橋梁索力檢測方法視頻

① 斜拉橋檢測技術的探討

關鍵詞：斜拉橋檢測技術結構安全
1 概述
我國交通運輸事業的飛速發展，為道路和橋梁的建設提供了良好的機遇，建成了不同結構形式的大跨徑懸索橋、斜拉橋、拱橋、連續剛構橋等等，目前在役橋梁的總數已達80萬座以上，標志著我國橋梁技術已進入世界先進行列。然而橋梁所處環境是比較惡劣，受到許多人為的、天然災害的影響，以及橋梁管理的不足、人力和物力的有限，使橋梁老化、損傷情況較為嚴重。為了適應交通的需求，充分利用現有的橋梁，能安全地為社會服務，就需要對橋梁、特別是對年久失修的橋梁進行評估，了解橋梁工作狀況，並預測其承載能力。
這包括對橋梁的質量檢測、結構檢算，必要時再進行荷載試驗，總稱為橋梁檢測與評估，目的是了解橋梁存在的各種病害，取得關鍵部位的受力的應力（應變）、變形、位移或沉培卜降等重要數據，經過計算分析與研究確定病害的原因，橋梁結構實際承載能力以及剩餘壽命，為橋梁養護提供依據。通常對橋梁結構檢測項目包括：橋面系的檢測、鋼筋混凝土與預應力混凝土梁或鋼梁的檢測、圬工和鋼筋混凝土拱及拱上建築的檢測、橋梁支座的檢測、橋梁下部結構的檢測、橋梁水文及調治結構的檢測、結構裂縫的檢測等等。橋梁結構檢算是根據橋梁結構的相關規范，設計依據或竣工資料，也可以根據檢測結果對橋梁結構主要控制截面、結構薄弱部位進行檢算，來評定橋梁結構承載能力及其適用條件。橋梁荷載試驗是對橋梁結構進行直接載入測試的一項科學試驗工作，是基於橋梁檢測和結構計算結論，通過對橋梁進行直接荷載試驗，以獲取實測資料，分析評定橋梁承載能力。
2 斜索索力的檢測
斜拉橋的結構主要由三大部分組成，斜索通過索搭將斜拉橋樑上的恆載和活載傳到墩或台的基礎上。斜索檢測包括索力的檢測、錨固區的檢測、索塔塔頂位移的檢測、主梁標高的測量、典型部位日變化跟蹤觀測等等。斜索索力的檢測是這類包含柔性構件結構檢測的特點之一，通過准確地測取索配鎮穗力，可以充分掌握全橋結構的受力狀態。斜拉橋成橋後索力的檢測方法有：頻率法、磁通量法和光纖光柵法。光纖光柵法所用的感測器是在光纖的纖芯范圍，採用紫外光對光纖側面進行曝光或其它方法寫入，使該段范圍內的折射率沿光纖軸線發生周期性變化，再通過周期性變化柵格的反射波長的移動，來感應外界物理量的變化，這種測量技術的特點是尺寸小、線性度高且重復性好、抗電磁干擾和抗腐蝕能力強、絕對測量和響應速度都很快等優點。是結構健康監測的理想的，一種有較高的精度的技術。不過目前這種方法並未大范圍推廣應用，普及率，從而價格太高。
磁通量法是一種測定索力、監測斜索銹蝕程度的非破壞性方法。這種方法的使用是預先將作為感測器的磁通環套在斜索上，通過測定磁通量變化，根據索力與磁通量之間的關系來推算索力。磁通量法所用的感測器材料是電磁是，由兩層線圈組成，因此不會影響索的任何力學和物理特性，除了溫度之外幾乎不受其他干擾因素影響，相對別的檢測方法精度較高。缺點是對於沒有預埋感測器的斜索測量是不能應用的。此外感測器和測試儀器價格很高，一般大跨度斜拉橋的斜索都有上百根，甚至好幾百根，若每根索都安裝磁通量感測器，成本太大。目前有一種新型的磁通量感測器，是由兩個半環合成，檢測索力時可以隨時隨地扣在斜索的外面進行，這就可以大減小檢測工作的成本。但半環合成磁通量感測器靈敏度非常低，而且很不穩定，尚處於研製階段，沒有實際工程價值。
頻率法檢測索力是在人工或環境激勵下，利用加速度感測器拾取斜索的隨機振動信號，即時域圖；再通過FFT將時域圖轉化為斜索的頻譜圖，確定斜索的各階自振頻率；根據索力與自振頻率之間的對應關繫到實測的索力。頻率法測量索力是一種間接方法，其精度取決於高靈敏度拾振技術以及准確的索力與頻率關系。檢測時將加速度感測器簡單地固定在斜索上，能同時進行單根或多根索力的檢測。因為不需要預埋感測器，不僅適用於施工中的橋梁，也適用於成橋檢測和長期監測，尤其是事先沒旅運有預埋其它感測器的舊橋的檢測，幾乎是唯一的選擇。不用預埋加速度感測器，可重復使用，成本較低，精度也較好的，因此是當今使用最為廣泛的索力檢測手段。 利用振動頻率法求索力，可以確保斜索的安全。因為斜拉橋實際的索力只是斜索極限強度的40%左右，只要斜索不發生銹蝕，錨固區不出現松動、損傷等現象，斜索一般是不會發生問題的。但若要充分了解斜索的工作狀態，還遠遠不夠。已有的研究工作指出，斜索的剛度、垂度、仰角以及風力、雨雪等因素對自振頻率都有影響，要正確地掌握斜索的索力，還應考慮消除這些因素的影響。
3 索塔塔頂位移的檢測
斜拉橋所受的交通荷載、主梁自重及置於橋面各種設施的重量，都是通過斜索傳遞給索塔的來承擔的。斜拉橋的索塔除了根部與地基剛性固結之外，再無其他約束。索塔的自重的所有的斜索索力則是索塔的荷載。索力的作用是沿索的軸線方向，其水平分力則是使索塔產生水平位移。通常索塔的平衡是利用塔軸線對稱的兩側索力來維持。由於建築材料的不均勻、施工過程中的誤差等因素，很難保證索塔兩側索力的完全對稱，從而造成索塔的偏移。於是索塔塔頂的定位則是確保索塔是否出現了偏移的重要措施。特別是考慮到索塔的長細比，盡管索塔具有一定的剛度，但仍然是一個細桿構件。根據結構分析，索塔可以看作是一懸臂構件，塔的位移是最顯著的。
斜索索力的變化對索塔水平位移的影響不能小覷。另外，不論是鋼塔還是混凝土塔，受溫度的影響都是比較大的。國內大部分的氣溫在冬夏之差、晝夜之差，白天的陰陽面之差，都會對索塔產生溫度效應。再進一步考慮到風和雨雪的影響，索塔塔頂實際上在不停地擺動。應用目前已有的測量儀器，如全站儀、GPS等設備，對索塔塔頂位移的檢測是完全沒有問題的。但是只有設法消除這些綜合因素，測出的塔位移才是索塔的真實受力狀態。
已有的研究表明，在實際檢測中可以通過典型時段，對塔頂進行連續的跟蹤的測量，同時監測溫度、風力和風向等環境資料，有條件的話最好還能進行相應斜索的索力檢測，然後歸納出塔頂位移和這些因素之間的關系式，最終給出索塔塔頂位移真實的檢測值。
4 結構營運期間的模擬計算
橋梁結構模擬技術的應用日臻廣泛，已在橋梁工程中的設計、施工監控和檢測中必不可少的重要環節。斜拉橋的模擬計算是在於建立一個能夠全面、正確反映橋梁結構真實性態的完整的有限元模擬模型，根據斜拉橋的結構特點和力學特性，進行計算分析，以代替一部分實際的工作，減輕一部分實際工程的工作量。
斜拉橋模擬模型建立的過程中，計算模式和計算理論的選擇應該能夠准確模擬承載構件的空間位置、尺寸、材料特性以及連接形式和荷載作用等因素。然後進行大規模的全橋結構效應分析計算，得到相對詳盡、精確和可靠的分析結果。在建模過程中單元的合理選取和劃分、邊界條件的正確模擬都是如實反應橋梁實際狀態的要點。基於有限元模擬模型的結構理論計算結構和斜拉橋實際檢測結果的對比分析，可以相互驗證，找出存在的錯誤，為今後修正更准確地建模提供依據，為以後的檢測工作提供指導作用，以達到替代一部分的斜拉橋檢測工作的目的。
結構營運期間的斜拉橋模擬計算，除了考慮正確建模之外，還應兼顧斜拉橋的動態因素。在斜拉橋正常使用中，由於荷載與環境因素的作用，主梁標高、索塔位置都不是確定不動的，因此在模擬計算時，有限元分析的各單元結點的坐標應根據實際工作狀態而有所調整。另外隨著時間的流逝，材料也會逐步老化、損傷，分析時也應考慮到材料性能的衰退。諸如此類的原因要求模擬計算必須與實際檢測結合起來，才能真正准確地反映斜拉橋的受力狀態。
表1是某斜拉橋在1997年到2002年5次標高測量的結果。按照動態建模的思路，在這五個時間段計算的有限元數據中，這17結點的坐標應該按實際檢測的值代入，才是橋梁真實的結構尺寸。
除此之外，在建模過程中應考慮的動態參數還有索塔（特別是塔頂的坐標），索力等等。只有綜合了這些因素，才能確保模擬分析得出的結論有實際有意義。
5 研究展望
通過對斜拉橋實際受力狀態的檢測，可以為橋梁使用的安全可靠及維修加固提供科學的依據和積累、必要的技術資料。另外通過建立斜拉橋的健康檔案資料庫，也能為進一步完善、發展橋梁結構的設計計算理論。
隨著科學技術的發展，各種橋梁的設計、施工以及建築材料的性能都在不斷提高，但安全仍然是一個不容忽視問題。例如斜索的壽命是斜拉橋安全的關鍵之一。人們最關心是斜索如何防腐，以及錨固區的結構損傷和抗疲勞性能。近年來斜索防腐措施雖有不斷改進，錨固區結構的設計與施工方法也在提高，但橋梁結構畢竟還是要長期經歷風雨。所以說只有通過索力檢測來了解斜索的安全，還是最為可靠。同樣對於全結構的檢測，仍是將來保證橋梁安全的重要措施。
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② 什麼是橋梁動、靜載試驗怎麼做

一、橋梁動、靜載試驗：

1、橋梁動載試驗：試驗荷載以不同速度通過試驗橋梁進行動應變、動位移、豎向與橫向振動的測定，以了解結構的動力系數、振動特徵（振幅、頻率、模態振型、阻尼比）等，據以判斷結構在動載作用下的工作狀態。

2、橋梁靜載試驗：試驗荷載停於預定載入位置對結構進行靜應變、靜位移等測定，以了解結構截面的應力分布、桁梁桿件的實際內力、混凝土梁的中性軸位置、梁跨中點的撓度、活動支座的水平位移等，據以判斷結構在靜載作用下的工作狀態。

二、橋梁動、靜載試驗流程如下：

1、橋梁動載試驗流程：

（1）行車試驗：一列滿載的兩動兩拖的動車組以一定速度勻速通過被測橋梁，測試梁體主要部位的動應力、動位移、動轉角、振動以及橋梁墩台的橫向振動位移、豎向振動位移。行車速度分別為：5 km/h、10km/h、20km/h、40km/h、60km/h、80km/h、100km/h。

（2）制動試驗：兩列兩動兩拖的動車組首尾聯掛，以一定速度(取30km/h或40km/h)勻速通過被測橋梁，當行至樑上適當位置時突然剎車，測試梁體跨中截面豎向、橫向振動位移、扭轉振動，橋梁固定支座所在橋墩(制動墩)的縱向(和橫向)振動位移和活動支座的縱向振動位移。

在實際的制動試驗中，除了進行40 km/h六級制動外，還嘗試了70 km/h七級制動，由於正處在調試階段，不具備緊急制動的條件，所以沒有進行緊急制動試驗。

（3）自振特性試驗（脈動試驗）：利用大地脈動，測試橋梁的自由振動特性，包括自振頻率、振型、阻尼等參數。

2、橋梁靜載試驗流程：

（1）結構的豎向撓度、側向撓度和扭轉變形。每個跨度內至少有三個測點，並取得最大的撓度及變形值，同時觀測支座下沉值。

（2）記錄控制截面的應力分布，並取得最大值和偏載特性。沿截面高度不少於5個測點，包括上、下緣和截面突變處。有些結構需測試支點及其附近、橫隔板附近的剪應力和主拉應力，此時需將應變計布成應變花。

（3）支座的伸縮、轉角、沉降、墩頂位移及轉角。

（4）仔細觀察是否已出現裂縫及出現初始裂縫時所加的荷載，標明裂縫出現的位置、方向、長度、寬度及卸載後閉合的情況。如果結構的控制截面變形，應力或裂縫擴展，在尚未加到預計最大試驗荷載前，已提前達到或超過設計標準的允許值，應立即停止載入，同時注意觀察裂縫擴展情況，撤離儀器和人員。

（5）卸載後的殘余變形。對於特殊結構而言，如懸索橋和斜拉橋，尚需觀察索力和塔的變位並進行支座的測定。

（6）為了滿足鑒定橋梁承載力的要求，荷載工況選擇應反映橋梁設計的最不利受力狀態，簡單結構可選1～2個工況，復雜結構可適當多選幾個工況，但不宜過多。進行各荷載工況布置時可參照截面內力（或變形）影響線進行。

(2)橋梁索力檢測方法視頻擴展閱讀：

1、橋梁動載試驗的目的：

（1）測定動荷載的動力特性，即引起結構產生振動的作用力的數值、方向、頻率和作用規律等；

（2）測定結構的動力特性，如結構的自振頻率，阻尼特性及固有振型等；

（3）N定結構在動荷載作用下的強迫振動的響應，如振幅、動應力、沖擊系數及疲勞性能等。

2、橋梁靜載試驗的目的：

靜載試驗是了解結構特性的重要手段．不僅用它來直接解決結構的靜力問題，就是在進行結構動力試驗時，一般也要先進行靜載試驗，以測定結構有關的特性參數。它的最大優點是載入設備相對來說比較簡單，荷載可以逐步施加，還可以隨時停止仔細觀察結構變形的發展，給人們以最明確和清晰的概念。

橋梁結構的靜載試驗按照不同的試驗目的和條件．又可分為破壞性試驗和非破壞性試驗。本次靜載模型試驗屬於非破壞性整體試驗．目的在於檢驗智能預應力系統的可行性。

③ 闡述道路橋梁檢測技術

隨著我國公路、市政橋梁檢測事業的蓬勃發展,公路橋梁檢測的任務也日益繁重。孫吵很多路橋已經長期服役，而且隨著時間的推移，出現老化、人為損壞、承載力下降，甚至成為危路、危橋，影響了交通運輸的暢通，阻礙經濟的平穩發展，對人民生命財產安全造成威脅。所以對道橋的檢測和維護是必不可少的。傳統的檢查方法在一定程度上已經不太適應日新月異的技術發展，新材料、新工藝、新結構形式的採用也越來越多。為了保證橋梁結構的安全使用，橋梁結構的檢測工作也日益突顯出它的必要性和重要性。
1、道路橋梁安全檢測的必要性分析
在道路橋梁建設項目中，由於工程材料本身的不足．以及在工程的結構設計、項目施工中出現一些失誤在所難免，道路橋梁竣工後的質量鑒定成為業主關注的重要問題。另外，一些多年前建成運營的道路橋梁工程，在負荷若干年後也需要對其安全性進行檢測。道路橋梁施工質量的不合格和運營後檢測預警的不及時，一方面增加了道路橋梁日後的維修保養成本，讓國家和地方政府背上沉重的財政負擔：另一方面極容易發生橋毀人亡的慘劇。近年不斷出現的大橋垮塌事故就是運營後檢測預警不及時最好的例證。因此，加強道路橋梁的安全檢測工作具有重要的現實意義。
2、道路橋梁安全檢測的主要內容
道路橋梁項目完工後的安全檢測內容包括：幾何形態檢測、索力檢測(懸索和斜拉索援)、結構截面的應力檢測、預應力檢測、溫度檢測、環境檢測、下部續構檢測、動態特性檢測等。已經投入運營的道橋結構的安全檢測則一般通過以下兩種方法進行：一是建立自動化系統進行實時監測：二是建立定期檢測機制，進行制度化、規范化的檢測。通過對兩種方式的比較可以發現，雖然實時監測比定期檢測機制具有很多優勢，這也是如今國際上橋梁安全監測研究的熱點但實時監測在應用上也存在許多劣勢，如監測系統不但復雜，而且投資投資還很大。並且至今損傷診斷和安全評估仍然不能實現智能化。所以，定期檢測機制的加強和完善現實意義應該更強。相關管理機構在具體實施時可以在以下方面進行加強，包括檢測制度的完善、高素質人才的培養和引進、先進的檢測手段和信息分析方法的應用等方面。
3、目前道路橋梁檢測技術應用
3.1道路檢測技術
一般而言，道路分為結構化和非結構化兩種類型。路面檢測的項目主要包括車道、路線、交通、流量、故障檢測和自檢測等，這是路面管理系統中數據採集的重要組成部分。
目前，國內採用的道路檢測方法是傳統半自動化方式，主要有如下兩種：一是路面彎沉檢測新技術。路面彎沉主要指，路面表面輪隙位置在規定的標准軸載作用下所產生的總垂直變形或垂直回彈變形值。檢測儀器有自動彎沉測定儀法、激光彎沉測定儀法等。二是路面平整度。路面平整度是指路面表面誘使行使車輛出現振動的高程變化，用於進行路面平整度檢測的設備也為兩種，一是斷面類，另一種是反應類。檢測方法主要有探達法、攝像測量法。其中攝像測量法具有成本低和技術先進的優勢，在今後一段時間內或將成為路面損壞檢測的主要手段。
3.2橋梁檢測技術
目前，橋梁檢測的項日主要有承載力檢測和表觀檢測兩種。橋梁傳統的檢測方法為電檢測法，電檢測的原理主要是通過蔽圓將電阻應變片粘在橋梁某個部位的外面對其應變進行測量。它主要依靠動靜載試驗和檢測人員的現場目測，並輔助使用腐蝕作用實驗、混凝土硬度實驗以及超聲波探測等方法。現在，無損檢測技術的研究也比較成熟。
4、道路橋梁檢測技術的新趨勢
目前，道路橋梁檢測新技術的發展方向主要是光纖感測檢測技術、超聲波檢測技術以及探達檢測技術三方面，側重於高新技術的應用。
4.1光纖應變檢測技術
利用對某些特定物理量敏感的特性，光纖可以將外界物理量轉換成能夠直接測量的光信號。橋梁檢測中採用這種技術，可測量和監測橋梁鋼索的索力及預應力連續混凝土梁內部應力、應變特性，構成所謂的光纖智能橋梁。與傳統的感測器相比，光纖應變感測器具有不受環境限制，絕緣耐高壓耐腐蝕，即使在易燃易爆的環境中也可以正常運行。同時它還具有重量輕，體積小，精度高、實用性強任意形狀等優點。
4.2超聲波檢測技術
超聲波檢測技術的原理主要是瞬間應力波宏凱塌，即通過採用一種短促的機械撞擊橋梁使其產生低頻應力波，該波傳導至橋梁的結構內部，由於橋梁的斷裂面、沖擊面及其它面間的波瞬間會產生共振．相應共振的波信號(時間和頻率曲線)可以進一步提供有關空隙位置的信息。據此工程人員可以測定出橋梁結構的完整性或者裂縫的位置。因此，超聲波可以被用來對橋梁進行綜合檢測和維修，包括橋梁、橋板以及樁橋等部位。但對於管道相交或相鄰或管道中有蜂窩體、水或部分空氣或採用別的材料的管道。以及道路路基密實性等方面，還有不足之處，有待進一步研究。
4.3探達檢測技術
探達主要是將高頻電磁脈沖波(10~¬-1000MHz或更高)由發射天線以寬頻帶短脈沖形式送入地下。在地下傳播的過程中．該脈沖將會遇到不同電性介質的交界面，部分能量將會被反射至地面被天線接收。工程人員通過反射波到達地面的時間t和反射波的波幅來反映地下介質的的特點。探達能精確測定缺陷區的大小、形狀和深度，具有速度快、操作方便，不受周圍環境影響，可以在大范圍內應用檢測等優勢。探達主要是對道路基層密實性、道路路面厚度、基層厚度及含水及擋土牆病害的檢測等，還可運用於道路材質、濕度、裂縫、橋粱結構等檢測。但是該技術對儀器要求分析檢測人員必須具有大量實測數據的豐富工程實踐。
5、結束語
橋梁檢測是一個多學科交叉的系統工作，需要各個環節都做好才 能達到一個最優的效果。為了保證橋梁的安全運營，必須經常對橋梁結構進行檢測，橋梁結構檢測已成為橋梁結構安全養護和保障正常使用的主要技術手段。同時,學科交叉的現象日益普遍，特別是將一些高新技術的最新研究成果應用於橋梁無損檢測技術的研究，必將推動該技術的飛速發展。


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