專利名稱：混凝土橋梁疲勞檢測技術(shù)及檢測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種混凝土橋梁檢測技術(shù)，具體涉及一種混凝土橋梁的疲勞壽命檢測技術(shù)及采用該技術(shù)所使用的檢測儀。
鋼筋混凝土所組成的復(fù)合建筑材料始于十九世紀(jì)五十年代，我國是在本世紀(jì)初才開始采用這種材料建橋，這些橋梁和隨之以后逐步建成的混凝土橋梁隨時(shí)間的推移和使用將逐步進(jìn)入老齡階段。在長期的運(yùn)營活載作用下，橋梁結(jié)構(gòu)會逐漸產(chǎn)生疲勞損傷，當(dāng)日積月累的損傷達(dá)到某一限值時(shí)，橋梁會發(fā)生突然破壞，這種事先沒有明顯征兆的脆性破環(huán)會對行車安全構(gòu)成很大的威脅。一般說來，混凝土橋梁的疲勞壽命約八十年以上，由于橋梁的運(yùn)輸環(huán)境不同，各種橋梁的安全儲備不同，其混凝土橋梁的疲勞損傷亦不相同，如不及時(shí)對這些橋梁進(jìn)行檢測，就有可能更換或加固一些暫時(shí)不需更換的橋梁，而造成浪費(fèi)；同時(shí)也可能對一些已經(jīng)產(chǎn)生嚴(yán)重疲勞損傷的橋梁沒有采取工程措施導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。
目前世界上對橋梁的疲勞損傷檢測最先進(jìn)的方法是采用Miner線性損傷理論進(jìn)行估計(jì)，如英國橋梁規(guī)范BS5400等。這種方法要對歷史運(yùn)營狀況作出恰當(dāng)估計(jì)，或在運(yùn)營混凝土橋梁的混凝土或鋼筋上貼上電阻應(yīng)變片測試應(yīng)力譜和結(jié)構(gòu)系數(shù)，然后用雨流法對測試數(shù)據(jù)作出分析，再用Miner理論估計(jì)出橋梁的剩余疲勞壽命。這種方法雖然為國內(nèi)外橋梁界所普遍采用，但它有以下缺點(diǎn)，首先，它要鑿開混凝土梁，暴露出鋼筋，以便貼上電阻應(yīng)變片，這種做法會對梁產(chǎn)生新的檢測損傷。其次，這種方法要求恰當(dāng)估計(jì)歷史運(yùn)營狀況，由于橋梁跨越的時(shí)空大，無法作出這種準(zhǔn)確估計(jì)，因此，它的結(jié)果的準(zhǔn)確性往往引起爭議。第三，這是一種理論方法，不直觀，往往還要作幾晝夜的應(yīng)力譜觀測，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。
本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種檢測直觀、準(zhǔn)確、快速、簡便的混凝土橋梁疲勞檢測技術(shù)及檢測儀。
本發(fā)明的目的是通過下列技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。它是通過超聲波探測混凝土橋梁上緣沿橫橋方向拉應(yīng)力所產(chǎn)生微小的疲勞裂紋以測定該混凝土橋梁的疲勞壽命來完成的。其方法是先將檢測儀探頭置于梁端上緣混凝土豎直側(cè)面，用透射法測定首波傳速時(shí)間，可測一組數(shù)據(jù)；再將檢測儀探測頭置于跨中上緣混凝土豎直側(cè)面，測出另一組數(shù)據(jù)；然后根據(jù)公式
確定同一片梁跨中波的傳播時(shí)間和梁端波的傳播時(shí)間比值Kv；再將Kv代入公式Fh＝100.29×[-14.92+8.116Kv]求出混凝土梁跨中混凝土的疲勞損傷度Fh；然后根據(jù)各種類型梁混凝土的疲勞損傷度Fh和跨中下緣鋼筋疲勞損傷度Fg的關(guān)系，確定全梁的剩余疲勞壽命。
實(shí)現(xiàn)上述方法是由檢測儀完成的，它主要包括接收器、發(fā)射器、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、示能器波形輸出等，其特征是它設(shè)有數(shù)據(jù)存貯系統(tǒng)和微機(jī)接口。
本發(fā)明一改傳統(tǒng)的混凝土橋梁疲勞壽命檢測方法，通過用超聲波探測橋梁中上緣混凝土拉應(yīng)力所產(chǎn)生的肉眼看不到的疲勞裂紋，可當(dāng)場測定混凝土橋梁疲勞損傷度并能準(zhǔn)確的計(jì)算橋梁的剩余疲勞壽命，它排除了環(huán)境因素的影響，且經(jīng)過幾千萬次的疲勞試驗(yàn)，具有堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，這項(xiàng)技術(shù)填補(bǔ)了國內(nèi)國際上橋梁疲勞檢測技術(shù)方面的空白。本發(fā)明測定方法簡單、快速、容易實(shí)現(xiàn)，檢測儀體積小，重量輕，特別適合于野外作業(yè)，可廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外橋梁的疲勞檢測中。


圖1為本發(fā)明測定樣本點(diǎn)與回歸曲線關(guān)系圖；圖2為本發(fā)明檢測儀原理示意圖。
下面詳述本發(fā)明。
根據(jù)橋梁的受力狀況來看，混凝土橋梁在運(yùn)營活載作用下，上緣混凝土在橋梁軸線方向會產(chǎn)生壓應(yīng)力，由于波桑比的緣故，上緣混凝土沿橫橋方向產(chǎn)生拉應(yīng)力，這種拉應(yīng)力雖然較小，在一次作用后不會對橋梁產(chǎn)生顯著影響，但在長期反復(fù)作用下，這種拉應(yīng)力將會引起微小的疲勞裂紋，這種微小的疲勞裂紋隱藏在混凝土梁內(nèi)部，肉眼無法觀測。普通混凝土超聲檢測儀的測試對象雖然也是混凝土，但它們的目的是測定混凝土的強(qiáng)度或明顯裂紋的深度等，這種方法對測試的準(zhǔn)確性顯然是不夠的。因此，必須測定橋梁的微小疲勞裂紋以準(zhǔn)確的估計(jì)橋梁的受損程度?；炷翗蛄浩跈z測技術(shù)便是基于這一原理而發(fā)明的，檢測儀的檢測對象就是這種由疲勞引起的大量存在于混凝土中的極微小的裂紋。它通過超聲波探測混凝土橋梁中上緣沿橫橋方向拉應(yīng)力所產(chǎn)生微小的疲勞裂紋以測定該混凝土橋梁的疲勞壽命。其方法是用混凝土橋梁疲勞檢測儀測定橋梁時(shí)，將發(fā)射探頭和接受探頭置于梁端上緣混凝土豎直側(cè)面，用透射法測定首波傳速時(shí)間Ti′，一組取10個(gè)數(shù)據(jù)，即i＝1，2，3，……10；然后將探頭置于跨中上緣混凝土豎直側(cè)面，測出另一組數(shù)據(jù)Ti″，i＝1，2，3，……10。令Kv=[Σi=110Ti′′]/[Σi=110Ti′]----(1)]]>參數(shù)Kv是關(guān)鍵指標(biāo)之一。由于在運(yùn)營荷載作用下，梁端上緣混凝土幾乎沒有應(yīng)力產(chǎn)生，而跨中混凝土受力最大，這兩處的疲勞損傷差別很大，因此Kv＞1，只有才投入運(yùn)用的梁Kv才會等于1。環(huán)境的影響，混凝土的碳化，表面龜裂等都會影響聲波的傳播速度。本發(fā)明采用的是同一片梁跨中的波傳播時(shí)間和梁端的波傳播時(shí)間的比值Kv，所以，它排除了環(huán)境因素的影響。
將Kv代入下式Fh＝100.29×[-14.92+8.116Kv](2)可以計(jì)算出混凝土梁跨中混凝土的疲勞損傷度Fh，其值在0.95Fh～1.05Fh之間；再用橋梁理論，計(jì)算出鋼筋的損傷度和這片梁的剩余疲勞壽命。
式(2)為混凝土梁疲勞損傷度，由混凝土梁疲勞損傷曲線1gKN＝-14.92+8.116Kv (3)為引入?yún)?shù)0.29后推得。式(3)是在3388萬次疲勞試驗(yàn)中，將測試數(shù)據(jù)用回歸方法整理求得，樣本點(diǎn)與回歸曲線的關(guān)系如圖1。
式(3)是樣本群的中值曲線，因此，在測試實(shí)橋時(shí)也取測試數(shù)據(jù)的平均數(shù)，如式(1)。
混凝土橋梁疲勞檢測儀是在現(xiàn)有超聲波儀基礎(chǔ)上所作的改進(jìn)，如圖2所示，它包括兩個(gè)探頭、A/D轉(zhuǎn)換裝置、放大器、掃描時(shí)標(biāo)、示波輸出器、計(jì)數(shù)顯示電路，其特點(diǎn)是它設(shè)置了數(shù)據(jù)存貯系統(tǒng)，并與計(jì)算機(jī)聯(lián)接，便于保存從野外測得的數(shù)據(jù)和進(jìn)行計(jì)算機(jī)分析。
權(quán)利要求
1.一種混凝土橋梁疲勞檢測技術(shù)，其特征在于它通過超聲波操測混凝土橋梁中上緣沿橫橋方向拉應(yīng)力所產(chǎn)生的微小疲勞裂紋以測定該混凝土橋梁的疲勞壽命。它由下列步驟組成1>先將檢測儀探測頭置于梁端上緣混凝土豎直側(cè)面，用透射法測定首波傳播時(shí)間，可測定一組n個(gè)數(shù)據(jù)；2>再將檢測儀探測頭置于梁跨中上緣混凝土豎直側(cè)面，測出另一組n個(gè)數(shù)據(jù)；3>根據(jù)公式Kv=[Σi=1nT1′′]/[Σi=1nTi′]]]>其中Ti″和Ti，′分別為跨中和梁端波的傳播時(shí)間，Kv為同一片梁跨中波的傳播時(shí)間和梁端波的傳播時(shí)間比值；4>將Kv代入下列公式.Fh＝100.29×[-14.92+5.116Kv]式中Fh為混凝土梁跨中混凝土的疲勞損傷度，其值在0.95Fh～1.05Fh之間；5>根據(jù)Kv值，評定橋梁的疲勞損傷度和剩余疲勞壽命。
2.如權(quán)利要求1所述的混凝土橋梁疲勞檢測儀，主要包括接收器、發(fā)射器、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、示波器波形輸出等，其特征在于它設(shè)有數(shù)據(jù)存貯系統(tǒng)和微機(jī)接口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混凝土橋梁疲勞檢測儀，其特征在于公式
中n為10。
全文摘要
一種混凝土橋梁疲勞檢測技術(shù)及檢測儀,其特征是它用超聲波探測混凝土橋梁中上緣沿橫橋方向的拉應(yīng)力產(chǎn)生微小的疲勞裂紋以測定該混凝土橋梁的疲勞壽命。通過測定同一片梁跨中的波傳播時(shí)間和梁端的波傳播時(shí)間的比值Kv,再根據(jù)回歸曲線公式確定K
文檔編號G01N29/04GK1201146SQ97108090
公開日1998年12月9日 申請日期1997年6月3日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月3日
發(fā)明者文雨松 申請人:長沙鐵道學(xué)院