资讯
 您当前的位置:河北快3 > 技术学术 > 检测·加固 > 正文
斜拉桥检测技术的几点探讨
2018-05-07  中国桥梁网 分享到:
关键词:斜拉桥 检测技术 结构安全 

   1 概述

   我国交通运输事业的飞速发展,为道路和桥梁的建设提供了良好的机遇,建成了不同结构形式的大跨径悬索桥、斜拉桥、拱桥、连续刚构桥等等,目前在役桥梁的总数已达80万座以上,标志着我国桥梁技术已进入世界先进行列。然而桥梁所处环境是比较恶劣,受到许多人为的、天然灾害的影响,以及桥梁管理的不足、人力和物力的有限,使桥梁老化、损伤情况较为严重。为了适应交通的需求,充分利用现有的桥梁,能安全地为社会服务,就需要对桥梁、特别是对年久失修的桥梁进行评估,了解桥梁工作状况,并预测其承载能力。这包括对桥梁的质量检测、结构检算,必要时再进行荷载试验,总称为桥梁检测与评估,目的是了解桥梁存在的各种病害,取得关键部位的受力的应力(应变)、变形、位移或沉降等重要数据,经过计算分析与研究确定病害的原因,桥梁结构实际承载能力以及剩余寿命,为桥梁养护提供依据。通常对桥梁结构检测项目包括:桥面系的检测、钢筋混凝土与预应力混凝土梁或钢梁的检测、圬工和钢筋混凝土拱及拱上建筑的检测、桥梁支座的检测、桥梁下部结构的检测、桥梁水文及调治结构的检测、结构裂缝的检测等等。桥梁结构检算是根据桥梁结构的相关规范,设计依据或竣工资料,也可以根据检测结果对桥梁结构主要控制截面、结构薄弱部位进行检算,来评定桥梁结构承载能力及其适用条件。桥梁荷载试验是对桥梁结构进行直接加载测试的一项科学试验工作,是基于桥梁检测和结构计算结论,通过对桥梁进行直接荷载试验,以获取实测资料,分析评定桥梁承载能力。

   2 斜索索力的检测

   斜拉桥的结构主要由三大部分组成,斜索通过索搭将斜拉桥梁上的恒载和活载传到墩或台的基础上。斜索检测包括索力的检测、锚固区的检测、索塔塔顶位移的检测、主梁标高的测量、典型部位日变化跟踪观测等等。斜索索力的检测是这类包含柔性构件结构检测的特点之一,通过准确地测取索力,可以充分掌握全桥结构的受力状态。斜拉桥成桥后索力的检测方法有:频率法、磁通量法和光纤光栅法。光纤光栅法所用的传感器是在光纤的纤芯范围,采用紫外光对光纤侧面进行曝光或其它方法写入,使该段范围内的折射率沿光纤轴线发生周期性变化,再通过周期性变化栅格的反射波长的移动,来感应外界物理量的变化,这种测量技术的特点是尺寸小、线性度高且重复性好、抗电磁干扰和抗腐蚀能力强、绝对测量和响应速度都很快等优点。是结构健康监测的理想的,一种有较高的精度的技术。不过目前这种方法并未大范围推广应用,普及率,从而价格太高。

   磁通量法是一种测定索力、监测斜索锈蚀程度的非破坏性方法。这种方法的使用是预先将作为传感器的磁通环套在斜索上,通过测定磁通量变化,根据索力与磁通量之间的关系来推算索力。磁通量法所用的传感器材料是电磁是,由两层线圈组成,因此不会影响索的任何力学和物理特性,除了温度之外几乎不受其他干扰因素影响,相对别的检测方法精度较高。缺点是对于没有预埋传感器的斜索测量是不能应用的。此外传感器和测试仪器价格很高,一般大跨度斜拉桥的斜索都有上百根,甚至好几百根,若每根索都安装磁通量传感器,成本太大。目前有一种新型的磁通量传感器,是由两个半环合成,检测索力时可以随时随地扣在斜索的外面进行,这就可以大减小检测工作的成本。但半环合成磁通量传感器灵敏度非常低,而且很不稳定,尚处于研制阶段,没有实际工程价值。

   频率法检测索力是在人工或环境激励下,利用加速度传感器拾取斜索的随机振动信号,即时域图;再通过FFT将时域图转化为斜索的频谱图,确定斜索的各阶自振频率;根据索力与自振频率之间的对应关系到实测的索力。频率法测量索力是一种间接方法,其精度取决于高灵敏度拾振技术以及准确的索力与频率关系。检测时将加速度传感器简单地固定在斜索上,能同时进行单根或多根索力的检测。因为不需要预埋传感器,不仅适用于施工中的桥梁,也适用于成桥检测和长期监测,尤其是事先没有预埋其它传感器的旧桥的检测,几乎是唯一的选择。不用预埋加速度传感器,可重复使用,成本较低,精度也较好的,因此是当今使用最为广泛的索力检测手段。  利用振动频率法求索力,可以确保斜索的安全。因为斜拉桥实际的索力只是斜索极限强度的40%左右,只要斜索不发生锈蚀,锚固区不出现松动、损伤等现象,斜索一般是不会发生问题的。但若要充分了解斜索的工作状态,还远远不够。已有的研究工作指出,斜索的刚度、垂度、仰角以及风力、雨雪等因素对自振频率都有影响,要正确地掌握斜索的索力,还应考虑消除这些因素的影响。

   3 索塔塔顶位移的检测

   斜拉桥所受的交通荷载、主梁自重及置于桥面各种设施的重量,都是通过斜索传递给索塔的来承担的。斜拉桥的索塔除了根部与地基刚性固结之外,再无其他约束。索塔的自重的所有的斜索索力则是索塔的荷载。索力的作用是沿索的轴线方向,其水平分力则是使索塔产生水平位移。通常索塔的平衡是利用塔轴线对称的两侧索力来维持。由于建筑材料的不均匀、施工过程中的误差等因素,很难保证索塔两侧索力的完全对称,从而造成索塔的偏移。于是索塔塔顶的定位则是确保索塔是否出现了偏移的重要措施。特别是考虑到索塔的长细比,尽管索塔具有一定的刚度,但仍然是一个细杆构件。根据结构分析,索塔可以看作是一悬臂构件,塔的位移是最显著的。

   斜索索力的变化对索塔水平位移的影响不能小觑。另外,不论是钢塔还是混凝土塔,受温度的影响都是比较大的。国内大部分的气温在冬夏之差、昼夜之差,白天的阴阳面之差,都会对索塔产生温度效应。再进一步考虑到风和雨雪的影响,索塔塔顶实际上在不停地摆动。应用目前已有的测量仪器,如全站仪、GPS等设备,对索塔塔顶位移的检测是完全没有问题的。但是只有设法消除这些综合因素,测出的塔位移才是索塔的真实受力状态。

   已有的研究表明,在实际检测中可以通过典型时段,对塔顶进行连续的跟踪的测量,同时监测温度、风力和风向等环境资料,有条件的话最好还能进行相应斜索的索力检测,然后归纳出塔顶位移和这些因素之间的关系式,最终给出索塔塔顶位移真实的检测值。

   4 结构营运期间的仿真计算

   桥梁结构仿真技术的应用日臻广泛,已在桥梁工程中的设计、施工监控和检测中必不可少的重要环节。斜拉桥的仿真计算是在于建立一个能够全面、正确反映桥梁结构真实性态的完整的有限元仿真模型,根据斜拉桥的结构特点和力学特性,进行计算分析,以代替一部分实际的工作,减轻一部分实际工程的工作量。

   斜拉桥仿真模型建立的过程中,计算模式和计算理论的选择应该能够准确模拟承载构件的空间位置、尺寸、材料特性以及连接形式和荷载作用等因素。然后进行大规模的全桥结构效应分析计算,得到相对详尽、精确和可靠的分析结果。在建模过程中单元的合理选取和划分、边界条件的正确模拟都是如实反应桥梁实际状态的要点?;谟邢拊抡婺P偷慕峁估砺奂扑憬峁购托崩攀导始觳饨峁亩员确治?,可以相互验证,找出存在的错误,为今后修正更准确地建模提供依据,为以后的检测工作提供指导作用,以达到替代一部分的斜拉桥检测工作的目的。

   结构营运期间的斜拉桥仿真计算,除了考虑正确建模之外,还应兼顾斜拉桥的动态因素。在斜拉桥正常使用中,由于荷载与环境因素的作用,主梁标高、索塔位置都不是确定不动的,因此在仿真计算时,有限元分析的各单元结点的坐标应根据实际工作状态而有所调整。另外随着时间的流逝,材料也会逐步老化、损伤,分析时也应考虑到材料性能的衰退。诸如此类的原因要求仿真计算必须与实际检测结合起来,才能真正准确地反映斜拉桥的受力状态。

   表1是某斜拉桥在1997年到2002年5次标高测量的结果。按照动态建模的思路,在这五个时间段计算的有限元数据中,这17结点的坐标应该按实际检测的值代入,才是桥梁真实的结构尺寸。

   除此之外,在建模过程中应考虑的动态参数还有索塔(特别是塔顶的坐标),索力等等。只有综合了这些因素,才能确保仿真分析得出的结论有实际有意义。

   5 研究展望

   通过对斜拉桥实际受力状态的检测,可以为桥梁使用的安全可靠及维修加固提供科学的依据和积累、必要的技术资料。另外通过建立斜拉桥的健康档案数据库,也能为进一步完善、发展桥梁结构的设计计算理论。

   随着科学技术的发展,各种桥梁的设计、施工以及建筑材料的性能都在不断提高,但安全仍然是一个不容忽视问题。例如斜索的寿命是斜拉桥安全的关键之一。人们最关心是斜索如何防腐,以及锚固区的结构损伤和抗疲劳性能。近年来斜索防腐措施虽有不断改进,锚固区结构的设计与施工方法也在提高,但桥梁结构毕竟还是要长期经历风雨。所以说只有通过索力检测来了解斜索的安全,还是最为可靠。同样对于全结构的检测,仍是将来保证桥梁安全的重要措施。

   参考文献:

   [1]李鹏飞,吴太成.桥梁健康监测技术研究综述[J].预应力技术,2011,84(1):29-33.

   [2]李延强.基于最敏感索力指标的斜拉桥主梁损伤识别研究[D].北方交通大学博士学位论文,2013.

   [3]张杨永.斜拉桥的仿真计算与检测分析[D].合肥工业大学硕士学位论文,2006.

   [4]刘效尧,蔡键,刘晖.桥梁损伤诊断[M].北京:人民交通出版社,2002.

   [5]路双,张永水.桥梁健康监测挠度评估方法应用[J].重庆交通大学学报,2013,32(3):1-3.

   [6]宋杰,陈鲁,张其林等.磁通量法在预应力悬挂结构拉索施工中的应用[J].振动测试与诊断,2009,29(1):86-91,120.
免责声明
该内容系网友上传,中国桥梁网未对作品原创性及所陈述文字和图片进行证实。请读者自行核实相关内容,仅做参考。如权利人要求删除,请来信告之,我们将在三个工作日内删除处理,谢谢!
河北快3 | 关于我们 | 联系方式 | 网站声明 | 网站地图
copyright © 2007-2018 www.1ddb0.cn All Rights Reserved
服务热线:010-64708566 邮箱:[email protected]
法律顾问:北京君致律师所 陈栋强
ICP经营许可证100299号 京ICP备10020099号 京公网安备 11010802020311号
       
  • 地方“武教头”走进军营辅导授课 2018-07-13
  • 丹霞旅行地中国国家地理网 2018-07-12
  • 这名“不检点”女院长被查 通报罕见用了近千字 2018-07-12
  • 新西兰总理预产期临近 民众纷纷猜测宝宝体重性别 2018-07-11
  • 端午假期去哪玩?多彩鹿泉旅游全攻略 2018-07-11
  • 90后听障女孩北漂学舞 王力宏为她写歌:我欣然接受我的不完美 2018-07-10
  • 行书书法欣赏,行书就是讲究行云流水般书写自如 2018-07-10
  • 小猪小羊小狗齐上阵 憨态可掬的葡萄园里“小卫士”葡萄园Cakebread 2018-07-09
  • 兵团第十二师建设集团开展5·29中国计生协会日活动 2018-07-09
  • 河北永清:小麦丰收秸秆变宝 2018-07-08
  • 春,啥叫“普世价值”?优胜劣汰![哈哈] 2018-07-08
  • 两部门:支持建设一批乡土经济活跃的农业产业强镇 2018-07-07
  • 香港故事海上龙舟队:同舟共济 拼尽全力 2018-07-07
  • 少女与妈妈每年自拍两次 最后一次让十几万人哭了 2018-07-06
  • 海外购房“热” 你跟风了吗? 2018-07-06
  • 746| 646| 974| 302| 102| 522| 914| 772| 770| 381|