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桥梁预应力体系检测技术综合解决方案


桥梁钢混结构内部脱空及缺陷检测方案


(1)钢混结构病害现状

钢混结构是型钢和混凝土组成的复合受力结构,包括外围钢框架或型钢混凝土、钢管混凝土框架与钢筋混凝土核心筒所组成的框架-核心筒结构,以及由外围钢框筒或型钢混凝土、钢管混凝土框筒与钢筋混凝土核心筒所组成的筒中筒结构。

在施工过程中,若存在钢结构与混凝土接触面贴合不密实或钢结构内部混凝土浇筑存在缺陷,会对结构使用寿命、安全等问题造成影响。

(2)现有测试方案难点及新的解决方法

敲击法(难点:敲击法完全依靠检测人员的经验去判断,难免有误差);超声波法(超声波法是目前研究成果最多的一种检测方法,但仍然缺乏专门的操作规范或规程,检测结果还要依赖检测人员经验判读,主观性太强。);钻孔法(钻孔法可以准确测量脱空深度,但该方法为有损检测,因而无法大规模应用,只能用做上述检测方法的补充)。

以上几种方法都存在一定的局限性,现场实际检测中存在或多或少的问题。因此冲击弹性波法是目前较为有效可行的方法。(通过冲击使得结构表面产生振动;结构脱空与否,结构振动信号的相位、幅度、频率等特征信息会发生变化,根据这一系列特征判断钢结构与混凝土接触表面是否存在脱空;采用对测的方式,通过对混凝土内弹性波波速及波幅的计算分析钢管混凝土的内部缺陷)。

(3)检测依据

1、《大坝混凝土声波检测技术规程》(DL 52910-2013);

2、《水工混凝土结构缺陷检测技术规程》(SL713-2015);

3、《公路桥梁技术状况评定标准》(JTGT H21-2011);

4、《公路工程质量检测评定标准》(JTG F8011-2017)。

(4)测试原理

1、信号特征法

通过冲击使得结构表面产生振动;结构脱空与否,结构振动信号的相位、幅度、频率等特征信息会发生变化,根据这一系列特征判断钢结构与混凝土接触表面是否存在脱空。



图1-4-1 钢管或钢板混凝土缺陷模型及测试原理


2、走时成像信号振幅综合迭代

该方法以冲击弹性波作为媒介,以波速和信号幅值作为计算依据,通过交叉测线对被检对象进行全方位扫描,通过对采集数据的反演、重建,得到真实反映结构内部情况分布图像,达到检测结构物内部质量的目的。


图1-4-2 走时成像测试原理


(5)功能参数

设备名称:钢混结构质量综合检测系统LT-CSMT

设备关键技术指标:

1、 分析方法:振动法、冲击信号特征法、走时成像信号振幅综合迭代;

2、 程序模式:波速层析成像、能量层析成像、综合成像;

3、 可接收信号通道数:独立2通道,最大可扩展至256通道;

4、 采样频率:不小于1000KHz;

5、 采样精度: 综合性能不低于24位;

6、 动态范围:不小于60dB;

7、 测试范围: 0.5m至200m;

8、 可适用于管廊、沉箱、钢管混凝土拱桥、钢管混凝土柱梁、钢管束混凝土结构、装配式钢结构、压力钢管等结构的混凝土脱空检测及内部缺陷检测。


(6)工程案例

案例二:钢管脱空测试案例

应某检测单位邀请,对运营过程中钢拱桥钢管脱空进行测试。经过对结构的综合调查和了解,结合现场结构受力情况,经过研究确定,使用振动分析法对钢管混凝土脱空进行检测。


图1-4-7钢拱桥全貌


当锤击混凝土结构表面时,在表面会诱发振动。该振动还会压缩/拉伸空气形成声波。因此,一方面可以用传感器直接拾取结构表面的振动信号(在此称为“诱导振动法”)。

通常,在产生剥离的部位,振动特性会发生以下变化:

① 弯曲刚度显著降低,卓越周期增长;

② 弹性波能量的逸散变缓,振动的持续时间变长。

当结构产生脱空时,上述指标(卓越周期、持续时间)均有增大的趋势。

本次检测激振锤采用28号锤(直径28mm),测线间距0.2m,测点间距为0.2m,每点敲击1次。


图1-4-8 现场测试场景


图1-4-9 检测结果云图


通过对现场测试数据进行分析,结果显示测试区域全部脱空。施工单位为验证结果准确性,对脱空区域开孔进行验证,验证结果显示该区域完全脱空。



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