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桥梁检测理论和试验研究

2013-11-04 11:13 字体:   打印 收藏 
随着我国经济的不断增长,交通运输业日益发展,公路交通在国民经济中的作用和地位举足轻重。公路桥梁作为公路交通的重要组成部分,桥梁的检测与维护直接关系到公路的正常营运和汽车安全、快速的行驶,甚至和国民经济的发展息息相关。我们不得不面临的现状是:公路交通量不断增加与公路桥梁负荷日趋加重的矛盾,拖挂运输和集装箱运输及超载现象与桥梁承载力不足的矛盾,旧桥老化、破损或荷载标准与现代交通运输任务更加繁重的矛盾。
由于历史和资金的原因,我国还有相当数量20世纪60-70年代甚至更早时期修建的桥梁,仍然在担负着繁重的交通运输任务。1988年,全国共有桥梁124000座,截至2010年底,公路网中的服役桥梁总数已达到65.8千座、3千余万延米。从桥梁材料组成上看,我国公路桥梁85%的是配筋混凝土桥梁,圬工桥梁仅占13%,钢桥和其他材料桥梁约占2%;从桥梁结构形式上看,74%的桥梁为梁式结构,拱桥结构约占17%,斜拉、悬索桥占不到1%;从桥梁使用年限上看,我国公路桥梁的绝大多数为永久性桥梁,但仍有2.5%的半永久性和临时性桥梁;在永久性桥梁中,特大桥占 0.3%,大桥占 7.5%,中小跨径桥梁数量占到了92.2%,也就是说,中小跨径桥梁成为我国公路桥梁的主体;从国省县道上31.7万座桥梁的建设年代来看,桥龄超过20年的约占1/4,其中:桥龄超过 30年的约占 15%。”任何一座桥梁都有生命周期,在加速全国高速公路网建设的同时,必须采用适当的检测技术或模型,对公路桥梁的承载力作出正确的判断,并以此为依据采取相应补救措施。建国以来,我国公路桥梁设计规范历经3次修订,桥梁设计荷载标准5次调整,公路荷载标准逐次递增。“这客观上导致了我国公路路网中桥梁的设计荷载标准存在着较大差异,尤其是上世纪80年代之前修建的桥梁,设计荷载标准明显偏低,已难以适应目前的交通需求。”近些年,我国持续加大了对危旧桥的改造工作力度,“十五”期间交通运输部投入87.4亿元、“十一五”期间又投入189.5亿专项资金,改造危桥16875座/124.9万延米。虽然与世界发达国家相比,我国现行桥梁设计荷载标准处于适中水平,但随着公路交通运输事业的快速发展,公路交通量急速增长,货运车辆大型化、重型化趋势明显,干线公路六轴货车的混入率已高达28.9%,桥梁设计荷载标准又面临新的挑战。
1.2我国桥梁存在的主要问题
我国公路桥梁存在的主要问题可归结为:大量的半永久性和临时性桥梁,承载能力低、抗灾能力差,安全隐患突出,急需永久化改造;80年代以前修建的桥梁,技术状况总体偏差,需要进行维修加固或改造;早期修建的低配筋率桥梁,如:双曲拱、桁架拱、刚架拱、二铰板拱、少筋微弯板组合桥等,对现行交通荷载的适应性差,需要进行系统的技术改造;部分中承式拱、系杆拱桥、带挂孔悬臂梁桥、T形刚构等,由于结构构造上存在先天不足,安全隐患突出,易造成突发安全事故;预制拼装式中小跨径配筋混凝土桥梁(空心板、T梁等),横向连接可靠性差,易造成单板(梁)受力,甚至发生断板(梁)事故;大跨预应力混凝土箱梁桥,普遍存在梁体开裂、下挠等病害;我国地域辽阔,环境气候条件复杂,桥梁耐久性问题突出;基础冲刷加大,水毁问题严重;由于交通量增大、超载运输、对疲劳问题认知不足等原因,桥梁疲劳损伤日渐显现。
1.3桥梁检测内容、目的及意义
桥梁检测是进行桥梁养护、维护和加固的前期工作,是决定维修和加固方案可行性和正确与否的可靠基础,通过桥梁的技术状况、缺陷和损伤进行全面、细致、深入地现场检查,查明缺陷或潜在的和损伤的性质、所在的部位、严重程度及发展趋势,弄清产生缺陷、发生损伤的原因,以便能分析、评价缺陷和损伤对桥梁质量及承载能力产生的影响,并为桥梁加固和改造设计提供具体技术资料。通过对既有桥梁实际承载能力的检测评定,为既有桥梁使用的安全可靠及维修加固提供必要的依据和积累必要的技术资料,建立桥梁数据库检验桥梁结构的质量,确定工程的可靠度,推动和发展既有桥梁评定及新结构的设计计算理论。
桥梁检测评估与加固的目的和意义如下(1)桥梁由于营运使用多年,主要部位出现缺陷,如裂缝、错位、沉降等,通过检查确定桥梁各部位损坏的程度及实际承载能力。(2)原来按旧标准规定的荷载等级设计的桥梁,由于交通量的不断增加、车辆载重的不断加大,对桥梁通过能力和承载能力的要求也越高,通过检测评价,可确定原有桥梁的荷载等级,从而决定是否需要通过加固来极高其荷载等级。(3)随着我国现代化工业建设的发展,特大型工业设备、集装箱运输逐渐频繁,超重车辆过桥的情况时有发生,通过检测评估可确定超重车辆是否能安全通过,并为临时加固提供技术资料。(4)桥梁遭受特大灾害时,如发生泥石流、地震、洪水等而受到严重损坏,或在建造、使用过程中发生严重缺陷等(如质量事故、过度变形和意外撞击等),通过检测评估可及时反映其承载能力。(5)若既有桥梁资料不全,通过检查,可重新建立和积累技术资料,为加强科学管理和提高桥梁技术水平提供必要条件。(6)系统地收集桥梁技术数据,建立桥梁数据库,应用计算机管理系统更好的维护管理桥梁,指导桥梁养护、加固与维修。(7)对于一些重要的大桥或特大桥,在建成之后,通过检测评估,可评定其设计与施工质量,确定工程可靠度。(8)对采用新型结构的桥梁,通过检测评估,可验证理论的实践性和可靠性,并能进一步发现问题总结经验,以便对结构设计理论和结构形式加以改进,使其日臻完善。(9)对经过维修加固的桥梁进行竣工检测,可检验维修加固的质量,并验证加固方法的合理性和可靠性。(10)了解桥梁实际受力状态,判断结构的安全承载能力和使用条件评价,为进行桥来那个的维修加固提供可靠依据。
1.4本文研究领域综述及思路
1.4.1桥梁检测理论研究
徐立东2011年《桥梁检测理论与应用》,指出桥梁检测评估的重要方法是对桥梁结构进行现场检测试验,通过检测桥梁的强度和桥梁在荷载作用下的静、动反映,再通过对这些反映进一步理论分析和计算,即可确定桥梁结构的动静态参数,从而对桥梁的动力性能和承载能力做出准确评估。通过桥梁的技术状况、缺陷和损伤进行全面、细致、深入地现场检查,查明缺陷或潜在的和损伤的性质、所在的部位、严重程度及发展趋势,弄清产生缺陷、发生损伤的原因,以便能分析、评价缺陷和损伤对桥梁质量及承载能力产生的影响,并为桥梁加固和改造设计提供具体技术资料。
潘理2010年《桥梁检测技术研究》阐述了现行桥梁承载力检测方法,包括病害调查经验评定法、综合分析法、分析计算法、荷载试验法,桥梁检测新技术,基于GPRS 实现桥梁检测远程数据传输、神经网络、数字图像处理技术、光纤应变传感器测试系统。
赵福彬2011年《浅议桥梁检测》现分析了桥梁检测现状,就桥梁检测内容、工作流程、检测方法、检测依据、数据采集以及数据分析等方面进行了详细阐述,桥检数据分析的结论包括三方面:对桥梁结构材料状况的评价结论;对桥梁承载力的评价结论;对桥梁工作状态的预测和建议。
李毅卉、贺子瑛2011年《桥梁检测技术的发展与前景》从桥梁检查和桥梁评价2个方面对桥梁检测技术的现状和发展前景做了综合的阐述,常用的检测方法有以下几种:1)混凝土强度检测技术。2)混凝土缺陷检测技术。3)钢筋位置、保护层厚度及钢筋锈蚀检测。4)钢材焊缝检测。5)索力测试。6)索的腐蚀与断丝检测。7)荷载试验。8)其他特殊部件检测。
陈琪俊2011年《浅析桥梁的检测与维护》阐述了桥梁的全面检测范围包括引道及桥址周边环境;量测全桥的标高和线形;圬工梁拱;钢结构;砖石砌体;墩台及基础;地基,并指出桥梁的维护和加固的重要性。
胡惠莉2011年《混凝土桥梁检测与加固技术的应用》对当前混凝土桥梁结构检测常用方法包括无破损检测法,半破损检测法,半破损与无破损的结合使用法,荷载试验等进行了阐述,并提出常用混凝土桥梁的加固技术方案:加同临界杆件;减轻恒载;加固混混凝土桥梁的主要承重结构构件;改善原混凝粉土桥梁结构的受力体系,利用上述手段来达到提高混凝土桥梁整体承载能力和通行能力的要求。
年刚、李大朋2011年《浅谈桥梁的检测与加固技术》结合我国现有桥梁的状况,介绍了常见的病害检测方法,分析了存在的不足,指出了今后的发展趋势。分析桥梁病害的起因,介绍了几种桥有针对性加固的方法,对有效和合理地解决既有公路桥梁的病害问题具有一定的意义。
马波2011年《桥梁检测技术在南淝河大桥加固项目上的应用》,通过南淝河大桥加固前后的检测参数( 挠度、结构刚度等)的对比,加固后的桥梁性能明显提高,体现桥梁检测技术在老桥维修加固前后效果评定的重要作用和意义。通过对现有老桥和营运性桥梁进行各种科学性的测试和检测,提出合理性的加固和维护的方案,使桥梁在加固和维护后的各项技术性能上有所提高,从而保障桥梁的安全性,使其发挥更长远的作用。
许国泰、刘中宇2011年《河南科技桥梁检测与养护加固研究》对桥梁进行检测和养护、加固能极大地节约桥梁的维修费用,同时避免因频繁大修而关闭桥梁造成重大损失,能最大限度地减小因桥梁事故造成的损失。我国目前对旧桥加固技术的研究主要有有四大类。分别是增大截面加固法、体外预应力加固法、粘贴钢板加固法以及碳纤维加固法。
吴建奇,郑晓,张婷婷2011年《桥梁检测中的静载试验研究铁道建筑》,桥梁检测是保证桥梁安全运营的重要手段。在所有桥梁检测项目中,静载试验能够了解桥梁实际工作状态和承载能力,提供直接可靠的应力应变数据。结合西厂沟桥梁检测的实际案例,着重分析静载试验的设计以及工况设置,为以后桥梁检测中的静载试验提供一些参考。
综上所述,桥梁检测评估的重要方法是对桥梁结构进行现场检测试验,通过检测桥梁的强度和桥梁在荷载作用下的静、动反映,再通过对这些反映进一步理论分析和计算,即可确定桥梁结构的动静态参数,从而对桥梁的动力性能和承载能力做出准确评估。相对于其他的基础设施,公路桥梁的造价高、投资大,社会效应和影响巨大。如何保证新建桥梁工程的勘察与施工质量,在强化施工,管理、质量监督等相关程序的前提下,对那些影响较大、结构新颖、隐蔽工程较多的桥梁进行全桥实桥的检验,是竣工验收时对桥梁工程质量进行评定的最直接和有效的方法和手段。
在桥梁检测中,采用实桥荷载试验来评定旧桥的承载能力和安全度。特别是针对那些缺乏原始设计资料和图纸的旧桥,用荷载试验方法来确定承载力就是切实可行的方法。荷载试验评定是对结构进行直接的加载测试的一项科学试验工作,可直接了解桥梁在试验荷载作用下的实际工作状态及一些理论上难以计算部位的受力状态,判别桥梁结构的安全承载力和使用条件;也可以确定一些理论上无法考虑的因素。此外荷载试验还常常有助于发现隐蔽的病害。完全可以相信,桥梁检测将进一步地推动桥梁建设事业的发展,为确保桥梁安全运营、进行科学养护起到更加重要的作用。
1.4.2本文研究思路
本论文的研究思路按章节划分如下:
第一章简要介绍了我国桥梁发展现状、存在的主要问题和研究现状,同时介绍了本文的主要研究内容。
第二章阐述了桥梁检测涉及的相关理论。
第三章阐述桥梁检测方法。
第四章阐述桥梁检测技术。包括跨引水工程桥工程概况,检查内容和方法。专项检测过程,并提出实时可行的结论。