桥梁在一个国家的交通运输和经济发展中占有重要地位,作为连接公路的纽带与咽喉。与其他基础设施相比,桥梁造价相对较高、投资较大,社会效益影响较大。因此,人们总是采取各种有效措施确保其工程质量,其中稳定性的研究以及
桥梁检测工作是保证桥梁质量安全的重要手段。
一、现代桥梁的稳定性
随着中国桥梁建设事业的迅速发展,桥梁的形式多种多样,但是桥梁的失稳问题越来越突出,比如钢管混凝土拱桥,它是近年来发展迅速的一种桥型,虽然其优点很突出,但其失稳问题也很突出,随着跨径的增大,失稳越严重,这给桥梁设计师带来了很多困难。因此稳定性的研究对桥梁建设的发展极其重要。
(一)影响桥梁稳定性的因素
1.温度的变化。
①该桥梁的稳定系数随着温度的降低而提高。
②对于同一种工况,温度下降的幅度越大,稳定系数提高的越多。由此可见,温度的变化对桥梁稳定性有影响。
2.施工材料及施工工艺。在施工现场或桥梁事故现场发现的问题一般都与施工材料有关,比如采用低强度的砖、水泥、混凝土以及不合格的钢筋。对于施工工艺,支架与模板的安装不得当;在钢筋绑扎时,未对钢筋的接头和数量等问题给予足够的关注;在混凝土的浇筑过程中,工人浇筑不规范等问题。这些存在的问题都会严重影响到桥梁的稳定性。
3.钢筋混凝土的保护层厚度。从最外层钢筋的外边缘到混凝土截面外边缘的垂直最小距离为钢筋混凝土的保护层厚度。通常情况下,钢筋混凝土在特定的外界环境影响下易发生冻融循环、碳化作用、氯化腐蚀等现象。这些现象将直接造成混凝土压碎并对混凝土造成永久性不可逆的损伤或因钢筋锈蚀造成的结构破坏。保护层的主要作用在于保护混凝土构件内部的钢筋避免因化学反应而引起的腐蚀破坏,从而避免对桥梁稳定性的影响。
二、加强桥梁稳定性设计的思路
(一)钢筋混凝土的加厚保护层
钢筋混凝土是在建筑工程中经常会用到的一种复合材料,又叫钢筋混凝土,指的是钢筋与混凝土的混合体。因为钢筋有一定的强度,而混凝土又适合对一些中空的区域进行填充浇筑,将两者结合到一起,就可以将两者的优点结合在一起。混凝土还可以起到保护钢筋的作用,因为在一般的情况下,钢筋极容易受到外界环境的腐蚀,比如氧化腐蚀(生锈),氯化腐蚀等等。有了一层混凝土的保护,则会将腐蚀破坏的效果降低一些。但是,混凝土对钢筋也是一把双刃剑,混凝土本身对钢筋的影响也是很大的,如果在混凝土中加入过量的砂石,可能会在钢筋与混凝土发生相对位移时磨损钢筋,也可能由于在混凝土中混有的大量化学物质将钢筋主体腐蚀,这种腐蚀的损伤都是不可逆的。除此以外,混凝土如果处理不当,会在浇筑之后出现裂缝,或是出现漏雨漏水的现象,这样也会腐蚀钢筋。在施工过程中或是养护过程中,发现钢筋混凝土出现的问题,就要马上给予解决的措施,不能够忽视一些小的事故或问题,不然就很容易养虎为患,到了最后出现大的问题,造成不可挽回的影响。最有效的办法就是加厚混凝土保护层,这样能从根本上解决钢筋受腐蚀的问题,有效的提升桥梁的重力荷载。
(二)防水层
最近几年新建的桥梁数量很多,我们也很容易发现,在媒体中报道的一些桥梁通车不长的时间,有的是一年,有的不到一年,还有的正在验收期,就出现了不同程度的塌陷状况或其他的质量问题。我们不禁要问,为什么在施工工艺取得了巨大进步的今天,桥梁的质量却比以前差很多呢?其实最常见的就是水对桥梁的损害。桥梁越建越复杂,可能积水的地方越来越多,但给桥梁清理积水却没有专业的工人,一般都是让积水挥发。这样就会出现很多的不良后果,比如桥面的密度降低,很容易出现车辙,还有的桥梁会出现局部水泥脱落、钢筋裸露等现象。这样看来,在桥梁的设计中加入防水层的设计,或是在设计中加入一些防水元素,对桥梁的安全是大有裨益的。还要在设计时将桥面设计成拱形,一般的拱形度数不超过5%,将水引向桥面两侧,两侧分别设暗沟和排水管,可以有效的导出雨水或积水。
(三)钢筋混凝土的强度加强
从上述的介绍中,我们能够得出这样的结论,即:桥梁的质量与许多方面有关系,关系最大的有两个方面,一是设计方面,二是材料方面。材料的优劣是钢筋混凝土自身稳定度与荷载的关键因素。提高稳定度的原理是使钢筋不被腐蚀破坏,最基本的方法就是降低混凝土层的渗透性,要达到这样的要求,必须使用高等级的混凝土,密度高且渗透率低,这样既能够加强钢筋混凝土的强度,又能够使钢筋在使用的过程中避免损害。这样的方法也不是百试百灵的,在一些地区,由于环境的要求,必须使用添加一些化学元素的混凝土,这些化学元素会在钢筋混凝土的内部腐蚀钢筋,如果遇到这样的情况,就要将钢筋与混凝土结合之前,做好钢筋的防腐工作,电镀法是最常用的。
(四)计算机技术的应用
计算机作为新兴技术在桥梁设计时也有很广泛的应用。在设计前期进行的计算、绘图、设计等步骤,还有现代为桥梁设计量身而定的软件,都为设计工作提供了很多的方便。使得图纸的信息更加有立体感和可操作性。还有,计算机的虚拟技术越来越发达,事先规划好的建筑图景都可以通过计算机的界面呈现在我们面前,可以借助此功能对建筑提出更多的改造意见。缩小版的桥梁生成以后,可以借助特殊工具的使用去真实的感受。虚拟现实技术也在桥梁设计建筑过程中得到更加广泛的应用。
三、桥梁检测技术
(一)超声波检测技术。超声检测技术的基本原理就是利用相关仪器测量分析超生脉冲在介质中的传播速度、波幅、频率、周期等参数,然后根据这些参数的波动来分析介质中的缺陷。 超声波检测技术有很多优点,比如使用安全、操作简单等。超声法检测桥梁时,超声波可以穿透钢筋混凝土结构并在其中传播。穿透测试法也受到一些条件限制,检测时必须有两个相对的测试面,因此该方法不能用于对隧道混凝土结构的检测。在穿透检测技术中,影响发展的关键问题是能否高效地捕捉缺陷信号。因而在桥梁检测中常采用多测点数据比较,通过概率统计的方法来处理数据,进而评估缺陷。
(二)地质雷达检测技术。地质雷达技术的特点是无损检测、经济快速、精度高、直观。基本原理是通过地质雷达发射的高频电磁波的反射情况来判断物体内部的缺陷情况。该技术是精度比较高的一种物理探测技术,在工程地质、文物考古、混凝土结构探伤、桥梁检测等领域应用较为广泛。
(三)声发射法检测技术。材料内部结构的不均匀、各种性质缺陷的存在,因而会产生局部应力集中的情况,从而导致材料产生裂缝或破坏,在破坏过程中会释放一部分应力,产生向四周扩散的应力波,这就是声发射。
桥梁结构由于内部的缺陷问题,在产生裂缝等破坏过程中会释放能量,产生应力波。将声发射器放在待检测部位,通过分析收到的声波时间差就可以确定缺陷的位置。该方法的优点是快速和准确。
(四)冲击回波法检测技术。冲击回波法检测技术是利用仪器向桥梁待检测的结构表面发送应力波,波在结构体里面传播,当遇到缺陷就不能够继续穿透而是反射。这样可以通过分析返回的波确定缺陷的位置,假设没有缺陷也可以快速测量结构的厚度。
该方法有点是方便和快捷。但由于其检测的结果不太全面,因而在实际检测工作中应用较少。
(五)红外热像检测技术。红外热像检测技术原理就是用相关仪器检测物体放射出的红外线能量,分析物体表面温度的分布特点,比较直观地显示出待检测结构的不连续缺陷。
由于这种技术的非接触性,它具有一下有点:a、适合非接触性的大范围非破坏检测;b、温度分辨率高;c、检测模式灵活。
(六)光纤传感器检测技术。光纤传感技术是利用光纤对某些特定的物理量敏感的特性,将外界物理量转换成可以直接测量的信号的技术。光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器,使待测参数与进入调制区的光相互作用后,导致光的光学性质(如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等)发生变化,称为被调制的信号光,再过利用被测量对光的传输特性施加的影响,完成测量。目前开发的高精度、高分辨率及结构小型化的传感器多以功能型传感器为主。目前应用于桥梁检测中的光纤传感器主要为相位调制型,用来测量混凝土结构变形及内部应力,检测大型结构、桥梁健康状况等,其中最主要的都是将光纤传感器作为一种新型的应变传感器使用。
四、结束语
社会主义市场经济飞速发展,公路桥梁作为交通运输现代化的重要组成部分,在社会主义建设中发挥着越来越大的作用,为人民提供了越来越优质的服务。桥梁的设计者和施工者要时刻想着肩上担负的担子,建设优质工程,为中国的桥梁建筑事业添砖加瓦。