運用fwd對橋梁鉸縫狀況檢測的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及針對橋梁的檢測方法，具體地說是一種運用FWD對橋梁鉸縫狀況檢測 的方法。
【背景技術】
[0002] 鋼筋混凝土和預應力混凝土空心板橋因其自重輕、結構性能好、施工方便、可大批 量工廠化集中預制等諸多有利因素而被廣泛使用。但隨著重載車輛的迅速增長，同時伴隨 著自然環境的影響、某些局部設計不合理、施工工藝條件限制等種種因素，一些在役公路橋 梁的通行能力面臨著嚴峻的考驗。
[0003] 橋梁發生破壞前總是鉸縫先發生破壞，而鉸縫破壞必然導致橋梁耐用性能的劣 化。工程中常見的混凝土鉸縫形式有圓形、菱形和漏斗形三種，其中漏斗形因其施工方便， 共同受力性能較好，故應用較多。
[0004] 空心板鉸縫從初始的完好狀態至失效有個過程，一般先是鉸縫微裂縫擴展，逐漸 形成通縫，通縫引導橋面鋪裝開裂，接著裂縫沿鉸縫縱向擴展。裂縫的出現不等于鉸縫傳荷 馬上失效，因為裂縫斷裂面上集料的嚙合作用還可以傳遞剪力，隨著荷載的繼續作用，裂縫 逐漸張開變寬，裂縫斷裂面發生磨擦，斷裂面的粗糙表面逐漸被磨平，雨水滲入帶著磨出的 細粉末，沿著鉸縫裂縫流下。雨水里往往含有腐蝕性物質（如碳酸等），更加劇了斷裂面的 磨蝕（伴有化學反應），常見的空心板下緣鉸縫處流出的白色物質就是這些被磨出的粉末。 從裂縫的出現到無法傳遞剪力，是鉸縫傳荷開始失效到完全失效的一個過程，這個過程短 則一年，長則幾年或更長。如果因為新舊砼粘結不良而導致鉸縫砼脫落，則鉸縫的失效過程 更快。
[0005] -旦出現鉸縫破壞病害，橋梁結構的整體性將被削弱，使承重構造處于極為不利 的受力狀態，降低了整個橋梁結構的耐久性，給行車安全帶來嚴重隱患。同時使橋面板的承 載能力大大降低、撓度增大，這意味著在正常荷載作用下橋面板超出了極限狀態，正彎矩處 將產生裂縫。病害發展到一定程度，將會影響到整條公路的正常運營，造成嚴重的經濟損 失。
[0006] 鉸縫破壞現象一般特征為： (1) 一般發生在行車道范圍內，特別是重車行駛方向。重車車輪直接作用在板梁上，導 致鉸縫破壞病害更容易發生在行車道輪跡部位附近，發生病害的鋼筋混凝土板梁橋，其鉸 縫混凝土被拉壞或剪壞，并逐步松散而脫落，使橋梁的橫向聯系效果明顯下降，橋梁整體受 力性能降低。
[0007] (2)行車道處破壞鉸縫的上方瀝青面層，由于車輪的沖擊疲勞作用，普遍存在車轍 和具有規律性的縱向貫通裂縫，嚴重時形成一條破碎帶。
[0008] (3)鉸縫破壞病害總是和水損害等其它病害伴隨發生，據統計，半數以上板梁結構 橋中存在鉸縫滲水現象。
[0009] (4)鉸縫破壞病害大多發生在橋梁運營通車三、四年后，而且有逐年增加的趨勢。 如果沒有及時進行加固處理，鉸縫破壞病害會逐漸加重，進入塑性變形，鉸縫破壞后兩側的 板之間形成永久性臺階。
[0010]目前，鑒定鉸縫破損程度的方法一般為荷載試驗法，通過荷載試驗所確定的橫向 力分布分析鉸縫是否仍能正常傳遞剪力。然而，荷載試驗代價較大，且需要較長時間的交通 封閉。
[0011] 落錘式彎沉儀（FWD)是上世紀80年代研發的新一代彎沉檢測設備，90年代后引入 中國，目前主要用于檢測車輛動態荷載下路面的彎沉。參見圖1，FWD通過一定質量的重物 自由落下錘擊出一塊具有一定剛性的承載板(半徑15cm)作用于路面，然后通過按一定間距 布置的傳感器來測定路表的變形響應（即所謂的彎沉盆)。相比其他彎沉檢測設備，FWD能 夠獲取實際交通荷載作用下的整個彎沉盆狀況，一個測點耗時只需1一2分鐘，測速快且安 全。FWD的上述特點十分符合橋梁鉸縫的檢測需求，因此考慮將FWD應用于橋梁鉸縫狀況的 檢測。

【發明內容】

[0012] 本發明為解決現有的問題，針對已建好橋能夠方便、快捷地對鉸縫的破損程度進 行檢測，旨在提供一種運用FWD對橋梁鉸縫狀況檢測的方法。
[0013] 本發明的技術方案包括如下步驟： 步驟一，在跨中檢測橫斷面上各條鉸縫， 步驟二，在縱向向橋頭方向間隔L選下一個斷面； 步驟三，用FWD設備在垂直于鉸縫的方向上檢測鉸縫的橫向鉸接能力； 步驟四，根據鉸縫傳荷能力分級標準對于鉸縫狀況進行評估。
[0014] 其中，步驟三中，將FWD檢測車在與鉸縫呈30度夾角的方向上檢測鉸縫的橫向鉸 接能力。
[0015] 其中，步驟三中，將FWD設備的傳感器布置在離載荷板中心一定距離的位置上，采 用插值的方法測得彎沉，再計算鉸縫鉸接能力系數。
[0016] 進一步的，FWD設備的傳感器得到彎沉D(1)、D(2)和D(3)，運用計算公式：
即得到鉸縫鉸接能力系數。
[0017] 其中，所述間隔1^取5~1〇111。
[0018] 相對于現有技術，本發明將FWD設備用于已建好橋梁的養護維修檢測中的鉸縫鉸 接能力的檢測與評價，可以快速、精確有效地測量橋梁鉸縫鉸接能力，對交通的影響較小， 準確度高。
【附圖說明】
[0019] 圖1是FWD檢測的示意圖； 圖2是FWD的工作原理的示意圖； 圖3是本發明垂直于鉸縫方向檢測鉸接時的示意圖； 圖4為本發明垂直于鉸縫方向檢測鉸接時的示意圖； 圖5為本發明與鉸縫呈30度夾角方向上檢測鉸接時的示意圖； 圖6為本發明與鉸縫呈30度夾角方向上檢測鉸接時的示意圖； 圖7為鉸縫檢測時的傳感器布設的示意圖。
【具體實施方式】
[0020] 下面結合實施例對本發明的具體實施方法作進一步描述。該實施例用于更加清楚 地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護范圍。
[0021] 本實施例所采用的檢測方案是先在跨中檢測橫斷面上各條鉸縫，然后縱向向橋頭 方向間隔選下一個斷面。
[0022] 參見圖3和圖4,當待檢橋梁交通便于封閉時，可將FWD檢測車在垂直于鉸縫的方 向上檢測鉸縫橫向鉸接能力，由于對于FWD檢測橋梁鉸縫尚無明確規范，因此，參考《公路 水泥混凝土路面設計規范》（JTGD40- 2002)評定鉸縫傳荷能力：
[0023] 式中：尤.為鉸縫傳荷能力系數； :?.為未受荷板接縫邊緣處的彎沉值； 丨巧於為受荷板接縫邊緣處的彎沉值。
[0024]由于水泥混凝土結構剛度很大，整體受力均勻，可以采用插值的方法得到鉸縫邊 緣處的彎沉@、，。參見圖7,對于常用的九個傳感器的FWD設備，各傳感器距荷載板中心 的距離分別為 0cm、20cm、30cm、60cm、90cm、120cm、150cm、180cm、210cm。 而板梁橋上鉸縫寬度一般為l〇cm。
[0025] 根據傳感器間的距離，采用線性插值，可以得到：
進而求得鉸縫鉸接能力系數公式如下：
式中：? 一鉸縫鉸接能力系數； iK.l) 一荷載中心傳感器測得彎沉； iK2) - 2號傳感器(距荷載中心20cm)測得彎沉。
[0026] 別3)-3號傳感器(距荷載中心30cm)測得彎沉。
[0027] 將鉸縫傳荷能力分為4個等級，分級標準見表1。
[0028] 表1鉸縫傳荷能力分級標準
本實施例中，為上海郊環高速上某梁式橋鉸縫進行維修后，采用本評價方法對鉸縫維 修效果進行評價。從一車道內側向外，依次將鉸縫進行編號，根據橋梁圖紙，現場量測標定 各鉸縫位置，然后在跨中、以及行車方向上距跨中5m的兩側橋梁橫斷面上檢測3~10號鉸縫 的傳荷能力。
[0029] 得到各檢測位置D(1)、D(2)和D(3)的動態彎沉數據如表2所示。
[0030] 根據表2中的數據，依據上述公式計算鉸接能力系數尤，結果如表3。
[0031] 由表3可以看出，維修后，各鉸縫的的鉸接能力均達到"優良"級別，橋梁各鉸縫狀 況良好。
[0032] 參見圖5和圖6,當待檢橋梁交通不便于封閉時，為減小試驗空間，降低對交通的 影響，可將FWD檢測車在與鉸縫呈30°夾角的方向上檢測鉸縫橫向鉸接能力，其他步驟與 上述實施例類似，故不予贅述。
[0033] 需要特別指出的是，傳荷等級為中、次、差的鉸縫需進行維修。對傳荷能力為"中" 級的鉸縫，可采用灌漿加固法或板底鉸縫處設置鋼板來增強傳荷能力。對傳荷能力為"次" 級的鉸縫，可采用加厚橋面板和橋面板底設置鋼板等方法對鉸縫進行補強。而對于出現 "差"級鉸縫的橋梁，可拆除原橋面鋪裝，清理原空心板間混凝土鉸縫后重新灌注高強無收 縮灌縫材料并施加橫向預應力鋼筋。
[0034] 上述僅為本發明的優選實施方式，應指出的是，對于本行業內的普通技術技術人 員而言，在本發明的原理之下可以由一些改進和替換，該改進和替換也應視為本發明的保 護范圍。
【主權項】
1. 一種運用FWD對橋梁較縫狀況檢測的方法，其包括如下步驟： 步驟一，在跨中檢測橫斷面上各條較縫； 步驟二，在縱向向橋頭方向間隔L選下一個斷面； 步驟=，用FWD設備在垂直于較縫的方向上檢測較縫的橫向較接能力； 步驟四，根據較縫傳荷能力分級標準對于較縫狀況進行評估。2. 根據權利要求1所述的一種運用FWD對橋梁較縫狀況檢測的方法，其特征在于：步 驟=中，將FWD檢測車在與較縫呈30度夾角的方向上檢測較縫的橫向較接能力。3. 根據權利要求1或2所述的一種運用FWD對橋梁較縫狀況檢測的方法，其特征在于： 步驟=中，將FWD設備的傳感器布置在離載荷板中屯、一定距離的位置上，采用插值的方法 測得彎沉，再計算較縫較接能力系數。4. 根據權利要求3所述的一種運用FWD對橋梁較縫狀況檢測的方法，其特征在于：FWD 設備的傳感器得到彎沉D(1)、D(2)和D(3)，運用計算公式：即得到較縫較接能力系數。5. 根據權利要求1所述的一種運用FWD對橋梁較縫狀況檢測的方法，其特征在于：所 述間隔L取5~10m。
【專利摘要】本發明涉及一種運用FWD對橋梁鉸縫狀況檢測的方法，包括如下步驟：在跨中檢測橫斷面上各條鉸縫；在縱向向橋頭方向間隔L選下一個斷面；用FWD設備在垂直于鉸縫的方向上檢測鉸縫的橫向鉸接能力；根據鉸縫傳荷能力分級標準對于鉸縫狀況進行評估。本發明將FWD設備用于已建好橋梁的養護維修檢測中的鉸縫鉸接能力的檢測與評價，可以快速、精確有效地測量橋梁鉸縫鉸接能力，對交通的影響較小，準確度高。
【IPC分類】G01M99/00, E01D22/00
【公開號】CN105372089
【申請號】CN201510874459
【發明人】王曉宇, 楊群, 夏姝麗, 任載權
【申請人】上海浦江橋隧高速公路管理有限公司
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年12月2日