预应力混凝土简支箱梁检测方案

1、预应力混凝土简支箱梁检测方案摘要：本文根据静载试验和动载试验，对预应力混凝土简支箱梁的外观、混凝土强度、裂缝开展、承载力、结构刚度、自振特性等进行检验，以测试其是否满足原设计及规范要求。同时针对预应力混凝土简支箱梁可能出现的缺陷提出相应的修复、加固建议。关键词：预应力；混凝土；间支箱梁；检测；试验方案；缺陷修复；加固建议 1、工程概况箱梁是桥梁工程中梁的一种，内部为空心状，上部两侧有翼缘，类似箱子，因而得名。分单箱、多箱等。钢筋混凝土结构的箱梁分为预制箱梁和现浇箱梁。在独立场地预制的箱梁结合架桥机可在下部工程完成后进行架设，可加速工程进度、节约工期；现浇箱梁多用于大型连续桥梁。目前常见的以材料

2、分类，主要有两种，一是预应力钢筋砼箱梁，一是钢箱梁。其中，预应力钢筋砼箱梁为现场施工，除了有纵向预应力外，有些还设置横向预应力；钢箱梁一般是在工厂中加工好后再运至现场安装，有全钢结构，也有部份加钢筋砼铺装层。 2、检测目的及要求 检测目的 ：确保桥梁的使用安全；及早发现桥梁病害及异常现象；为桥梁的维修养护提供科学依据，以适时采取合理的维修加固方法，延长桥梁的使用寿命、提高其承载能力，降低桥梁的维护费用或拆除重建；考察桥梁是否能满足将来运输量的要求；为桥梁设计、规范修订和完善等提供依据。检测要求：内容包括：外观、混凝土强度、裂缝开展、承载力、结构刚度、自振特性等是否满足原设计及规范要求。2.1外

3、观：外观检测主要用于快速识别样品的外观缺陷，如凹坑、裂纹、翘曲、缝隙、污渍、沙粒、毛刺、气泡、颜色不均匀等，被检测样品可以是透明体也可以是不透明体。 2.2混凝土强度：混凝土强度的检测可以采用回弹法、钻芯法、超声法、超声回弹综合法等方法。2.3裂缝开展：裂缝的观测需用裂缝观测仪进行观测。检查梁的裂缝宽度是否满足要求，见混规GB50010-2002第3.3.4条。2.4承载力：应用有限元法，对预应力混凝土简支箱梁的极限承载力进行计算与检测。2.5结构刚度：S【S】2.6自振特性：桥梁结构自振特性参数包括自振频率、振型和阻尼比,它对评价桥梁现有运营状况和承载能力有着重要意义。采用天然脉动法、初位移

4、法(张拉法)、初速度法(锤击法、火箭激励等)、随机激振法作为激励方式等试验,可以测定桥跨结构自振特性参数。 3、检测技术标准和依据 GB50204-200  混凝土结构工程施工质量验收规范 GB/T50081-2002  普通混凝土力学性能试验方法标准 GBJ82-85     普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法 GB500092001 建筑结构荷载规范  GB/T500812002 普通混凝土力学性能试验方法标准 CECS40：1992 混凝土及预制混凝土构件质量控制规程 GB50152-1992 混凝土结构试

5、验标准 JGJ/T23-2011 回弹法检测混凝土抗压强度技术规程 CECS69：2001 后装拔出法检测混凝土强度技术规程 JTG H11-2011 公路桥涵养护规范 4 JTG B01 2014 公路工程技术标准 DB11/T365-2006 电磁感应法检测钢筋保护层厚度和钢筋直径技术规程 公路桥涵设计通用规范 公路旧桥承载力鉴定方法 4 大跨径混凝土桥梁的试验方法 4 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 4 桥梁竣工图纸 4、主要仪器设备 内容包括：量测设备、无损检测设备、静载试验设备。动载实验设备的具体品名。 4.1量测设备主要用来测量应变、力、位移与变形等，相应的仪器设备有双杠

6、杆应变仪、手持应变仪、电阻应变仪、环箍式拉力计、环箍式压力计、荷载传感器、电子测力计、接触式位移计、滑线电阻式位移传感器等。4.2无损检测常用无损检测仪，无损检测仪的种类有：超声波探伤仪、磁粉探伤仪、X射线探伤仪、涡流检测仪、声发射仪、磁记忆检测仪等。4.3静载试验设备有手持式应变仪、电阻应变仪、水准管式倾角仪、机械式位移计等。4.4动载试验设备有位移拾振器、速度拾振器、加速度拾振器等。5、测试项目和测点布置内容包括：无损检测（强度、裂缝及分布）、静载试验、动载试验（动力测试及方法，频率、阻尼比测量）。5.1无损检测无损检测 NDT （Non-destructive testing），就是利用

7、声、光、磁和电等 特性，在不损害或不影响被检对象使用性能的前提下，检测被检对象中是否存在 缺陷或不均匀性，给出缺陷的大小、位置、性质和数量等信息，进而判定被检对 象所处技术状态（如合格与否、剩余寿命等）的所有技术手段的总称。超声波探伤是目前应用十分广泛的无损探伤技术中的一种主要检测手段。它 既可检测材料表面的缺陷, 又可检测内部几米深的缺陷, 这是x光探伤所达不到的深度。超声波探伤比X射线探伤具有较高的探伤灵敏度、周期短、成本低、灵活方便、效率高, 对人体无害等优点; 缺点是对工作表面要求平滑、要求富有经验的检验人员才能辨别缺陷种类、对缺陷没有直观性;超

8、声波探伤适合于厚度较大的零件检验。超声检测主要应用于对金属板材、管材和棒材，铸件、锻件和焊缝以及桥梁、房屋建筑等混凝土构件的检测。裂缝及分布寻找一构件裂缝，用裂缝观测仪观察，旋动读数旋钮，记录裂缝宽度。然后根据记录情况，描述裂缝的开展。5.2静载试验静载试验是指在桩顶部逐级施加竖向压力、竖向上拔力或水平推力，观测桩顶部随时间产生的沉降、上拔位移或水平位移，以确定相应的单桩竖向抗压承载力、单桩竖向抗拔承载力或单桩水平承载力的试验方法。 测试项目 （1）测试跨中砼应变和跨中挠度。测试跨中应变能较好地反映设计和施工质量情况，预应力梁以砼应变为主，在梁跨中和一侧四分点梁底、顶板各布置二个应变测点，跨中

9、腹板沿梁高布置三个应变测点，共布置14个应变测点，如下图一所示。测试跨中挠度需满足正常使用对结构的刚度要求，体现在跨中挠度应小于设计计算值或规范规定的允许值,梁跨中、四分点各布置二个挠度测点。 （2）记录控制截面的应力分布，并取得最大值和偏载特性。沿截面高度不少于5 个测点，包括上、下缘和截面突变处。有些结构需测试支点及附近、横隔板附近剪应力和主拉应力，此时需将应变计布成应变花。 （3）测试支座变形（沉陷）：测定支座沉陷量是消除其对跨中挠度的影响,两端支座处分别布置二个测点检测支座变形（沉陷）。 （4）裂缝观测。试验前和试验过程中，对梁结构是否出现裂缝进行观测，拟了解梁施工质量和利于试验数据分

10、析。 （5）测定残余值。试验荷载卸载后，测定梁挠度值、应变值与卸载后相对应的残余值比值，利于梁结构试验结果评定。 测点布置测点布置应遵循必要、适量、方便观测的基本原则，并使观测数据可能的准确、可靠。测点布置可按照以下几点进行：（1）测点的位置应具有较强的代表性，以便进行测试数据分析；（2）测点的设置一定要有目的性，避免盲目设置测点；（3）测点的位置也要有利于仪表的安装与观测读书，并对实验操作时安全的；（4）为了保证测试数据的可靠性，尚应布置一定数量的校核性测点；（5）在实验时，有时可以利用结构对称互等原理来进行数据分析校核，适应减少测点数量。5.3动载试验动载试验是指采用动力荷载，如行驶的汽车

11、荷载或其他动力荷载作用于桥梁结构上，以测出结构的动力特性，如振动变形，从而判断出桥梁结构在动力荷载下受冲击和振动影响的试验称为动力荷载试验。结构动力特性试验方法主要有：共振法和脉动法。频率测试：在测试获得的衰减振动曲线中，直接测量相邻峰峰之间的时间间隔，即为自振周期，自振周期的倒数即为自振频率。阻尼比测试：阻尼是自由振动衰减的原因。如果没有阻尼，则自由振动将不发生衰减。且二者之间的关系为：阻尼越大，衰减越快。根据衰减曲线中相邻波峰的幅值比，运用动力学计算公式，可计算出阻尼比。6、理论及计算依据内容包括：分布荷载作用下内力、位移、应力计算方法，简支梁动力分析方法，结构无损检测方法 6.1 分布荷

12、载作用下内力、位移、应力计算方法6.1.1 内力的计算可根据结构力学知识，运用力法、位移法或力矩分配法进行计算。6.1.2 位移的计算可根据结构力学知识，应用虚功原理可求得刚体体系的位移。结构位移计算的一般公式-单位荷载法；在规定的应用条件下，图乘法可以求出精确解。 6.1.3 应力的计算，在工程中，应力和应变是按下式计算的： 应力（工程应力或名义应力）=P/A。应变（工程应变或名义应变）=（L-L。）/L。式中，P为载荷；A。为试样的原始截面积；L。为试样的原始标距长度；L为试样变形后的长度。 这种应力-应变曲线通常称为工程应力-应变曲线，它与载荷-变形曲线相似，只是坐标不同。6.2 简支梁

13、动力分析方法利用桥梁专用有限元计算软件MIDAS/CIVIL，对简支梁进行建模分析。6.3 结构无损检测方法构件混凝土强度的检测有两种方式：单个检测，适用于单个构件的检测；批量检测，适用于在相同的生产工艺条件下，混凝土强度等级相同，原材料、配合比、成型工艺、养护条件基本一致且龄期相近的同类构件或构件的检测。按批进行检测的构件，抽检数量不得少于同批构件总数的30%，且构件数量不得少于10件。抽检构件时，应随机抽取并使所选构件具有代表性。回弹法直接测试的是混凝土的表面硬度，但混凝土的表面硬度受到表面平整度、碳化程度、表面含水量、试件尺寸和龄期、骨料的种类等因素的影响较大。先行回弹法检测混凝土抗压强

14、度技术规程JGJ/T23-2011限定了回弹法的适用条件，要求回弹测区满足以下要求：每一结构或构件测区数不应小于10个，对某一方向尺寸小于4.5m且另一方向小于0.3m的构件，其测区数量可适当减少，但不应小于5个。相邻两测区的间距应控制在2m以内，测区离构件端部或施工缝边缘的距离不宜大于0.5m，且不宜小于0.2m。测区应选在使回弹仪处于水平方向检测混凝土浇筑侧面。当不能满足这一要求时，可使回弹仪处于非水平方向检测混凝土浇筑侧面、表面或底面。测区宜选在构件的两个对称的可测面上，也可选在一个可测面上，且应均匀分布。在构件的重要部位及薄弱部位必须布置测区，并应避开预埋件。对弹击时产生颤动的薄壁、小

15、型构件，应进行固定。测区面积不宜大于0.04。检测面应为混凝土表面，并应清洁、平整，不应有疏松层、浮浆、油垢、涂层以及蜂窝、麻面等，必要时可用砂轮清除疏松层和杂物，且不应有残留的粉末或碎屑。对弹击时产生颤动的薄壁、小型构件应进行固定。回弹法使用的仪器为回弹仪，它是一种直射锤击式仪器，是用一弹击锤来冲击与混凝土表面接触的弹击杆，然后弹击锤向后弹回，并在回弹仪的刻度标尺上指示出回弹数值。回弹值的大小取决于与冲击能量有关的回弹能量，而回弹能量则反映了混凝土表层硬度与混凝土抗压强度之间的函数关系，即可以在混凝土的抗压强度与回弹值之间建立起一种函数关系，以回弹值来表示混凝土的抗压强度。回弹法只能测得混凝

16、土表层的质量状况，内部情况却无法得知，这便限制了回弹法的应用范围，但由于回弹法操作简便，价格低廉，在工程上还是得到了广泛应用。回弹法的基本原理利用混凝土强度与表面硬度之间的关系，通过一定动能的钢杆件弹击混凝土表面，并测得杆件回弹的距离（回弹值），利用回弹值与强度之间的相关关系来推定混凝土强度。回弹法检测方法先选取试样和布置测区，然后测量回弹值，测试时回弹仪应始终与侧面垂直，并且不能打在气孔和外露石子上。每一个测区需测试16个测点，同一测点只允许弹由一次，测点宜在测面范围内均匀分布，每一测点的回弾値读数准确至一度，相邻区量测点的净距一般不小于20mm，测点距构件边缘或外露钢筋，铁件的间距不得小于

17、30mm。回弾完后即测量构件的碳化深度，用合适的工具在测区表面形成直径约为15mm的孔洞，清除洞中的粉末和碎屑后立即用1%的酚酞酒精溶液滴在混凝土孔洞内壁的边缘处，用碳化深度测量仪或其它工具测量自混凝土面表面至深部不变色边缘处与测面相垂直的距离12次，该距离即为该测区的碳化深度值，准确至 0. 5mm。一般一个测区选择13处测量混凝土的碳化深度值，当相邻区的混凝土质量或回弹值与它基本相同时，那么该测区的碳化深度值也可代表相邻测区的碳化深度值，一般应选择不少于构件的30%测区数测量碳化深度值。数据处理方法将测区内16个回弹值,把较大3个和较小3个回弹值剔除,余下10个回弹值取平均值;碳化值取2个

18、测点的平均值；声速值为(式中声速;超声测距;为3个超声波声时值的平均值)。回弹法是将所计算的测区回弹值、碳化值查表(或计算),得到测区强度值；综合法是将所计算的测区回弹值、声速值查表(或计算),得到测区强度值；7、无损检测实施方案内容包括：针对梁体混凝土强度测区布置、碳化深度测量、裂缝展开图、裂缝深度的超声检测7.1 梁体混凝土强度测区布置混凝土强度的测定采用回弹法。测区大小200mm×200mm，每个测区测16个点，选10个测区。详参回弹法检测混凝土抗压强度技术规程JGJ/T23-20117.2 碳化深度测量测量碳化深度时，可采用电钻等工具在测区表面形成直径约15mm的孔洞，其深度

19、应大于混凝土的碳化深度；清除孔洞内的粉末和碎屑，但不得用水擦洗；随后向孔内喷洒酚酞试剂，喷洒量以表面均匀、湿润为宜；片刻后未碳化的混凝土变为红色，已碳化的混凝土不变色；当已碳化与未碳化的界限清楚时，用游标卡尺等测量工具测量分界线到混凝土表面的垂直距离，此即为碳化深度。每个碳化测孔应在不同位置至少测量3次，读数精确至0.5mm，取其平均值作为该测孔的碳化深度值。注意：碳化测点数目不应少于构件测区数的30%，取其平均值为该构件每测区的碳化深度值。7.3 裂缝展开图根据裂缝测试仪测出裂缝的宽度，取五个点，并在构件表面用卷尺测出裂缝的位置，据此，做出裂缝的走势图。7.4 裂缝深度的超声检测7.4.1

20、不跨缝测试： 调试超声仪，设定参数；选择超声法检测混凝土裂缝深度，选择不跨缝测试，工程命名为：AA，起点为100mm，增量为10mm。 将探头置于裂缝同一侧，间隔100mm左右，探头使用黄油与混凝土地面耦合。准备好后开始采样。间隔10mm连续采样；第一点采样结束后，一个探头不动，另一个探头移动10mm后进行第二次采样，如此移动6次，采样6次。采样全部结束后分析、保存。7.4.2跨缝测试： 调试超声仪，设定参数；选择超声法检测混凝土裂缝深度，选择跨缝测试，工程命名为：FFA，起点为100mm，增量为10mm。 将探头等距置于裂缝两侧，间隔100mm左右，探头用黄油与混凝土地面耦合。准备好后开始采

21、样。间隔10mm连续采样；第一点采样结束后，一个探头不动，另一个探头移动10mm后进行第二次采样，如此移动6次，采样6次。采样全部结束后分析、保存。 8、静载试验实施方案内容包括：荷载的预加载及加载制度；应变仪器的使用要求，应变测量的要求，主要观测点；支座位移、跨中及其它观测点位移测试的布点要求，数据记录方法。8.1 荷载的预加载及加载制度 预加载的目的在于：使试件各部接触良好，进入工作状态，荷载与变形关系趋于稳定；检验全部实验装置的可靠性；检验全部观测仪表工作正常与否；检查现场组织工作与人员的工作情况，起演习作用。预加载一般分三级进行，每级取荷载标准值的20%。然后分级加载，分23级卸完。加

22、（卸）一级，停歇10min。对于混凝土构件，预加载值应小于计算荷载开裂值。8.2 应变仪器的使用要求，应变测量的要求，主要观测点打开应变仪背面的电源开关，上显示窗显示提示符nH-和序号，且半桥键、全桥键、手动键指示灯均亮。按数字键01，即应变仪进入半桥、手动测量状态，全桥指示灯灭，左下显示窗显示01通道，右下显示窗显示上次关机时的灵敏系数，上显示窗显示01通道上测量电桥的初始值（或检测值）。 灵敏系数K设 定 在手动测量状态下，按K键，K键指示灯亮，灵敏系数显示窗（右下显示窗）无显示，应变仪进入灵敏系数设定状态。通过数字键键入所需的灵敏系数值后，K键指示灯自动熄灭，灵敏系数设定完毕，返回到手动

23、测量状态；若不需要重新设定K值，则再按K键，K键的指示灯灭，返回到手动测量状态，灵敏系数显示窗仍显示原来的K值。K值设定范围1.82.5。 2、全桥、半桥选择 应变仪半桥键指示灯亮时，处于半桥工作状态，全桥指示灯亮时，处于全桥工作状态，根据测量要求，若需要半桥测量则按半桥键，若需要全桥测量则按全桥键。 3、测量 应变仪面板后部如图4所示，有012个通道的接线柱，0通道为校准通道，其余为测量通道。应变仪测量分手动测量和自动测量。 （1）手动测量 (a) 半桥工作状态 应变仪手动键和半桥键的指示灯亮时，处于手动半桥工作状态。分别在各通道的A、B、C接线柱上按图5(a)半桥接线法接入被子测量电阻（即

24、应变片），通过置零键对各测量通道置零（可反复进行）。通道切换可直接用数字键键入所用通道（01-12），也可以通过上行、下行键顺序切换通道。各通道置零后，即可进行测试检测。如果用公共补偿片测试方法，则按图6所示，各通道的A、B接线柱接工作片，补偿片接0通道的B、C接线柱上；亦可用公共补偿接线法，各通道的A接线柱接工作片，工作片公共线接在任一通道的B接线柱上（各通道B接线柱仪器内部是接通的），补偿片仍接在0通道的B、C接线柱上。(b) 全桥工作状态 应变仪手动键和全桥键的指示灯亮时，处于全桥工作状态。分别在各通道的A、B、C、D接线柱上按图5(b)全桥接线法接入被测量电阻（即应变片），通过置零键对

25、各通道置零（可反复进行），然后进行测试检测。通道切换与(a)同。 （2）自动测量 自动键的指示灯亮时，应变仪处于自动测量状态，其半桥、全桥工作状态选择与手动测量相同。在自动测量状态下，按置零键后，仪器按顺序自动对各通道置零；按F键后，仪器按顺序自动对各通道进行检测。并自动将检测到的数据通过RS232接口给计算机。8.3 支座位移、跨中及其它观测点位移测试的布点要求，数据记录方法支座位移、跨中及其它观测点位移测试的布点要求详见5.2 静载试验。 9、动载试验方案自由振动法在现场和室内试验都可应用，其主要原理是:通过外力使被测结构沿某个主轴方向产生一定的初位移后，突然释放。或者借助瞬时冲击荷载,使

26、之产生一个初速度,以激发起被测结构的自由振动。其中的高阶振型由于阻尼较大，很快衰减。只剩下基本振型的自由衰减振动。从而可以简捷地直接求得被测结构的基本振型频率f0和阻尼比通过同一时刻量测的各点反应幅值，可求得其基本振型。基本振型的自由振动是一个按指数规律衰减的简谐运动，其自振周期T或自振频率f1可以很方便地从时程曲线中获得。通常取相隔m周的反应波峰计算阻尼比的近似值： f=1/T=N/t =2/T10、实验成果分析及评价方法内容包括：承载力评价；无损检测的混凝土梁质量要求；静载试验的应变、挠度计算方法，结构校验系数判定，残余应变、残余变位的判定；结构动力参数的规范要求 10.1承载力评价 进入

27、塑性阶段后,钢筋混凝土箱梁会产生较大变形； 箱梁结构在经受超载作用时，部分构件应力超过材料弹性极限； 箱梁在经受超载作用时，部分构件产生较大裂缝。 10.2无损检测的混凝土梁质量要求构件的混凝土强度检测数量宜按混凝土构件总数的30%进行检测.对施工质量有较大怀疑时，应加大检测面.  对混凝土强度检测的评定，一般不进行单个构件的评定，而是按批量构件评定，如果按批构件检测合格而单个构件的混凝土强度推定值不合格，不合格的单个构件视设计情况加固处理。当强度推定值小于设计强度标准值，但两者接近，经设计单位依据强度推定值进行验算复核后，认为能够满足工程结构安全和使用功能要求的，该构件可

28、不加固处理，其质量等级可定为合格。10.3静载试验的应变、挠度计算方法，结构校验系数判定，残余应变、残余变位的判定 （1）应变计算方法：h/x=h/(h0-x)；g=h；h=hEh （2）挠度计算方法： 均布荷载下的最大挠度在梁的跨中,其计算公式: Ymax = 5ql4/(384EI).  跨中一个集中荷载下的最大挠度在梁的跨中,其计算公式: Ymax = 8pl3/(384EI)=1pl3/(48EI).  跨间等间距布置两个相等的集中荷载下的最大挠度在梁的跨中,其计算公式: Ymax = 6.81pl3/(384EI).跨间等间距布置三个相等的集中荷载下的最大挠度,其计算公式: Ymax= 6.33pl3/(384EI).  悬臂梁受均布荷载或自由端受集中荷载作用时，自由端