桥梁检测与加固

桥梁检测与加固
第一讲桥梁检测与监测技术的开发和应用
讲
第二讲桥梁病害诊断
授 提
Hale Waihona Puke Baidu
第三讲混凝土结构承载能力及耐久性评估
纲
第四讲桥梁改造加固方案设计
第五讲桥梁加固薄弱受弯构件设计计算
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桥梁结构检查的重要性 桥梁结构的使用性能及耐久年限,主要由设计、施工和所用材料的质
量等诸多因素共同确定。由于设计、施工和材料可能存在某些缺陷,而 这些缺陷会使桥梁结构先天存在着某些薄弱之处。此外,桥梁在营运使 用中又会受到不可避免的人为损伤及各种大自然侵蚀，带来后天病害。 先天缺陷和后天病害的不利影响往往会结合在一起,如果再遇上荷载和 外力的临界组合,则很容易使桥梁发生不可预见的损坏。桥梁结构中的 一处或某几处局部的损坏又可能产生连锁反应，波及到更多的位置,发 展成更大的损坏,乃至危及桥梁的安全。所以,确保建成的桥梁保持良好 的运营状态和正常的使用功能,当务之急是及时发现早期病害,在尚未出 现更大的损伤之前采取维修养护措施,以控制病害发展或把病害清除,而 要达到此目的,就必须对桥梁进行检查。桥梁结构的检查是保证桥梁正 常使用、进行维修加固的重要依据。检查桥梁结构的目的在于随时掌 握结构的技术状况和安全状态,总结设计、施工、使用和维修的经验和 教训,鉴定现有桥梁的承载力和通过能力,指导对桥梁的正确使用、管理 和维修。
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其他新技术 在世界上许多地方,对整座桥梁状况的监测技术已经发展到在大型结
构物上安装系列大规模的监测系统。例如,横跨特拉华连接宾夕法尼亚 和新泽西的巴里桥上就已经安装并运行着这样的一个系统。然而,尽管 这种方法很有前途,但这种技术的全部潜在可能尚没有被完全发现或肯 定,并且其重要的部分仍处于研究阶段。这种系统的传感器网络传递出 的大量数据信息,由计算机进行收集、储存、分析、检索等,然后提供 检测信息。事实已经证明,该系统所提供的信息是非常有用的。例如, 这些系统检测到了未曾预料到的受弯构件由于暴露在阳光下,所受光照 辐射程度不同而产生的弯起,并且确定了弯起量的大小。
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桥面结构的检测 用于预测桥面病害的一般方法是:测量氯化物含量和电势,并进行肉眼
观测。但此种方法既费时间,又妨碍交通,而且更遗憾的是,这种方法不 能就沥青桥面铺装的整个病害情况提供准确数据。因为该方法只把注 意力集中在由于腐蚀而导致的顶面钢筋保护层的层裂上,而忽视了由于 冻融循环造成的沥青铺装层下的混凝土裂崩的检测。然而值得庆幸的 是,使用雷达、红外热象仪、激光光学、超声波和其它一些新的技术手 段可在仅仅一天之内就能准确地测量成百上千公里路面或几十座桥的 桥面。
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桥梁结构体系的监测 一般用于结构监测的传统传感器,其测量能力只局限于逐点检测,当临
界断面检测得不准确时,其效果就会很不理想。当需要对大型结构,如桥 梁的状况进行评估时,具有大面积检测能力的传感器就显得尤为重要。 任何监测系统都必须具备在较长时期内提供可靠、精确和长期的检测 结果,这样才能保证结构处于高度的安全状态。安装了这种监测系统,就 可以较早地发现结构存在的任何问题,以便采取必要的修复措施,从而保 证结构使用的连续安全性,使结构的性能得到最佳利用,并减少使用费用。
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此外,对桥梁结构的承载能力的“非侵入式”检测也是桥梁工程界的 迫切需求。通常,一座桥梁如果不符合标准承载要求,说明该桥有某种 结构上的缺陷。美国联邦公路局为此将激光检测系统用于检测桥梁的 承载能力。这套系统由一个电脑控制的反射器将红外线的激光束(注: 该激光束不会对人眼产生危险) 瞄准桥梁上的某点。当激光检测到桥 梁结构上的某个点,系统就会马上给出该点相对于当地坐标系统的三 维坐标。仅几分钟的时间内,系统可以测量桥结构上不同的点几百次。 它对目标没有特别的规定,在普通钢材、混凝土和木材表面上都可以 很好的工作。利用这个系统,可以迅速地测量出大型卡车作用在桥上 使其产生的三维变形。这个系统还可以用于迅速确定桥上每一部分对 应先前(上次)检查的位移(变位) 情况,结果可以精确到毫米。该系统还 能探测到沉降或预应力损失。
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智能型支座 智能支座能通过支座上活载和恒载的分布,发现并判断出桥梁结构体
系的工作状况。因为,如果结构构件的强度因遭受断裂、冲击或其他影 响而有明显变化时,也会使支座上的荷载分布发生改变。智能支座可以 “感受到”桥梁的破坏。
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桥梁基础的监测 桥梁结构水面或地面以上部分的材料状况和整体性能状况的检测及
混凝土桥梁结构的监测用于混凝土桥梁结构监测的一种新技术是光 纤传感器技术。它运用了光纤的两个特性来实现动态测量：1光损矢 量的测量,即利用纤维某些局部产生微小弯曲后所产生光矢量变化的效 应原理。2光传输时间原理,即:光沿传感器到达反射镜,再反射回到光源 处的传输时间。
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钢桥结构的监测 美国联邦公路局开发的无线电桥梁检测和评估系统,是一个便携的、
电池供电、使用无线电遥控技术的数据收集系统。它非常像一个数字 式多分支的电话网络,用以收集数据并传递到一个笔记本电脑上。这种 特殊的无线电网络对静电和障碍物是“免疫”的(静电和障碍物对这种 特殊的无线电网络没有影响) 。除了收集数据之外,每个模块充当了地 区无线电网络中无线电波上的一个结点。这对于钢桥是十分重要的,钢 桥在长度上往往大于1. 6 公里,而较长的桥上往往有大量的电磁干扰和 复合反射,用这种技术可以迅速地测量出一座钢桥上每个有疲劳倾向的 部位、破损及危险的部位,或者探测出桥梁在车载和风载作用下的工作 状况。
评价方法与上部结构类似。水面或地面以下基础状况的诊断,对于明显 的病害,一般只能通过观测墩台的沉降、倾斜、位移和裂缝等变形状况 来分析判断。对已建桥梁结构基础沉降观测,有的采用激光系统和连通 管水平测量装置。在基础不均匀沉降引起的倾斜测量中,采用水准式、 摆式倾斜仪,以及各种电测的测斜仪。在法国,将侧向超声波测位仪安装 在船上曳引,检测桥梁结构物的浸水部分,能获得水下结构的双向图像。 用来检查桥墩、板桩、基础冲刷、填石和石笼的范围与位移状况,以及 绘制河床或海底图。美国的马萨诸塞洲,采用贯入地面雷达检测桥台的 外形及其稳定性,检测结果用图形显示。