锚杆无损检测技术在桥梁检测中的应用

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锚杆无损检测技术在桥梁检测中的应用

以重庆市黄花园嘉陵江大桥为例,介绍锚杆无损检测仪RSM-SBT在桥梁竖向预应力检测中的应用方法、注意事项及其局限性,为今后桥梁竖向预应力长度和灌浆密实度的检测提供宝贵的经验和参考。

一、工程概况

黄花园大桥主桥上部结构为1024.32m的5跨预应力混凝土连续刚构桥。左右幅分离,每幅箱梁为单箱单室预应力混凝土箱梁,箱梁顶宽15m,梁宽7m,梁高4.3m~13.8m。设计荷载:汽车-超20级,挂车-120,人群荷载3.5kN/㎡,地震烈度:按七度设防,该桥1996-12-26开工,1999年竣工。

二、该桥竖向预应力钢筋主要病害

根据养护单位的历年检查,黄花园大桥箱梁底面竖向预应力钢筋脱落情况较为严重,箱梁底面脱落的预应力钢筋分别在2004年、2008年和2010年进行过3次集中整治处理。2011年2月又在桥面发现多处坑槽,疑似竖向预应力钢筋露头。

三、检测方法及结果

      1. 锚杆无损检测仪的基本理论

利用声频应力波(简称声波)对露头竖向预应力钢筋进行灌浆饱满度无损检测。若预应力管道中存在注浆不密实段,则复合杆件的截面积及波阻抗发生变化,在波阻抗差异界面将产生反 射应力波,杆中反射应力波的相对能量强度与注浆密实度差异程度有关。一般密实度越好,反射波的能量越强,衰减越慢;不 密实区段越多,则波阻抗界面越多,反射应力波越多。当杆端头被激发应力波后,锚杆端头的应力波动能为

其中,反射波能量

式中:m为单位质量;v为锚杆端头质点振动速度;E0为杆端入射波能量,固定激发方式时可视为常量。

如果以杆长作为变量代替时间变量,得到

把反射波能量与入射波能量的比值作为锚杆的应力波能量反射率:
式中:当等于钢筋长度L时,即为钢筋全长范围内的反射波总动能,钢筋应力波能量反射率与钢筋注浆密实度存在一定的相关关系。
      2. 试验标定

结合本次检测具体情况,进行本次标定试验。本次标定有:①对杆体波速进行标定,用来指导本项目实际的实测杆长计算;②对钢筋中间机械接头的不同状态进行模拟,确定本次实际检测的杆底信号位置和机械接头位置。针对试验标定内容,设置5个工况,其中工况1是进行杆体波速标定,其余工况是进行接头(套筒)状况模拟,见图1。标定试验部分波形如图2所示。

通过本次标定试验,可得出:

1)杆体波速为5200m/s;

2)在中间套筒接头密实的情况下,可以测得整个钢筋体系的杆长(即上下两根钢筋),中间的套筒接头在信号中没有明显反应;

3)仪器对杆底扩径(即工况4)没有相应的反应信号;

4)对于中间套筒处,机械接头不密实的情况下,仪器可得到第1段钢筋的反射信号,未测到底部第2段钢筋的响应信号。

      3. 检测结果

根据标定结论和参数,对5根竖向预应力钢筋进行检测,其中4根墩顶长预应力钢筋由于受钢筋本身机械接头的影响,不能对其整体质量做出判断;跨中较短的1根预应力钢筋被评定为合格。

四、注意事项及局限性

1)测试前,对杆体波速和杆系波速进行标定十分重要的,各桥使用的竖向预应力钢筋规格不同、 材质不同,其相应的波速也不同;

2)测试过程中,对测试的预应力钢筋头,必须进行打磨,从而是探头和待检钢筋较好的耦合;

3)对每根预应力钢筋应现场采集多个波形,对采集的波形进行初步判断,各次采集的波形一致较好方可;

4)测试现场应避免车辆通过或大型机械作业, 从而避免采集的波形受到干扰。

5)较长的预应力钢筋,中间可能有套筒接头, 若上下两端钢筋接触不好,仪器很难测出下面一段钢筋的波形,这也是这种方法的局限性。

五、结束语

通过采用锚杆无损检测仪对重庆市花黄园嘉陵江大桥的竖向预应力钢筋的检测,是对钢筋长度和灌浆密实度检测方法的一次大胆创新和探索,实践证明锚杆无损检测仪对竖向预应力钢筋的长度和密实度检测是可行的,同时也具有一定的局限性。

六、 MC-5320锚杆检测仪

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