超声回弹综合法在混凝土桥梁结构检测中的应用.pdf
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1、总653期2023年第23期(8月 中)收稿日期:2023-01-11作者简介:朱振江(1987),男,工程师,从事桥隧工程检测工作。超声回弹综合法在混凝土桥梁结构检测中的应用朱振江,黄礼和(江西省天驰高速科技发展有限公司,江西 南昌 330010)摘要:以某公路钢筋混凝土现浇箱梁拱桥为例,为确定桥梁混凝土结构强度及承载力,并为桥梁加固处治提供依据,制定了超声回弹综合法检测方案,并对回弹值、声速值及抗压强度值展开测量;根据测量结果,对回弹值测强曲线、声速值测强曲线、超声回弹综合测强曲线进行了拟合分析。结果表明,超声回弹综合无损检测技术过程简便,与其他检测技术联合使用后可得到较为精确的测试结果,
2、可为病害混凝土桥梁结构加固处治提供依据。关键词:混凝土结构;无损检测;超声回弹;抗压强度中图分类号:U446文献标识码:B0 引言当前,建设年代较早的公路桥梁结构在运行过程中先后出现各类病害,为准确确定病害类型、严重程度及所在位置,必须展开检测与测量。超声波脉冲法和回弹仪法作为无损检测技术,在混凝土桥梁结构强度检测方面的应用日益广泛,两种方法结合使用后便形成超声回弹综合法。在应用超声回弹综合法评估混凝土结构抗压强度时,必须基于回弹值、声速值、抗压强度等的相关关系构建数据处理、评价模型。本文依托某病害钢筋混凝土现浇箱梁拱桥实例,在已经建立的回弹法和超声法测强曲线的基础上推求综合测强曲线评价模型,
3、并对超声回弹综合法的应用过程和结果展开详述,可为同类施工提供参考。1 工程概况某公路桥梁主体采用钢筋混凝土现浇箱梁拱桥结构,跨径为820 m+200 m+420 m,桥宽15.5 m,主孔按照箱室等截面悬链线性五铰拱设计。桥梁于2003年建成运营,在2020年竖向挠度常规检测中发现,主拱支架处木支撑结构存在一定程度的倾斜和偏离,腹板、支架及拱架等结构处均出现裂缝,桥梁结构运行安全受到威胁。为此,管理单位决定对该桥梁展开超声回弹无损检测,为加固养护提供可靠依据。2 测试方案超声回弹检测的目的在于测定混凝土结构表面抗压强度,在此基础上进行桥梁结构承载性能的判定。在检测混凝土结构强度的过程中,用超声
4、回弹仪重锤撞击待测混凝土表面,测定出混凝土结构强度参数(即为回弹值)后,根据重锤回弹后的运动距离展开混凝土强度计算。以上检测完成后,构建混凝土结构强度与回弹值的函数关系,并根据结构抗压强度取值,对混凝土桥梁结构稳定性做出判定1。2.1 试验仪器及测点布置根据本次桥梁检测需要,病害桥梁检测时,主要使用某公司研发的ZBL-U5200型指针直读式混凝土非金属超声检测仪以及中回牌 ZC3-A 型回弹仪。ZBL-U5200 型超声仪穿透力较强,所产生的冲击能量为2.25 Nm,测量环境温度在1830,可测量的面积范围为0.04 m2;测点间隔距离为3.0 cm,测量范围与结构边缘及施工缝等的距离应控制在
5、0.20.5 m。如果空气中存在二氧化碳,与水发生反应后会直接与混凝土材料中的Ca(OH)2接触,生成碳酸钙,致使混凝土结构碱性降低,出现碳化。通过对该钢筋混凝土现浇箱梁拱桥结构性能的分析,其碳化速度相对较慢,试验所选取的混凝土试块碳化深度也较小,故忽略混凝土结构碳化反应对超声回弹检测结果的不利影响。在水平弹击过程中,弹击锤脱钩瞬间回弹仪标准能量达到2.207 J,对于硬度较高的混凝土结构,必须顶住回弹仪后盖并施加压力,使弹击杆直接压入回弹仪外壳,并按操作规程移动重锤;重锤脱钩后因受到特定弹力的作用随即弹出,击打弹击杆,弹击杆直接弹击至混凝土结构表面。按照以上原理,重锤在持续的弹性势能的作用下
6、回弹并带动指针划片持续在电阻杆上划线,伴随着压力的不断减小,重锤最终回归至初始位置。174交通世界TRANSPOWORLD在该混凝土桥梁中选择近似长方体的结构展开试验。试验前必须将待测侧面和承压面尘土及污染物彻底擦除,在检测面上标出超声仪和回弹仪测点,超声测点每面布置 3个,共 6个;回弹测点每面布置 8个,共16个。2.2 回弹值测量采用超声回弹综合法测量试件回弹值时,应将试件放置于承压板下方,按照最大承载力的30%40%加载压力机械固定试件,避免测量期间因试件振动幅度过大而导致测值失准。试验开始后分别在试件对应侧面各弹击8次,测得16个回弹值,将其中3个最小值和3个最大值剔除后,以剩余10
7、个测值的平均值为该试件回弹值R,具体计算公式如下:R=110i=110Ri(1)式(1)中:R为待测试件回弹值,单位MPa;Ri为第i个测试点的回弹值,单位MPa;i为回弹值测点数。2.3 声速值测量采用超声法检测混凝土试件声速值时,必须先在试件外侧均匀涂抹黄油,由检测人员手持接收器两端同步缓慢靠近试件测点,最终将接收器两端贴附于测点处。以上过程中,必须确保接收器两端始终位于同一水平线。用各试件3个测点声时值的平均值除以测试距离,便可得出声速值v,具体计算公式如下:v=l(t1+t2+t3)/3(2)式(2)中:v为混凝土试件声速值,单位km/s;l为混凝土试件两个测试面间的距离,单位mm,取
8、150 mm;t1、t2、t3为3个测点对应的声时值,单位s。2.4 抗压强度测量在测得混凝土试件的回弹值和声速值后,将混凝土承压板调整至压力机承压板的中间位置,启动压力机使承压板降至混凝土试件表面,按照普通混凝土力学性能试验方法标准(GB/T 500812002)的相关要求展开加载。对于强度等级在C30以下的混凝土试件应采用0.30.5 MPa/s的加载速率,而对于强度等级超出C30的混凝土试件则采用0.50.8 MPa/s的加载速率。试验过程中记录试件破坏时的荷载变化情况,并据此计算抗压强度。公式如下:fcc=F/A(3)式(3)中:fcc为混凝土试件抗压强度,单位 MPa;F为试件加载至
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