姜昕

摘 要：本研究基于某橋梁工程，針對橋梁結(jié)構(gòu)病害進(jìn)行了分析，初步探討了混凝土橋梁結(jié)構(gòu)檢測中聲波檢測技術(shù)的應(yīng)用。檢測結(jié)果顯示，聲波檢測技術(shù)可對橋梁病害準(zhǔn)確定位，對橋梁工程波紋管注漿及澆筑質(zhì)量具有重要作用，與橋梁工程實際相符。

關(guān)鍵詞：混凝土橋梁;聲波檢測;橋梁病害

1 混凝土橋梁工程基本情況

某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋梁，主橋段600米長，梁體單箱單室三向預(yù)應(yīng)力變高箱梁23米頂寬、12米底寬，翼緣板懸臂5米長，自中跨到邊跨相繼合龍張拉，跨和邊跨在橋墩張拉施工中，產(chǎn)生混凝土底板崩裂，采取加固措施進(jìn)行修復(fù)后，底板壁又產(chǎn)生開裂。在橋梁箱梁合龍段為深入了解結(jié)構(gòu)缺陷及梁板與設(shè)計強度相符程度，采用聲波檢測技術(shù)檢測橋梁預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。

2 聲波檢測技術(shù)

混凝土結(jié)構(gòu)中力學(xué)強度與聲波傳播速度間具有定量關(guān)系，彈性模量對聲波波速具有直接影響，使混凝土結(jié)構(gòu)強度得到反映。介質(zhì)力學(xué)性質(zhì)采用剪切模量、彈性模量及泊松比等參數(shù)進(jìn)行表征，混凝土是一種脆性材料，波速與其標(biāo)準(zhǔn)試塊抗壓強度具有正相關(guān)關(guān)系，試驗測試數(shù)據(jù)對兩者之間的冪指數(shù)關(guān)系進(jìn)行證明。由于混凝土骨料在不同施工區(qū)域具有不同成分，其抗壓強度回歸參數(shù)有差別，混凝土強度根據(jù)試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行評價，據(jù)此可確定混凝土結(jié)構(gòu)存在的缺陷。

3 聲波檢測技術(shù)

3.1 聲波檢測結(jié)果

本橋梁工程檢測頂板聲波面積1 300平米，波速均值4.71千米/秒，混凝土強度超過C45，混凝土強度及聲波波速在頂梁板中間主體結(jié)構(gòu)中較高，波速大于4.79千米/秒，連續(xù)且均勻分布，強度為C60。但聲波波速在頂板兩翼部位稍低，特別是頂板右翼有低波速帶寬2～3米，波速在2.2～4.2千米/秒之間，橋梁中頂板兩翼不是主要受力部位，幾乎不影響橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

檢測橋梁底板聲波中，檢測聲波面積550平米，波速均值4.08千米/秒，混凝土強度符合設(shè)計范圍C40-C45。底板不同于頂板，波速和強度非均勻分布，中間波速大于4.11千米/秒，但四周波速小于3.08千米/秒，在檢測面積中有一半小于3.09千米/秒。連接腹板的底板兩翼與橋梁結(jié)構(gòu)強度具有重要關(guān)系，在右側(cè)腹板連接底板右翼緣部位有平均不大于2.05千米/秒低波速區(qū)域2～3米寬，連接左側(cè)翼緣部位有不大于3.02千米/秒低波速區(qū)域1～1.5米寬，在這兩個低波速區(qū)域存在橋梁底板裂縫，本橋梁工程具有最小的箱梁底板結(jié)構(gòu)強度。

檢測左腹板聲波中，檢測聲波面積325平米，波速均值4.47千米/秒，強度超過C50，均勻波速反映出左腹板施工質(zhì)量較高。左腹板下部在小里程和大里程側(cè)的局部性異常高低速區(qū)域，無較大幅度，幾乎不影響橋梁腹板結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

檢測右腹板聲波中，檢測面積325平米，與檢測左腹板面積一致，聲波平均波速千米/秒，強度大于4.68千米/秒，波速與梁板強度比左腹板大，聲波均勻分布的波速，控制施工質(zhì)量效果較好。在聲波波速方面，右腹板上部稍低于下部，上部局部性異常低速區(qū)域1米寬，平均波速4.08千米/秒，右腹板下部普遍具有較高的波速，平均大于4.57千米/秒。橋梁右腹板有比較均勻的波速，異常低速區(qū)域只有較小面積，幾乎不影響腹板結(jié)構(gòu)，腹板具有較高的結(jié)構(gòu)強度，使橋梁結(jié)構(gòu)明顯提高承載力。

3.2 預(yù)應(yīng)力箱梁聲波檢測結(jié)果

分析橋梁頂板、左右腹板及底板聲波檢測結(jié)果可知，箱梁頂板及左右腹板混凝土結(jié)構(gòu)的聲波波速較高，分別為4.72千米/秒、4.42千米/秒、4.61千米/秒，混凝土強度與設(shè)計值C50-C70相符，混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量和連續(xù)性較好，無貫通性低速結(jié)構(gòu)。箱梁底板聲波波速平均4.08千米/秒，與C30-C40強度相當(dāng)，不均勻分布的波速，在底板結(jié)合腹板部位有條帶性聲波較小傳輸速度區(qū)域，最小只有3.08千米/秒，有明顯質(zhì)量缺陷，不影響橋梁結(jié)構(gòu)承載力。條帶性低速區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的裂縫，施工企業(yè)對此應(yīng)提高重視程度。針對本橋梁混凝土結(jié)構(gòu)為深入研究其存在的質(zhì)量缺陷，對試驗板澆筑采用強度不同的聲波進(jìn)行檢測，比較檢測結(jié)果與設(shè)計缺陷，準(zhǔn)確評價本橋梁工程的聲波檢測技術(shù)。

強度不同的試驗板CT剖面波速顯示，在未振和過振區(qū)域，聲波較低速傳輸，小于4.08千米/秒，輕振區(qū)域有較高波速，大于4.08千米/秒。聲波在C50混凝土結(jié)構(gòu)中可達(dá)5.15千米/秒的最高波速，波速居中的C40混凝土在4.5～5.1千米/秒之間，波速最低的C30混凝土結(jié)構(gòu)在3.6～4.3千米/秒之間，符合混凝土力學(xué)性能指標(biāo)試驗測試結(jié)果。

根據(jù)試驗板CT剖面中分布的波速結(jié)果發(fā)現(xiàn)，20×20厘米泡沫板、30×30厘米泡沫板及60×10×5厘米木板的設(shè)計梁中存在缺陷的3個區(qū)域與顯示較大的3個低速區(qū)域相對應(yīng)。檢波器在試驗中按照25厘米激發(fā)點間距進(jìn)行布置，應(yīng)用0.25×0.25米計算網(wǎng)格，因較大的分辨率，在10×10厘米泡沫板中難以分辨出異常體。15厘米直徑、65厘米長空心波紋管，因較小的橫截面，傳播的高速聲波檢測射線將外側(cè)壁完全繞過，在空心波紋管中無法分辨出異常體。針對較小體積結(jié)構(gòu)的磚塊，聲波波速大于低標(biāo)號混凝土，在檢測結(jié)果圖中盡管有較深顏色，表現(xiàn)為高速，但對其引發(fā)原因無法確定。聲波CT檢測試驗結(jié)果符合橋梁實際，聲波波速分布圖可對橋梁結(jié)構(gòu)澆筑的均勻性、缺陷及混凝土強度等進(jìn)行準(zhǔn)確清晰反映。對混凝土結(jié)構(gòu)強度試驗板分析其記錄的聲波散射時程，上下分別為二維瞬態(tài)譜和散射能量，在二維瞬態(tài)譜坐標(biāo)系中，波速傳播時間、頻率分別由橫軸、縱軸進(jìn)行表示。不同傳播時間對應(yīng)分布的能量頻率不同，可由記錄的聲波散射時程結(jié)果進(jìn)行反映，混凝土試件強度缺陷脫空程度反映出強弱能量，表示波速散射的橫軸表明發(fā)生散射能量的空間位置，小面積缺陷導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)試件散射波高頻能量。有關(guān)試驗數(shù)據(jù)顯示，引發(fā)1～2米范圍內(nèi)混凝土試件產(chǎn)生強散射能量的主要原因是端頭附近空區(qū)及敲擊影響，波紋管在不同位置產(chǎn)生缺陷，總計缺陷共2.3米長。

4 總結(jié)

綜上所述，本研究中根據(jù)橋梁檢測結(jié)果可知，聲波檢測技術(shù)可準(zhǔn)確定位橋梁澆筑質(zhì)量及波紋管注漿缺陷程度，與橋梁工程實際相符。在檢測橋梁混凝土結(jié)構(gòu)病害中聲波無損檢測技術(shù)的應(yīng)用廣泛，目前，在橋梁結(jié)構(gòu)無損檢測中無損檢測技術(shù)已有一定程度的應(yīng)用，有關(guān)實踐效果顯示，無損檢測技術(shù)結(jié)合外觀檢測、動靜載試驗等方法進(jìn)行應(yīng)用，可全面準(zhǔn)確評價橋梁混凝土結(jié)構(gòu)病害，對于提高橋梁安全具有重要作用。

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