桥梁拉索检测研究现状意义及方法.doc

桥梁检测研究现状意义及方法 1 研究现状及意义 1 2 损伤原因 2 2.1 长期积累损伤 2 2.2 自然灾害损伤 3 3 现有方法 3 1.3.1 人工检测 3 3.2 局部漏磁检测 4 3.3 索力检测 4 3.4 模态检测 6 3.5 光纤监测 6 3.6 电阻应变片动应力监测 7 1 研究现状及意义 20世纪中叶以来,科学技术的快速发展推动了桥梁工程技术的飞跃。随着桥梁建设和规模越来越大,造价越来越高,大型桥梁在国民经济和社会生活中的作用越来越重要,人们对大型桥梁的安全性、耐久性与正常使用功能日渐关注。目前在全国主跨超过200米的大跨径斜拉桥已经达到30多座。针对开发桥梁健康监测系统的研究工作得到了国内外学者的广泛关注,许多大学及研究机构都积极投入大量的人力、财力于此项工作的研究。通过已经建立的各种规模的桥梁健康监测系统和已经取得的理论研究成果,为这一领域的研究开创了广阔的前景。 斜拉桥和悬索桥的拉索是主要的受力构件，而由于拉索钢丝和成品索防护不良，这是造成拉索生锈腐蚀、断丝失效的主要原因，因此在斜拉桥和悬索桥的工程当中，都会把拉索的防护作为重要的技术工艺控制项目。然而，一般拉索损伤主要是疲劳和腐蚀。因此，在对于拉索表面保护材料状况进行更好更快的检测就成了斜拉桥、悬索桥拉索受腐蚀和损伤状况检测的重要问题，也是现在社会急需解决的一个重要问题。 如果没有及时的进行检测维修的话，产生的后果将会不堪设想。当然，也有很多的例子印证了这一点。比如2001年11月7日，四川省宜宾市小南门大桥，如图1所示。由于钢缆索的断裂，导致了桥面局部垮塌，造成严重的损失，钢缆腐蚀就是这起事故的主要原因之一。2005年2月长沙浏阳河大桥发生强烈晃动也是由于斜拉索晃动引起的。美国1940年在俄亥俄州朴斯格兰特将军大桥发生的缆绳锚爪鞘开裂事故，也是因为雨水中含有微量的硝酸盐附着在拉索上面导致应力开裂。因此对于拉索的及时检测和防治是不能马虎的工作，一定得保证桥的安全，保证人民的生命财产安全。 图1 四川宜宾小南门大桥断裂图 2 损伤原因 拉索在整个桥梁中占有很重要的位置，而其损伤的原因也很多，既有内部的，也有外部的，大概可分为如下两种原因： 2.1 长期积累损伤 拉索是斜拉桥和悬索桥的重要受力构件,拉索的积累损伤主要是疲劳和腐蚀。斜拉桥是按超静定设计的,一般能经受某根拉索的突然断裂。拉索应力分配从理论设计上看比较合理,但实际上由于制造、安装的原因每根拉索的实际承载不可能与理论设计完全一致。1根拉索中各股的受力也不可能完全相同。受力相对集中的拉索首先容易疲劳断裂,和腐蚀断裂一样,力的重新分配将导致或加速其余各根或各股拉索的破坏。拉索的腐蚀一般分为3种:钢丝锈蚀、应力腐蚀和氢脆。钢丝锈蚀是最普遍的一种现象,是由空气中的CO2、H2O 和Fe及其内部杂质互相作用引起的铁的锈蚀。应力腐蚀开裂和氢脆都是电化学现象,在同时满足环境、材料、应力的条件下才会发生。美国1940年在俄亥俄州朴次茅斯格兰特将军大桥发生的缆绳锚爪鞘开裂的事故,就是因为雨水中含有的微量硝酸盐附在缆绳上发生应力开裂。氢脆和应力腐蚀作用条件相同,但作用过程相反。材料断裂时间和环境极性关系曲线见图2所示,氢脆是断裂时间随阴极变化而变短,应力腐蚀开裂是断裂时间随阳极变化而变短。 图2 氢脆和应力开裂断裂时间和极性关系 2.2 自然灾害损伤 大风是大跨度桥梁的最危险载荷,大跨桥在风的作用下位移显著,如明石桥60m/ s风速下加劲梁侧移3m,青马桥在85m/s 风速下加劲梁侧移4.7 m。地震、大型船只等漂浮物的撞击和洪水都会威胁到桥梁及拉索的安全健康。在美国,几乎在最近发生的每个较大的地震事件中都有桥梁被损坏。例如在1989年的Loma Prieta地震中Oakland海湾大桥的倒塌和在1994年的Northridge地震中的洛杉矶地区造成了的大量公路桥的损坏。 3 现有方法 由于拉索是缆索承重桥梁的重要组成部分,越来越多的此类桥梁采取了可行的检测及监测技术对索进行健康监测,其主要有如下技术及方法。 1.3.1 人工检测 长期以来, 索系统是否遭受腐蚀,索是否有倾斜,各紧固件是否松动作为人们对于大跨桥的拉索、吊索的主要检查对象。定期对索系统各部件涂刷防锈漆,对已锈者及时除锈,清查索腐蚀的钢丝数量,判断其腐蚀程度可见表1。当腐蚀根数和受腐蚀的程度等级叠加后相当的断丝根数超过总丝数的5%应及时更换此索。但是人工检测会花费大量的人力，物力和财力,而且检测的结果仍不能满足所有的安全需要,还有对突发事故无法实现适时检测，这是其局限性。 钢丝腐蚀程度 表1 等级 特征描述 强度