各区域的混凝土的切线弹性模量以及混凝土抗压强度，推算相应区域的应力水平及应力状态；根据各区域的应力水平和应力状态，推算桥梁的承载力。通过实施可以为桥梁的健康评价提供安全保障资料。
文档编号G01N3/00GK103196741SQ20131010014
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月26日 优先权日2013年3月26日
发明者吴佳晔, 吴曾炜 申请人:四川升拓检测技术有限责任公司
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