段鴻杰，林 鳴，李文波

(湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，湖南長(zhǎng)沙 410008)

0 前言

對(duì)于系桿拱橋而言，吊桿是橋梁上部結(jié)構(gòu)的主要承重構(gòu)件，目前，對(duì)于系桿拱橋的吊桿檢測(cè)主要以人工目視檢查和索力檢測(cè)為主，目視檢查主要檢查吊桿表面PE護(hù)套是否存在破損和剝落，各緊固件是否松動(dòng);索力檢測(cè)則多采用振動(dòng)法進(jìn)行索力測(cè)試，了解吊桿的受力情況;而對(duì)于吊桿桿體本身是否存在斷絲以及吊桿上、下錨頭是否存在損傷，目前仍處于探索階段，國(guó)內(nèi)已進(jìn)行相關(guān)研究，但尚無(wú)成熟有效的檢測(cè)方法。

本文以一吊桿被車(chē)輛撞擦的系桿拱橋?yàn)楣こ瘫尘?，通過(guò)采用人工目視檢查、索力檢測(cè)以及基于磁致伸縮技術(shù)的無(wú)損檢測(cè)方法相結(jié)合，綜合評(píng)定被撞吊桿的技術(shù)狀況，為橋梁后續(xù)安全運(yùn)營(yíng)決策提供依據(jù)。

1 工程概況

西湖大橋(圖1)處于邵陽(yáng)市內(nèi)江北大道的南端，主橋?yàn)榭鐝浇M成 (88m+88m+88m)的三跨連續(xù)鋼管混凝土系桿拱橋，拱矢度為1/4，單跨上、下游側(cè)各有16根吊桿，設(shè)計(jì)荷載為汽車(chē)－20級(jí)，掛－100，人群荷載4.0kN/m2。車(chē)道數(shù):機(jī)動(dòng)車(chē)行車(chē)道設(shè)計(jì)為凈寬14.0m，按4車(chē)道布置，非機(jī)動(dòng)車(chē)道寬度 7.0m。

2012年4月5日，該橋主橋北側(cè)邊跨西側(cè)由北向南第7根吊桿受到工程鏟車(chē)肇事撞擦，肇事過(guò)程中該鏟車(chē)車(chē)斗自下而上對(duì)吊桿進(jìn)行撞擦，造成該吊桿PE護(hù)套約10cm寬，80cm高的嚴(yán)重破損區(qū)域，且PE內(nèi)的高強(qiáng)鋼絲存在較為明顯刮擦痕跡。

圖1 西湖大橋?qū)嵕罢掌?/p>

2 評(píng)估方法及結(jié)果

為準(zhǔn)確評(píng)估車(chē)輛撞擦對(duì)橋梁吊桿的影響程度，本次檢測(cè)在常規(guī)外觀目視檢查和索力檢測(cè)的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充采用了基于磁致伸縮效應(yīng)的導(dǎo)波檢測(cè)方法，通過(guò)該方法的采用檢測(cè)吊桿桿體斷絲和錨頭損傷情況，通過(guò)3種方法的檢測(cè)結(jié)果綜合評(píng)定吊桿的技術(shù)狀況。

2.1 外觀檢測(cè)結(jié)果

外觀檢查結(jié)果表明:

1)車(chē)輛撞擦導(dǎo)致吊桿護(hù)筒嚴(yán)重變形，吊桿PE護(hù)套存在約10cm寬，80cm高的破損區(qū)域，吊桿內(nèi)部高強(qiáng)鋼絲存在較為明顯的刮傷痕跡，見(jiàn)圖2。

2)被撞擦吊桿護(hù)筒與系梁結(jié)合處，系梁頂部混凝土存在破損，見(jiàn)圖3。

圖2 吊桿桿體PE破損，高強(qiáng)鋼絲刮擦

圖3 吊桿護(hù)筒與系梁結(jié)合處混凝土破損

2.2 索力測(cè)試結(jié)果

通過(guò)對(duì)被撞吊桿所在橋跨的上、下游側(cè)吊桿進(jìn)行索力測(cè)試與分析得出，被撞的上游側(cè)7#吊桿索力相比橫橋向?qū)ΨQ(chēng)的下游側(cè)7#吊桿以及順橋向?qū)ΨQ(chēng)位置的10#吊桿，索力均存在10%以上明顯下降趨勢(shì)，表明車(chē)輛撞擦給吊桿帶來(lái)一定損傷(上、下游側(cè)索力的實(shí)測(cè)值對(duì)比如圖4所示)。

圖4 上下游測(cè)索力測(cè)試對(duì)比表

2.3 吊桿斷絲檢測(cè)

2.3.1 磁致伸縮檢測(cè)原理介紹［1－8］

基于磁致伸縮效應(yīng)的非接觸磁致伸縮導(dǎo)波檢測(cè)原理如圖5所示。偏置磁場(chǎng)將索體磁化到磁致伸縮效應(yīng)合適的工作點(diǎn)，將瞬態(tài)電流輸入到檢測(cè)線(xiàn)圈中，產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，由于磁致伸縮效應(yīng)，索體中被磁化區(qū)域產(chǎn)生交變應(yīng)變，成為導(dǎo)波的震源，在索體中激勵(lì)出導(dǎo)波;當(dāng)索體中存在缺陷時(shí)，導(dǎo)波將在缺陷處被反射返回;當(dāng)反射回來(lái)的應(yīng)力波通過(guò)檢測(cè)線(xiàn)圈時(shí)，由于逆磁致伸縮效應(yīng)會(huì)引起通過(guò)檢測(cè)線(xiàn)圈的磁通量發(fā)生變化，檢測(cè)線(xiàn)圈將磁通量變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào);通過(guò)分析該信號(hào)波形，可以獲取吊桿缺陷信息。

圖5 非接觸式磁致伸縮導(dǎo)波檢測(cè)原理圖

2.3.2 檢測(cè)設(shè)備及方法介紹

根據(jù)磁致伸縮導(dǎo)波檢測(cè)原理進(jìn)行吊桿斷絲檢測(cè)的檢測(cè)系統(tǒng)由主機(jī)、激勵(lì)傳感器、接收傳感器和前置放大器組成，通過(guò)彈性波激勵(lì)和接收，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的檢測(cè)，系統(tǒng)樣機(jī)如圖6所示，利用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的過(guò)程是:首先將激勵(lì)傳感器和接收傳感器安裝在待測(cè)構(gòu)件上，待測(cè)構(gòu)件可有包覆層且表面無(wú)需處理，再利用便攜計(jì)算機(jī)控制信號(hào)發(fā)生單元產(chǎn)生特定頻率正弦波信號(hào)。正弦波信號(hào)輸入到門(mén)控電路，在計(jì)算機(jī)的控制下產(chǎn)生特定寬度和間隔的門(mén)控信號(hào)。正弦波信號(hào)在門(mén)控信號(hào)的控制下經(jīng)功率放大器放大后傳輸?shù)郊?lì)傳感器，通過(guò)磁致伸縮效應(yīng)在待測(cè)構(gòu)件中產(chǎn)生彈性波，接收傳感器利用逆磁致伸縮效應(yīng)將彈性波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，信號(hào)經(jīng)前置放大器后進(jìn)入放大濾波單元處理后通過(guò)信號(hào)采集端口進(jìn)入數(shù)據(jù)采集單元，經(jīng)其中的A/D轉(zhuǎn)換器后進(jìn)入計(jì)算機(jī)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后得到構(gòu)件的檢測(cè)結(jié)果。

圖6 磁致伸縮導(dǎo)波檢測(cè)系統(tǒng)樣機(jī)

2.3.3 檢測(cè)結(jié)果及分析

通過(guò)對(duì)全橋吊桿進(jìn)行檢測(cè)并對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行分析比對(duì)，檢測(cè)結(jié)果表明:①被撞的吊桿桿體未發(fā)現(xiàn)超過(guò)預(yù)設(shè)判廢紅線(xiàn)的斷絲異常信號(hào)，表明被撞吊桿的桿體并無(wú)斷絲或嚴(yán)重?fù)p傷現(xiàn)象;②從被撞吊桿的錨頭回波信號(hào)分析，其他吊桿上、下錨固端均存在前后兩個(gè)回波信號(hào)，被撞的7#吊桿下錨固端僅包含一個(gè)回波信號(hào)，且回波幅值較其他吊桿存在明顯偏大的異常現(xiàn)象(吊桿檢測(cè)信號(hào)波形如圖7至圖10所示)。檢測(cè)結(jié)果表明被撞吊桿下錨頭存在一定損傷。

圖7 被撞吊桿的信號(hào)波形

圖8 對(duì)稱(chēng)下游側(cè)7#吊桿的信號(hào)波形

圖9 上游側(cè)10#吊桿的信號(hào)波形

圖10 下游側(cè)10#吊桿的信號(hào)波形

3 結(jié)語(yǔ)

本文以一座吊桿被車(chē)輛撞擦的系桿拱橋?yàn)楣こ瘫尘?，綜合常規(guī)檢測(cè)技術(shù)和基于磁致伸縮效應(yīng)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)橋梁吊桿進(jìn)行檢測(cè)，得出以下結(jié)論:

1)基于磁致伸縮效應(yīng)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)能較為快捷有效的檢測(cè)吊桿桿體和錨頭位置的損傷，在一定程度上彌補(bǔ)了常規(guī)檢測(cè)技術(shù)帶來(lái)的局限性，具有較大推廣應(yīng)用前景。

2)采用人工目視檢查、索力檢測(cè)和基于磁致伸縮效應(yīng)的非接觸檢測(cè)綜合評(píng)定吊桿的損傷情況，提高了評(píng)估的全面性和準(zhǔn)確性，為以后類(lèi)似項(xiàng)目提供了借鑒。

3)目前該方法對(duì)于吊桿錨頭的較大損傷能有效進(jìn)行識(shí)別，但是對(duì)于錨頭鋼絞線(xiàn)的銹蝕仍不敏感，后續(xù)可在錨頭的銹蝕情況檢測(cè)上開(kāi)展相關(guān)研究。

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