专利名称：混凝土桥梁疲劳检测技术及检测仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种混凝土桥梁检测技术，具体涉及一种混凝土桥梁的疲劳寿命检测技术及采用该技术所使用的检测仪。
钢筋混凝土所组成的复合建筑材料始于十九世纪五十年代，我国是在本世纪初才开始采用这种材料建桥，这些桥梁和随之以后逐步建成的混凝土桥梁随时间的推移和使用将逐步进入老龄阶段。在长期的运营活载作用下，桥梁结构会逐渐产生疲劳损伤，当日积月累的损伤达到某一限值时，桥梁会发生突然破坏，这种事先没有明显征兆的脆性破环会对行车安全构成很大的威胁。一般说来，混凝土桥梁的疲劳寿命约八十年以上，由于桥梁的运输环境不同，各种桥梁的安全储备不同，其混凝土桥梁的疲劳损伤亦不相同，如不及时对这些桥梁进行检测，就有可能更换或加固一些暂时不需更换的桥梁，而造成浪费；同时也可能对一些已经产生严重疲劳损伤的桥梁没有采取工程措施导致安全事故的发生。
目前世界上对桥梁的疲劳损伤检测最先进的方法是采用Miner线性损伤理论进行估计，如英国桥梁规范BS5400等。这种方法要对历史运营状况作出恰当估计，或在运营混凝土桥梁的混凝土或钢筋上贴上电阻应变片测试应力谱和结构系数，然后用雨流法对测试数据作出分析，再用Miner理论估计出桥梁的剩余疲劳寿命。这种方法虽然为国内外桥梁界所普遍采用，但它有以下缺点，首先，它要凿开混凝土梁，暴露出钢筋，以便贴上电阻应变片，这种做法会对梁产生新的检测损伤。其次，这种方法要求恰当估计历史运营状况，由于桥梁跨越的时空大，无法作出这种准确估计，因此，它的结果的准确性往往引起争议。第三，这是一种理论方法，不直观，往往还要作几昼夜的应力谱观测，费时费力。
本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种检测直观、准确、快速、简便的混凝土桥梁疲劳检测技术及检测仪。
本发明的目的是通过下列技术方案来实现的。它是通过超声波探测混凝土桥梁上缘沿横桥方向拉应力所产生微小的疲劳裂纹以测定该混凝土桥梁的疲劳寿命来完成的。其方法是先将检测仪探头置于梁端上缘混凝土竖直侧面，用透射法测定首波传速时间，可测一组数据；再将检测仪探测头置于跨中上缘混凝土竖直侧面，测出另一组数据；然后根据公式
确定同一片梁跨中波的传播时间和梁端波的传播时间比值Kv；再将Kv代入公式Fh＝100.29×[-14.92+8.116Kv]求出混凝土梁跨中混凝土的疲劳损伤度Fh；然后根据各种类型梁混凝土的疲劳损伤度Fh和跨中下缘钢筋疲劳损伤度Fg的关系，确定全梁的剩余疲劳寿命。
实现上述方法是由检测仪完成的，它主要包括接收器、发射器、放大器、A/D转换器、示能器波形输出等，其特征是它设有数据存贮系统和微机接口。
本发明一改传统的混凝土桥梁疲劳寿命检测方法，通过用超声波探测桥梁中上缘混凝土拉应力所产生的肉眼看不到的疲劳裂纹，可当场测定混凝土桥梁疲劳损伤度并能准确的计算桥梁的剩余疲劳寿命，它排除了环境因素的影响，且经过几千万次的疲劳试验，具有坚实的实验基础，这项技术填补了国内国际上桥梁疲劳检测技术方面的空白。本发明测定方法简单、快速、容易实现，检测仪体积小，重量轻，特别适合于野外作业，可广泛应用于国内外桥梁的疲劳检测中。
图1为本发明测定样本点与回归曲线关系图；图2为本发明检测仪原理示意图。
下面详述本发明。
根据桥梁的受力状况来看，混凝土桥梁在运营活载作用下，上缘混凝土在桥梁轴线方向会产生压应力，由于波桑比的缘故，上缘混凝土沿横桥方向产生拉应力，这种拉应力虽然较小，在一次作用后不会对桥梁产生显著影响，但在长期反复作用下，这种拉应力将会引起微小的疲劳裂纹，这种微小的疲劳裂纹隐藏在混凝土梁内部，肉眼无法观测。普通混凝土超声检测仪的测试对象虽然也是混凝土，但它们的目的是测定混凝土的强度或明显裂纹的深度等，这种方法对测试的准确性显然是不够的。因此，必须测定桥梁的微小疲劳裂纹以准确的估计桥梁的受损程度。混凝土桥梁疲劳检测技术便是基于这一原理而发明的，检测仪的检测对象就是这种由疲劳引起的大量存在于混凝土中的极微小的裂纹。它通过超声波探测混凝土桥梁中上缘沿横桥方向拉应力所产生微小的疲劳裂纹以测定该混凝土桥梁的疲劳寿命。其方法是用混凝土桥梁疲劳检测仪测定桥梁时，将发射探头和接受探头置于梁端上缘混凝土竖直侧面，用透射法测定首波传速时间Ti′，一组取10个数据，即i＝1，2，3，……10；然后将探头置于跨中上缘混凝土竖直侧面，测出另一组数据Ti″，i＝1，2，3，……10。令Kv=[Σi=110Ti′′]/[Σi=110Ti′]----(1)]]>参数Kv是关键指标之一。由于在运营荷载作用下，梁端上缘混凝土几乎没有应力产生，而跨中混凝土受力最大，这两处的疲劳损伤差别很大，因此Kv＞1，只有才投入运用的梁Kv才会等于1。环境的影响，混凝土的碳化，表面龟裂等都会影响声波的传播速度。本发明采用的是同一片梁跨中的波传播时间和梁端的波传播时间的比值Kv，所以，它排除了环境因素的影响。
将Kv代入下式Fh＝100.29×[-14.92+8.116Kv](2)可以计算出混凝土梁跨中混凝土的疲劳损伤度Fh，其值在0.95Fh～1.05Fh之间；再用桥梁理论，计算出钢筋的损伤度和这片梁的剩余疲劳寿命。
式(2)为混凝土梁疲劳损伤度，由混凝土梁疲劳损伤曲线1gKN＝-14.92+8.116Kv (3)为引入参数0.29后推得。式(3)是在3388万次疲劳试验中，将测试数据用回归方法整理求得，样本点与回归曲线的关系如图1。
式(3)是样本群的中值曲线，因此，在测试实桥时也取测试数据的平均数，如式(1)。
混凝土桥梁疲劳检测仪是在现有超声波仪基础上所作的改进，如图2所示，它包括两个探头、A/D转换装置、放大器、扫描时标、示波输出器、计数显示电路，其特点是它设置了数据存贮系统，并与计算机联接，便于保存从野外测得的数据和进行计算机分析。
权利要求
1.一种混凝土桥梁疲劳检测技术，其特征在于它通过超声波操测混凝土桥梁中上缘沿横桥方向拉应力所产生的微小疲劳裂纹以测定该混凝土桥梁的疲劳寿命。它由下列步骤组成1>先将检测仪探测头置于梁端上缘混凝土竖直侧面，用透射法测定首波传播时间，可测定一组n个数据；2>再将检测仪探测头置于梁跨中上缘混凝土竖直侧面，测出另一组n个数据；3>根据公式Kv=[Σi=1nT1′′]/[Σi=1nTi′]]]>其中Ti″和Ti，′分别为跨中和梁端波的传播时间，Kv为同一片梁跨中波的传播时间和梁端波的传播时间比值；4>将Kv代入下列公式.Fh＝100.29×[-14.92+5.116Kv]式中Fh为混凝土梁跨中混凝土的疲劳损伤度，其值在0.95Fh～1.05Fh之间；5>根据Kv值，评定桥梁的疲劳损伤度和剩余疲劳寿命。
2.如权利要求1所述的混凝土桥梁疲劳检测仪，主要包括接收器、发射器、放大器、A/D转换器、示波器波形输出等，其特征在于它设有数据存贮系统和微机接口。
3.根据权利要求1所述的混凝土桥梁疲劳检测仪，其特征在于公式
中n为10。
全文摘要
一种混凝土桥梁疲劳检测技术及检测仪,其特征是它用超声波探测混凝土桥梁中上缘沿横桥方向的拉应力产生微小的疲劳裂纹以测定该混凝土桥梁的疲劳寿命。通过测定同一片梁跨中的波传播时间和梁端的波传播时间的比值Kv,再根据回归曲线公式确定K
文档编号G01N29/04GK1201146SQ97108090
公开日1998年12月9日 申请日期1997年6月3日 优先权日1997年6月3日
发明者文雨松 申请人:长沙铁道学院