CN105372089A - 运用fwd对桥梁铰缝状况检测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种运用FWD对桥梁铰缝状况检测的方法，包括如下步骤：在跨中检测横断面上各条铰缝；在纵向向桥头方向间隔L选下一个断面；用FWD设备在垂直于铰缝的方向上检测铰缝的横向铰接能力；根据铰缝传荷能力分级标准对于铰缝状况进行评估。本发明将FWD设备用于已建好桥梁的养护维修检测中的铰缝铰接能力的检测与评价，可以快速、精确有效地测量桥梁铰缝铰接能力，对交通的影响较小，准确度高。

Description

运用FWD对桥梁铰缝状况检测的方法

技术领域

本发明涉及针对桥梁的检测方法，具体地说是一种运用FWD对桥梁铰缝状况检测的方法。

背景技术

钢筋混凝土和预应力混凝土空心板桥因其自重轻、结构性能好、施工方便、可大批量工厂化集中预制等诸多有利因素而被广泛使用。但随着重载车辆的迅速增长，同时伴随着自然环境的影响、某些局部设计不合理、施工工艺条件限制等种种因素，一些在役公路桥梁的通行能力面临着严峻的考验。

桥梁发生破坏前总是铰缝先发生破坏，而铰缝破坏必然导致桥梁耐用性能的劣化。工程中常见的混凝土铰缝形式有圆形、菱形和漏斗形三种，其中漏斗形因其施工方便，共同受力性能较好，故应用较多。

空心板铰缝从初始的完好状态至失效有个过程，一般先是铰缝微裂缝扩展，逐渐形成通缝，通缝引导桥面铺装开裂，接着裂缝沿铰缝纵向扩展。裂缝的出现不等于铰缝传荷马上失效，因为裂缝断裂面上集料的啮合作用还可以传递剪力，随着荷载的继续作用，裂缝逐渐张开变宽，裂缝断裂面发生磨擦，断裂面的粗糙表面逐渐被磨平，雨水渗入带着磨出的细粉末，沿着铰缝裂缝流下。雨水里往往含有腐蚀性物质(如碳酸等)，更加剧了断裂面的磨蚀(伴有化学反应)，常见的空心板下缘铰缝处流出的白色物质就是这些被磨出的粉末。从裂缝的出现到无法传递剪力，是铰缝传荷开始失效到完全失效的一个过程，这个过程短则一年，长则几年或更长。如果因为新旧砼粘结不良而导致铰缝砼脱落，则铰缝的失效过程更快。

一旦出现铰缝破坏病害，桥梁结构的整体性将被削弱，使承重构造处于极为不利的受力状态，降低了整个桥梁结构的耐久性，给行车安全带来严重隐患。同时使桥面板的承载能力大大降低、挠度增大，这意味着在正常荷载作用下桥面板超出了极限状态，正弯矩处将产生裂缝。病害发展到一定程度，将会影响到整条公路的正常运营，造成严重的经济损失。

铰缝破坏现象一般特征为：

（1）一般发生在行车道范围内，特别是重车行驶方向。重车车轮直接作用在板梁上，导致铰缝破坏病害更容易发生在行车道轮迹部位附近，发生病害的钢筋混凝土板梁桥，其铰缝混凝土被拉坏或剪坏，并逐步松散而脱落，使桥梁的横向联系效果明显下降，桥梁整体受力性能降低。

（2）行车道处破坏铰缝的上方沥青面层，由于车轮的冲击疲劳作用，普遍存在车辙和具有规律性的纵向贯通裂缝，严重时形成一条破碎带。

（3）铰缝破坏病害总是和水损害等其它病害伴随发生，据统计，半数以上板梁结构桥中存在铰缝渗水现象。

（4）铰缝破坏病害大多发生在桥梁运营通车三、四年后，而且有逐年增加的趋势。如果没有及时进行加固处理，铰缝破坏病害会逐渐加重，进入塑性变形，铰缝破坏后两侧的板之间形成永久性台阶。

目前，鉴定铰缝破损程度的方法一般为荷载试验法，通过荷载试验所确定的横向力分布分析铰缝是否仍能正常传递剪力。然而，荷载试验代价较大，且需要较长时间的交通封闭。

落锤式弯沉仪（FWD）是上世纪80年代研发的新一代弯沉检测设备，90年代后引入中国，目前主要用于检测车辆动态荷载下路面的弯沉。参见图1，FWD通过一定质量的重物自由落下锤击出一块具有一定刚性的承载板（半径15cm）作用于路面，然后通过按一定间距布置的传感器来测定路表的变形响应（即所谓的弯沉盆）。相比其他弯沉检测设备，FWD能够获取实际交通荷载作用下的整个弯沉盆状况，一个测点耗时只需1—2分钟，测速快且安全。FWD的上述特点十分符合桥梁铰缝的检测需求，因此考虑将FWD应用于桥梁铰缝状况的检测。

发明内容

本发明为解决现有的问题，针对已建好桥能够方便、快捷地对铰缝的破损程度进行检测，旨在提供一种运用FWD对桥梁铰缝状况检测的方法。

本发明的技术方案包括如下步骤：

步骤一，在跨中检测横断面上各条铰缝，

步骤二，在纵向向桥头方向间隔L选下一个断面；

步骤三，用FWD设备在垂直于铰缝的方向上检测铰缝的横向铰接能力；

步骤四，根据铰缝传荷能力分级标准对于铰缝状况进行评估。

其中，步骤三中，将FWD检测车在与铰缝呈30度夹角的方向上检测铰缝的横向铰接能力。

其中，步骤三中，将FWD设备的传感器布置在离载荷板中心一定距离的位置上，采用插值的方法测得弯沉，再计算铰缝铰接能力系数。

进一步的，FWD设备的传感器得到弯沉D（1）、D（2）和D（3），运用计算公式：

；

而其中：

进而得出：

即得到铰缝铰接能力系数。

其中，所述间隔L取5~10m。

相对于现有技术，本发明将FWD设备用于已建好桥梁的养护维修检测中的铰缝铰接能力的检测与评价，可以快速、精确有效地测量桥梁铰缝铰接能力，对交通的影响较小，准确度高。

附图说明

图1是FWD检测的示意图；

图2是FWD的工作原理的示意图；

图3是本发明垂直于铰缝方向检测铰接时的示意图；

图4为本发明垂直于铰缝方向检测铰接时的示意图；

图5为本发明与铰缝呈30度夹角方向上检测铰接时的示意图；

图6为本发明与铰缝呈30度夹角方向上检测铰接时的示意图；

图7为铰缝检测时的传感器布设的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方法作进一步描述。该实施例用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本实施例所采用的检测方案是先在跨中检测横断面上各条铰缝，然后纵向向桥头方向间隔选下一个断面。

参见图3和图4，当待检桥梁交通便于封闭时，可将FWD检测车在垂直于铰缝的方向上检测铰缝横向铰接能力，由于对于FWD检测桥梁铰缝尚无明确规范，因此，参考《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40—2002）评定铰缝传荷能力：

。

式中：为铰缝传荷能力系数；

为未受荷板接缝边缘处的弯沉值；

为受荷板接缝边缘处的弯沉值。

由于水泥混凝土结构刚度很大，整体受力均匀，可以采用插值的方法得到铰缝边缘处的弯沉、。参见图7，对于常用的九个传感器的FWD设备，各传感器距荷载板中心的距离分别为0cm、20cm、30cm、60cm、90cm、120cm、150cm、180cm、210cm。而板梁桥上铰缝宽度一般为10cm。

根据传感器间的距离，采用线性插值，可以得到：

进而求得铰缝铰接能力系数公式如下：

式中：—铰缝铰接能力系数；

—荷载中心传感器测得弯沉；

—2号传感器（距荷载中心20cm）测得弯沉。

—3号传感器（距荷载中心30cm）测得弯沉。

将铰缝传荷能力分为4个等级，分级标准见表1。

表1铰缝传荷能力分级标准

等级	优良	中	次	差
					（%）	>90	56~90	31~55	<31

本实施例中，为上海郊环高速上某梁式桥铰缝进行维修后，采用本评价方法对铰缝维修效果进行评价。从一车道内侧向外，依次将铰缝进行编号，根据桥梁图纸，现场量测标定各铰缝位置，然后在跨中、以及行车方向上距跨中5m的两侧桥梁横断面上检测3~10号铰缝的传荷能力。

得到各检测位置D(1)、D(2)和D(3)的动态弯沉数据如表2所示。

根据表2中的数据，依据上述公式计算铰接能力系数k _j ，结果如表3。

铰缝编号	跨中向后5m横断面	跨中断面	跨中向前5m横断面
				3	90.38	99.55	93.07
4	91.70	99.44	92.35
				5	94.67	98.20	93.94
6	92.81	99.79	96.69
				7	95.03	99.33	94.90
8	92.72	98.10	95.48
				9	93.72	97.74	95.95
10	92.74	96.33	97.17

由表3可以看出，维修后，各铰缝的的铰接能力均达到“优良”级别，桥梁各铰缝状况良好。

参见图5和图6，当待检桥梁交通不便于封闭时，为减小试验空间，降低对交通的影响，可将FWD检测车在与铰缝呈30°夹角的方向上检测铰缝横向铰接能力，其他步骤与上述实施例类似，故不予赘述。

需要特别指出的是，传荷等级为中、次、差的铰缝需进行维修。对传荷能力为“中”级的铰缝，可采用灌浆加固法或板底铰缝处设置钢板来增强传荷能力。对传荷能力为“次”级的铰缝，可采用加厚桥面板和桥面板底设置钢板等方法对铰缝进行补强。而对于出现“差”级铰缝的桥梁，可拆除原桥面铺装，清理原空心板间混凝土铰缝后重新灌注高强无收缩灌缝材料并施加横向预应力钢筋。

上述仅为本发明的优选实施方式，应指出的是，对于本行业内的普通技术技术人员而言，在本发明的原理之下可以由一些改进和替换，该改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种运用FWD对桥梁铰缝状况检测的方法，其包括如下步骤：

步骤一，在跨中检测横断面上各条铰缝；

步骤二，在纵向向桥头方向间隔L选下一个断面；

步骤三，用FWD设备在垂直于铰缝的方向上检测铰缝的横向铰接能力；

步骤四，根据铰缝传荷能力分级标准对于铰缝状况进行评估。

2.根据权利要求1所述的一种运用FWD对桥梁铰缝状况检测的方法，其特征在于：步骤三中，将FWD检测车在与铰缝呈30度夹角的方向上检测铰缝的横向铰接能力。

3.根据权利要求1或2所述的一种运用FWD对桥梁铰缝状况检测的方法，其特征在于：步骤三中，将FWD设备的传感器布置在离载荷板中心一定距离的位置上，采用插值的方法测得弯沉，再计算铰缝铰接能力系数。

4.根据权利要求3所述的一种运用FWD对桥梁铰缝状况检测的方法，其特征在于：FWD设备的传感器得到弯沉D（1）、D（2）和D（3），运用计算公式：

；

而其中：

进而得出：

即得到铰缝铰接能力系数。

5.根据权利要求1所述的一种运用FWD对桥梁铰缝状况检测的方法，其特征在于：所述间隔L取5~10m。