CN103696361A - 一种便捷的桥墩防撞复合材料夹层结构损伤检测方法 - Google Patents

Abstract

一种便捷的桥墩防撞装置的损伤检测方法，其特征是一种以纤维材料为增强材料、聚合物树脂为基体材料的复合材料外壳（1）、内部隔板（4）以及以泡沫塑料为填充材料（3）、以内置的装有超强吸水材料的透明塑料软管（2）为损伤检测工具的复合材料夹层结构桥墩防撞装置的损伤检测方法。本发明通过观测透明塑料管内超强吸水材料由于吸附从船舶撞击桥墩防撞装置所造成的复合材料外壳损伤处渗入的河水或海水而发生的体积变化来检测桥墩防撞复合材料夹层结构损伤。本发明具有简便可行、诊断准确、直观明了的特点。

Description

一种便捷的桥墩防撞复合材料夹层结构损伤检测方法

技术领域

本发明涉及一种便捷的桥墩防撞装置的损伤检测方法，尤其是一种以纤维材料为增强材料、聚合物树脂为基体材料的复合材料外壳、内部隔板以及以泡沫塑料为填充材料、以内置的超强吸水材料为损伤检测材料的复合材料夹层结构桥墩防撞装置的损伤检测方法。具体地说是一种通过观测桥墩防撞复合材料夹层结构内部超强吸水材料体积变化而检测桥墩防撞复合材料夹层结构损伤的方法。

技术背景

随着铁路、公路建设里程的不断增加，跨越具备通航条件江河、海港的桥梁的数量与里程也不断增加。为了防止船舶撞击桥墩，保证桥梁特别是桥墩的安全，桥墩防撞结构也越来越多。与钢结构浮箱、桩群、人工围堰、人工岛等防撞结构或方式相比，具有材质软、弹性大、耐腐蚀、重量轻且能自浮、不占用航道、既能保护桥墩又降低船舶损伤等优点的复合材料夹层结构作为一种新型的桥墩防撞装置越来越受到人们的重视，并已被越来越多地应用于各种桥墩（塔）形式、通航条件的桥梁。

桥墩防撞复合材料夹层结构由以纤维材料为增强材料、聚合物树脂为基体材料的复合材料外壳、内部隔板以及泡沫塑料的填充材料构成。为了保证桥墩及桥梁的安全，根据不同的通航条件以及船舶外形，桥墩防撞复合材料夹层结构厚度相当大，从几十厘米到数米。在几十年的设计使用寿命中，桥墩防撞复合材料夹层结构难免会受到航行中船舶的撞击。对于由大吨位船舶撞击而造成的严重损伤，通常能够目测发现，并可根据损伤状况对桥墩防撞复合材料夹层结构进行修补或更换。小吨位船舶撞击将造成桥墩防撞复合材料夹层结构内部轻微损伤，特别是复合材料外壳的轻微开裂、微孔等损伤。一方面，这些轻微撞击损伤的存在将使得复合材料夹层结构的防撞能力下降。另一方面，通过含有裂纹、微孔的复合材料外壳渗入填充材料的水分也将导致填充材料乃至整个复合材料夹层结构强度下降，从而使得复合材料夹层结构的防撞能力下降。这都将影响到桥墩及桥梁的使用安全。但是，对于桥墩防撞复合材料夹层结构或复合材料外壳的轻微损伤，往往目测很难发现。对于厚度达几十厘米甚至数米、体积达几十甚至100多立方米、内含泡沫塑料填充材料的桥墩防撞复合材料夹层结构，即使采用X射线检测、超声波检测、涡电流检测、振动分析检测等方法也难以检测复合材料夹层结构或复合材料外壳的轻微损伤，以及泡沫塑料填充材料的吸水情况。而且，有的桥墩或现场不具备采用仪器设备进行桥墩防撞复合材料夹层结构损伤检测的条件。因此，开发一种简便可行的桥墩防撞复合材料夹层结构损伤检测方法对提高桥墩及桥梁的使用安全具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有的桥墩防撞复合材料夹层结构内部损伤难以检测的问题，提供一种简便可行的桥墩防撞复合材料夹层结构损伤检测方法。

实现本发明目的的便捷的桥墩防撞复合材料夹层结构损伤检测方法是通过观测桥墩防撞复合材料夹层结构内部超强吸水材料体积变化而检测桥墩防撞复合材料夹层结构损伤。

本发明所述的桥墩防撞复合材料夹层结构是以纤维材料（包含玻璃纤维、碳纤维等）为增强材料、聚合物树脂（包含不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂等）为基体材料的复合材料外壳、内部隔板以及以泡沫塑料（包含聚氨酯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料等）为填充材料。

本发明所述的桥墩防撞复合材料夹层结构内置若干根直径约为5mm、装有超强吸水材料、表面标有表示不同损伤程度的刻度并布满可透气透水小孔的透明塑料软管。在复合材料夹层结构的不同高度的位置，塑料软管装入若干份超强吸水材料。塑料软管的数量与位置可根据桥墩防撞复合材料夹层结构的外形尺寸而确定。

当小吨位船舶或船舶以足够大的能量撞击复合材料夹层结构时，复合材料外壳以及内部隔板会发生不同程度的损伤。当复合材料外壳产生轻微开裂、微孔等损伤并且这些损伤目测难以发现，河水或海水会渗入复合材料夹层结构内部。由于泡沫塑料填充材料本身也会吸水，从而使得进入复合材料夹层结构内部的河水或海水会更多。很显然，复合材料外壳以及内部隔板的损伤越大，进入复合材料夹层结构内部的河水或海水也越多。复合材料夹层结构内部的河水或海水将导致填充材料乃至整个复合材料夹层结构强度下降，从而使得复合材料夹层结构的防撞能力下降。另一方面，复合材料夹层结构内部的超强吸水材料会吸附进入复合材料夹层结构内部的水分而发生体积膨胀。吸水量越大，超强吸水材料的体积膨胀也越大。通过复合材料夹层结构的不同位置、不同高度的超强吸水材料的体积变化情况，可检测桥墩防撞复合材料夹层结构各个部位的损伤状况。这种桥墩防撞复合材料夹层结构损伤检测方法简便可行，不需要任何设备与仪器，可适用不同工况下桥墩防撞复合材料夹层结构损伤的检测。

本发明所述的便捷的桥墩防撞复合材料夹层结构损伤检测方法，具体过程为：

（1）通过大量实验数据测量与分析，确定桥墩防撞复合材料夹层结构中不同损伤与吸水率的关系、桥墩防撞复合材料夹层结构损伤程度与超强吸水材料的体积变化关系。

（2）从桥墩防撞复合材料夹层结构不同位置中取出装有超强吸水材料的透明塑料软管，根据超强吸水材料的体积对应的塑料软管上的刻度判断桥墩防撞复合材料夹层结构的不同位置是否存在损伤以及损伤程度。

附图说明

图1为本发明的桥墩防撞复合材料夹层结构示意图

图2为装有超强吸水材料的透明塑料软管示意图

图3为检测出桥墩防撞复合材料夹层结构中不同程度损伤的塑料软管示意图

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明便捷的桥墩防撞复合材料夹层结构损伤检测方法及检测过程：

实施例1

桥墩防撞复合材料夹层结构是以纤维材料（包含玻璃纤维、碳纤维等）为增强材料、聚合物树脂（包含不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂等）为基体材料，采用手糊成型工艺或树脂传递模塑成型工艺制造复合材料外壳（1）、内部隔板（4）；采用整体成型方式或者二次填充方式制造泡沫塑料夹芯（聚氨酯泡沫塑料夹芯或聚苯乙烯泡沫塑料）（3）复合材料夹层结构，如图1所示。桥墩防撞复合材料夹层结构内置有用于检测损伤的装有超强吸水材料的透明塑料软管（2），如图2所示。

实施例2

图3为检测出桥墩防撞复合材料夹层结构中不同程度损伤的塑料软管示意图。在对桥墩防撞复合材料夹层结构的日常检测过程中，可从塑料软管中超强吸水材料体积对应的不同刻度判断桥墩防撞复合材料夹层结构的不同位置是否存在损伤以及损伤程度。

经过上述实施例的验证，本发明所提供的通过观察桥墩防撞复合材料夹层结构内部超强吸水材料体积变化而检测桥墩防撞复合材料夹层结构损伤的方法能够判断复合材料夹层结构的损伤，具有简便可行、诊断准确、直观明了的特点。

Claims (4)

1.一种便捷的桥墩防撞复合材料夹层结构损伤检测方法，其特征是一种以纤维材料为增强材料、聚合物树脂为基体材料的复合材料外壳、内部隔板以及以泡沫塑料为填充材料、以内置的装有超强吸水材料的透明塑料软管为损伤检测工具的复合材料夹层结构桥墩防撞装置的损伤检测方法。

2.根据权利1所述的桥墩防撞复合材料夹层结构，其特征在于是以纤维材料（包含玻璃纤维、碳纤维等）为增强材料、聚合物树脂（包含不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂等）为基体材料，采用手糊成型工艺或树脂传递模塑成型工艺制造复合材料外壳、内部隔板，内含整体成型方式或者二次填充方式制造泡沫塑料夹芯（聚氨酯泡沫塑料夹芯或聚苯乙烯泡沫塑料）的复合材料夹层结构。

3.根据权利1所述的损伤检测工具，其特征在于若干根直径约为5mm、装有超强吸水材料、表面标有表示不同损伤程度的刻度并布满可透气透水小孔的透明塑料软管，并可根据桥墩防撞复合材料夹层结构的外形尺寸而放入桥墩防撞复合材料夹层结构内部的不同位置。

4.根据权利1所述的复合材料夹层结构桥墩防撞装置的损伤检测方法，其特征在于通过观测透明塑料管内超强吸水材料由于吸附从船舶撞击桥墩防撞装置所造成的复合材料外壳损伤处渗入的河水或海水而发生的体积变化来检测桥墩防撞复合材料夹层结构损伤。

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