桥梁检测技术-课程讲座

支撑，线性测量
费用和精度 5mm H, 10mm V, 1Hz
图像测试技术 精度、适用性
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
振动测试传感器: 加速度计
k M C Yo Yog
2 Y0n Y0 2 2 2 2 2 12 n [(1 u ) 4 D u ] 2 a Y0 g
桥梁强国
建成一批世界性的桥梁； 运营期桥梁的管养工作
“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！
安全性 耐久性 适用性
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） 事故说明目前桥梁运营管理中存在的问题：
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。
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。 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？
令：k 1 2 d
dL L
dL ] L
（k为灵敏系数）
dR dL k k R L
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应变片
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
电阻应变计的优点
–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。
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）。
局部检测技术：无损检测
钢
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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）
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《桥梁工程发展与展望》之
桥梁检测技术
主讲人：季云峰
桥梁馆109办公室，电话：65981865 email：betoneyji@
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教学进度安排（续）
第十二讲 桥梁检测技术
第十三讲 桥梁评估、养护与加固
季云峰
季云峰
1、超载车辆的破坏性超乎想象 评估（ assessment, 评定）
养护 （maintenance）
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
加固（strengthening） 管理（ management） 5、对桥梁养护重视程度不够
6、建设管理与养护管理脱节
泛采用，大质量压电式
加速度计被现场振动测
试选用
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Output-only dynamic testing of bridges，ambient vibration testing
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桥梁检测技术：
应力（内力）
整体性检测技术 检测技术
变形 振动 混凝土
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。
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动位移测试
加速度计 LVDT/激光位移计 GPS 光电挠度仪
两次积分 两步滤波法
常用桥路
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
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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
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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，
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以交通部《公路桥涵养护规范》为例
桥梁检测与养护流程框图：
桥梁档案 经常性检查 定期检查 特殊检查 评估 鉴定
日常养护、小修 中修、大修 补强、加固
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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）
固有缺陷
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7 d～1 000 d，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。
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超声波探测技术
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。
仪器响应幅值
被测物振动加速度幅值
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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
伺服式拾振器
– 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
涡流 敏感电场
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。
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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
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）
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桥梁检测技术：
应力（内力）
整体性检测技术 检测技术
变形
振动 混凝土
局部检测技术：无损检测
钢
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应力（内力）测试：应变传感器
电阻应变计的测试原理
将电阻应变片粘贴在被测构件上，构件受力变形
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 特别适合长期监测
可同步测出埋设点的温度值。
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应力（内力）测试：应变传感器
光纤光栅传感器（Fiber Grating Sensor ）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。
索体内冷凝水
钢丝开裂
吊杆钢丝断裂
吊杆扭曲变形
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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。
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。
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应力（内力）测试：应变传感器
电阻应变计工作原理
L R A
dL L
dR [(1 2 ) d R
0.001mm 0.01mm 0.1mm
同济大学土木工程学院桥梁工程系
变形（位移）测试
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变形（位移）测试
线性可变差动变压器 LVDT
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
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
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）
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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 宏观缺陷：
蜂窝、孔洞、不密 实、裂缝、腐蚀等。
黄河上某斜拉桥运营12年后的锈蚀状况 宜宾南门大桥桥面断裂 （2001年）
广州海印桥建成7年后拉索断裂 （1995年） 新疆孔雀河大桥垮塌 （2011年）
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
护套环向开裂
护套刮痕
护套病害
护套烧伤 护套撞损 钢丝锈蚀 护套凹坑 镀锌层锈蚀，黄斑 护套细密裂纹 镀锌层锈蚀