橋梁在一個國家的交通運輸和經濟發(fā)展中占有重要地位,作為連接公路的紐帶與咽喉。與其他基礎設施相比,橋梁造價相對較高、投資較大,社會效益影響較大。因此,人們總是采取各種有效措施確保其工程質量,其中穩(wěn)定性的研究以及
橋梁檢測工作是保證橋梁質量安全的重要手段。
一、現(xiàn)代橋梁的穩(wěn)定性
隨著中國橋梁建設事業(yè)的迅速發(fā)展,橋梁的形式多種多樣,但是橋梁的失穩(wěn)問題越來越突出,比如鋼管混凝土拱橋,它是近年來發(fā)展迅速的一種橋型,雖然其優(yōu)點很突出,但其失穩(wěn)問題也很突出,隨著跨徑的增大,失穩(wěn)越嚴重,這給橋梁設計師帶來了很多困難。因此穩(wěn)定性的研究對橋梁建設的發(fā)展極其重要。
?。ㄒ唬┯绊憳蛄悍€(wěn)定性的因素
1.溫度的變化。
?、僭摌蛄旱姆€(wěn)定系數(shù)隨著溫度的降低而提高。
②對于同一種工況,溫度下降的幅度越大,穩(wěn)定系數(shù)提高的越多。由此可見,溫度的變化對橋梁穩(wěn)定性有影響。
2.施工材料及施工工藝。在施工現(xiàn)場或橋梁事故現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的問題一般都與施工材料有關,比如采用低強度的磚、水泥、混凝土以及不合格的鋼筋。對于施工工藝,支架與模板的安裝不得當;在鋼筋綁扎時,未對鋼筋的接頭和數(shù)量等問題給予足夠的關注;在混凝土的澆筑過程中,工人澆筑不規(guī)范等問題。這些存在的問題都會嚴重影響到橋梁的穩(wěn)定性。
3.鋼筋混凝土的保護層厚度。從最外層鋼筋的外邊緣到混凝土截面外邊緣的垂直最小距離為鋼筋混凝土的保護層厚度。通常情況下,鋼筋混凝土在特定的外界環(huán)境影響下易發(fā)生凍融循環(huán)、碳化作用、氯化腐蝕等現(xiàn)象。這些現(xiàn)象將直接造成混凝土壓碎并對混凝土造成永久性不可逆的損傷或因鋼筋銹蝕造成的結構破壞。保護層的主要作用在于保護混凝土構件內部的鋼筋避免因化學反應而引起的腐蝕破壞,從而避免對橋梁穩(wěn)定性的影響。
二、加強橋梁穩(wěn)定性設計的思路
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鋼筋混凝土是在建筑工程中經常會用到的一種復合材料,又叫鋼筋混凝土,指的是鋼筋與混凝土的混合體。因為鋼筋有一定的強度,而混凝土又適合對一些中空的區(qū)域進行填充澆筑,將兩者結合到一起,就可以將兩者的優(yōu)點結合在一起?;炷吝€可以起到保護鋼筋的作用,因為在一般的情況下,鋼筋極容易受到外界環(huán)境的腐蝕,比如氧化腐蝕(生銹),氯化腐蝕等等。有了一層混凝土的保護,則會將腐蝕破壞的效果降低一些。但是,混凝土對鋼筋也是一把雙刃劍,混凝土本身對鋼筋的影響也是很大的,如果在混凝土中加入過量的砂石,可能會在鋼筋與混凝土發(fā)生相對位移時磨損鋼筋,也可能由于在混凝土中混有的大量化學物質將鋼筋主體腐蝕,這種腐蝕的損傷都是不可逆的。除此以外,混凝土如果處理不當,會在澆筑之后出現(xiàn)裂縫,或是出現(xiàn)漏雨漏水的現(xiàn)象,這樣也會腐蝕鋼筋。在施工過程中或是養(yǎng)護過程中,發(fā)現(xiàn)鋼筋混凝土出現(xiàn)的問題,就要馬上給予解決的措施,不能夠忽視一些小的事故或問題,不然就很容易養(yǎng)虎為患,到了最后出現(xiàn)大的問題,造成不可挽回的影響。最有效的辦法就是加厚混凝土保護層,這樣能從根本上解決鋼筋受腐蝕的問題,有效的提升橋梁的重力荷載。
(二)防水層
最近幾年新建的橋梁數(shù)量很多,我們也很容易發(fā)現(xiàn),在媒體中報道的一些橋梁通車不長的時間,有的是一年,有的不到一年,還有的正在驗收期,就出現(xiàn)了不同程度的塌陷狀況或其他的質量問題。我們不禁要問,為什么在施工工藝取得了巨大進步的今天,橋梁的質量卻比以前差很多呢?其實最常見的就是水對橋梁的損害。橋梁越建越復雜,可能積水的地方越來越多,但給橋梁清理積水卻沒有專業(yè)的工人,一般都是讓積水揮發(fā)。這樣就會出現(xiàn)很多的不良后果,比如橋面的密度降低,很容易出現(xiàn)車轍,還有的橋梁會出現(xiàn)局部水泥脫落、鋼筋裸露等現(xiàn)象。這樣看來,在橋梁的設計中加入防水層的設計,或是在設計中加入一些防水元素,對橋梁的安全是大有裨益的。還要在設計時將橋面設計成拱形,一般的拱形度數(shù)不超過5%,將水引向橋面兩側,兩側分別設暗溝和排水管,可以有效的導出雨水或積水。
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從上述的介紹中,我們能夠得出這樣的結論,即:橋梁的質量與許多方面有關系,關系最大的有兩個方面,一是設計方面,二是材料方面。材料的優(yōu)劣是鋼筋混凝土自身穩(wěn)定度與荷載的關鍵因素。提高穩(wěn)定度的原理是使鋼筋不被腐蝕破壞,最基本的方法就是降低混凝土層的滲透性,要達到這樣的要求,必須使用高等級的混凝土,密度高且滲透率低,這樣既能夠加強鋼筋混凝土的強度,又能夠使鋼筋在使用的過程中避免損害。這樣的方法也不是百試百靈的,在一些地區(qū),由于環(huán)境的要求,必須使用添加一些化學元素的混凝土,這些化學元素會在鋼筋混凝土的內部腐蝕鋼筋,如果遇到這樣的情況,就要將鋼筋與混凝土結合之前,做好鋼筋的防腐工作,電鍍法是最常用的。
?。ㄋ模┯嬎銠C技術的應用
計算機作為新興技術在橋梁設計時也有很廣泛的應用。在設計前期進行的計算、繪圖、設計等步驟,還有現(xiàn)代為橋梁設計量身而定的軟件,都為設計工作提供了很多的方便。使得圖紙的信息更加有立體感和可操作性。還有,計算機的虛擬技術越來越發(fā)達,事先規(guī)劃好的建筑圖景都可以通過計算機的界面呈現(xiàn)在我們面前,可以借助此功能對建筑提出更多的改造意見。縮小版的橋梁生成以后,可以借助特殊工具的使用去真實的感受。虛擬現(xiàn)實技術也在橋梁設計建筑過程中得到更加廣泛的應用。
三、橋梁檢測技術
?。ㄒ唬┏暡z測技術。超聲檢測技術的基本原理就是利用相關儀器測量分析超生脈沖在介質中的傳播速度、波幅、頻率、周期等參數(shù),然后根據(jù)這些參數(shù)的波動來分析介質中的缺陷。 超聲波檢測技術有很多優(yōu)點,比如使用安全、操作簡單等。超聲法檢測橋梁時,超聲波可以穿透鋼筋混凝土結構并在其中傳播。穿透測試法也受到一些條件限制,檢測時必須有兩個相對的測試面,因此該方法不能用于對隧道混凝土結構的檢測。在穿透檢測技術中,影響發(fā)展的關鍵問題是能否高效地捕捉缺陷信號。因而在橋梁檢測中常采用多測點數(shù)據(jù)比較,通過概率統(tǒng)計的方法來處理數(shù)據(jù),進而評估缺陷。
?。ǘ┑刭|雷達檢測技術。地質雷達技術的特點是無損檢測、經濟快速、精度高、直觀?;驹硎峭ㄟ^地質雷達發(fā)射的高頻電磁波的反射情況來判斷物體內部的缺陷情況。該技術是精度比較高的一種物理探測技術,在工程地質、文物考古、混凝土結構探傷、橋梁檢測等領域應用較為廣泛。
?。ㄈ┞暟l(fā)射法檢測技術。材料內部結構的不均勻、各種性質缺陷的存在,因而會產生局部應力集中的情況,從而導致材料產生裂縫或破壞,在破壞過程中會釋放一部分應力,產生向四周擴散的應力波,這就是聲發(fā)射。
橋梁結構由于內部的缺陷問題,在產生裂縫等破壞過程中會釋放能量,產生應力波。將聲發(fā)射器放在待檢測部位,通過分析收到的聲波時間差就可以確定缺陷的位置。該方法的優(yōu)點是快速和準確。
?。ㄋ模_擊回波法檢測技術。沖擊回波法檢測技術是利用儀器向橋梁待檢測的結構表面發(fā)送應力波,波在結構體里面?zhèn)鞑ィ斢龅饺毕菥筒荒軌蚶^續(xù)穿透而是反射。這樣可以通過分析返回的波確定缺陷的位置,假設沒有缺陷也可以快速測量結構的厚度。
該方法有點是方便和快捷。但由于其檢測的結果不太全面,因而在實際檢測工作中應用較少。
(五)紅外熱像檢測技術。紅外熱像檢測技術原理就是用相關儀器檢測物體放射出的紅外線能量,分析物體表面溫度的分布特點,比較直觀地顯示出待檢測結構的不連續(xù)缺陷。
由于這種技術的非接觸性,它具有一下有點:a、適合非接觸性的大范圍非破壞檢測;b、溫度分辨率高;c、檢測模式靈活。
?。┕饫w傳感器檢測技術。光纖傳感技術是利用光纖對某些特定的物理量敏感的特性,將外界物理量轉換成可以直接測量的信號的技術。光纖傳感器的基本工作原理是將來自光源的光經過光纖送入調制器,使待測參數(shù)與進入調制區(qū)的光相互作用后,導致光的光學性質(如光的強度、波長、頻率、相位、偏振態(tài)等)發(fā)生變化,稱為被調制的信號光,再過利用被測量對光的傳輸特性施加的影響,完成測量。目前開發(fā)的高精度、高分辨率及結構小型化的傳感器多以功能型傳感器為主。目前應用于橋梁檢測中的光纖傳感器主要為相位調制型,用來測量混凝土結構變形及內部應力,檢測大型結構、橋梁健康狀況等,其中最主要的都是將光纖傳感器作為一種新型的應變傳感器使用。
四、結束語
社會主義市場經濟飛速發(fā)展,公路橋梁作為交通運輸現(xiàn)代化的重要組成部分,在社會主義建設中發(fā)揮著越來越大的作用,為人民提供了越來越優(yōu)質的服務。橋梁的設計者和施工者要時刻想著肩上擔負的擔子,建設優(yōu)質工程,為中國的橋梁建筑事業(yè)添磚加瓦。