黎敏
(中鐵十一局集團(tuán)有限公司,湖北 武漢430060)
彈性波檢測客運(yùn)專線橋梁墩臺(tái)支承墊石密實(shí)度方法研究
黎敏
(中鐵十一局集團(tuán)有限公司,湖北 武漢430060)
在客運(yùn)專線橋梁建設(shè)中,支承墊石混凝土的質(zhì)量對(duì)整座橋梁的質(zhì)量有著舉足輕重的影響。判斷支承墊石混凝土耐久性好壞的一個(gè)重要指標(biāo)就是混凝土的密實(shí)度?;炷恋拿軐?shí)度可通過對(duì)混凝土直接取芯進(jìn)行外觀判斷,也可以用超聲波無損檢測或用滲水性測定儀器間接判定,但這些檢測方法都有速度慢、效率低的缺點(diǎn),同時(shí)還有造成誤判的可能。采用沖擊彈性波無損檢測方法可以有效避免這些不利影響,能夠較為準(zhǔn)確地測定混凝土內(nèi)部密實(shí)度質(zhì)量。闡述沖擊彈性波無損檢測的原理,介紹彈性波檢測的測點(diǎn)布置及編號(hào)規(guī)則、測試數(shù)據(jù)及結(jié)果。
客運(yùn)專線;支承墊石;密實(shí)度;沖擊彈性波;無損檢測
支承墊石是橋梁結(jié)構(gòu)的重要組成部分,它的好壞直接影響橋梁的使用壽命和結(jié)構(gòu)安全[1]。支承墊石施工具有體積小、受力大、應(yīng)力集中、分布鋼筋密,施工精度要求高的特點(diǎn)。如果在工程施工中支承墊石標(biāo)高及平面位置控制不好,分布鋼筋布置不合理,就會(huì)造成支座受力不均勻或脫空等質(zhì)量問題,從而引起嚴(yán)重的安全和質(zhì)量隱患[2]。
支承墊石是橋梁結(jié)構(gòu)中傳力最為關(guān)鍵的部位,但在施工過程中仍存在一些質(zhì)量問題。如:因標(biāo)高控制不準(zhǔn)確引起的支承墊石高程偏差過高或過低;因平面位置控制不準(zhǔn)確引起的預(yù)留錨栓孔位置偏差過大;混凝土振搗過程中因鋼筋過密造成漏振引起的混凝土內(nèi)部空洞;模板跑模引起的支承墊石尺寸偏差過大;預(yù)留錨栓孔模具固定不牢引起的孔位傾斜或孔深不夠;支承墊石預(yù)埋鋼筋位置不準(zhǔn)確引起的保護(hù)層過大或過??;養(yǎng)護(hù)不及時(shí)引起的收縮裂紋。這些質(zhì)量通病嚴(yán)重危 害著橋梁的正常使用,如果施工時(shí)不注意防止或避免,交付運(yùn)營后維修會(huì)非常困難。這些質(zhì)量問題應(yīng)引起施工、質(zhì)檢和驗(yàn)收人員的高度重視。因此,在梁體架設(shè)前確保墊石質(zhì)量顯得尤為重要。
沖擊回波法檢測原理為:在結(jié)構(gòu)混凝土表面利用瞬時(shí)的機(jī)械沖擊產(chǎn)生低頻的應(yīng)力波,應(yīng)力波傳播到結(jié)構(gòu)內(nèi)部,遇到聲阻抗有差異的界面如構(gòu)件底面或缺陷表面時(shí)將被反射回來,并在構(gòu)件表面、內(nèi)部缺陷表面或構(gòu)件底部之間來回反射產(chǎn)生瞬態(tài)共振,其共振頻率能在振幅譜中辨別出來,然后通過對(duì)反射回來的應(yīng)力波進(jìn)行時(shí)域分析與頻域分析,就能用于確定構(gòu)件厚度及其內(nèi)部缺陷位置[3]。
堅(jiān)硬的物體在沖擊混凝土表面時(shí),形成一瞬間應(yīng)力脈沖(見圖1)。該應(yīng)力脈沖由壓縮波(縱波,P波)、剪切波(橫波,S波)及瑞利波(R波)組成[4]。P波和S波沿圓形波陣面?zhèn)魅朐圀w,R波沿表面?zhèn)鞑5]。當(dāng)P、S波在傳播過程中遇到缺陷或邊界(底面)時(shí),由于兩種介質(zhì)的聲阻抗率不同,應(yīng)力波在這些界面處將發(fā)生反射。這樣,在表面與界面(缺陷與邊界)之間產(chǎn)生多重反射,結(jié)果形成瞬時(shí)的類諧振條件。當(dāng)把一個(gè)傳感器置于沖擊點(diǎn)附近時(shí),即可測出該處由于多次反射波引起的表面位移響應(yīng)。
圖1 沖擊反射原理
沖擊反射測量中,主要關(guān)心的是P波,因?yàn)橛蒔波所引起的表面位移比S波大得多。在傳感器所獲得的時(shí)間-位移曲線(簡稱時(shí)域曲線,如圖2所示)上可看到P波多次反射引起的表面位移變化情況。
圖2 測試分析結(jié)果
將所得的沖擊響應(yīng)進(jìn)行快速傅利葉變換(FFI),即獲得該沖擊響應(yīng)中各種頻率成分的振幅分布圖,稱為頻譜圖(振幅譜)或頻域曲線。圖2是應(yīng)用該系統(tǒng)在一塊混凝土板上沖擊,接收到響應(yīng)后再進(jìn)行FFT變換,最后在計(jì)算機(jī)屏幕上獲得的沖擊響應(yīng)(波形)的頻譜圖。譜圖中最高的峰正是由于應(yīng)力波在頂面與界面(此處為底面)間來回反射形成的振幅加強(qiáng)所致,這時(shí)最高峰所對(duì)應(yīng)的頻率就是厚度頻率。
在測試中對(duì)每個(gè)螺栓孔布置3條測線,每個(gè)測線布置3個(gè)測點(diǎn);測線之間的間距為5 cm,測點(diǎn)之間的間距為15 cm,每個(gè)墊石共布置6條測線;每個(gè)橋墩有兩塊支座墊石,即52-1(第52#橋墩北側(cè))和52-2(第52#橋墩南側(cè))。圖3為測點(diǎn)布置圖。
圖3 測點(diǎn)布置圖
各墊石螺栓孔檢測結(jié)果見圖4~圖7,分析結(jié)果見圖8~圖11,各測點(diǎn)應(yīng)力波速見表1,檢測結(jié)果匯總見表2。
圖4 52-1測試曲線
圖5 52-2測試曲線
圖6 53-1測試曲線
圖7 53-2測試曲線
圖8 52-1分析曲線
圖9 52-2分析曲線
圖10 53-1分析曲線
圖11 53-2分析曲線
表1 各測點(diǎn)應(yīng)力波波速值
表2 52#~53#橋墩支座墊石螺栓孔應(yīng)力波法檢測結(jié)果匯總表
由檢測結(jié)果可知各被檢橋墩南北兩側(cè)支座墊石現(xiàn)齡期混凝土強(qiáng)度推定值均在50MPa以上;52#南側(cè)墊石存在表層缺陷的情況,但不影響正常使用。綜上所述,52#~53#橋墩支座墊石滿足設(shè)計(jì)要求,可以正常使用。因此,利用沖擊回波法無損檢測結(jié)果中的頻譜曲線,可以得到被測混凝土構(gòu)件的內(nèi)部密實(shí)情況,精度較高,完全可以滿足實(shí)際工程檢測精度要求。
[1]劉萌.超聲波法在混凝土密實(shí)度檢測中的應(yīng)用[J].中國建材科技,2015(3):20-22.
[2]榮寧.地震CT在混凝土無損檢測中的應(yīng)用研究[D].昆明:昆明理工大學(xué),2008.
[3]肖云風(fēng).鋼管混凝土拱橋無損檢測技術(shù)及應(yīng)用研究[D].長沙:湖南大學(xué),2007.
[4]孫其臣.沖擊彈性波技術(shù)在水工混凝土結(jié)構(gòu)無損檢測中的應(yīng)用研究[D].北京:中國水利水電科學(xué)研究院,2013.
[5]張雪峰.沖擊回波法在現(xiàn)澆混凝土箱梁厚度及密實(shí)性無損檢測中的應(yīng)用研究[J].2015(5):232-233.
U443.2
B
1009-7716(2016)12-0156-04
10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.12.046
2016-08-17
黎敏(1984-),男,江西新余人,工程師,從事工程施工技術(shù)工作。