flawlocations重慶交大mfl檢測結(jié)果

1、Evaluation Methods & Testing Technologies for Safety Evaluation of Existing Bridges,周 毅 (Y. E. Zhou, PhD, PE) 美國優(yōu)斯公司 (URS Corporation)橋梁評定檢測與加固業(yè)務(wù)經(jīng)理,在役橋梁結(jié)構(gòu)安全的評定方法與檢測技術(shù),第四屆全國公路科技創(chuàng)新高層論壇 ? 北京 ? 2008,什么是橋梁結(jié)構(gòu)安全評定?結(jié)構(gòu)安全的衡

2、量及可靠性指數(shù)的概念結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠性與評定可靠性的區(qū)別提高結(jié)構(gòu)評定可靠性的方法 – 動態(tài)秤重, 荷載測試,無損檢測技術(shù) … 等等動態(tài)秤重技術(shù)的應(yīng)用 – 準(zhǔn)確測量荷載的變化用于結(jié)構(gòu)疲勞和強度評定的荷載測試和有限元分析方法磁通漏磁檢測系統(tǒng) (MFL) – 用于評定置于混凝土結(jié)構(gòu)及纜索中鋼筋或鋼絞線狀況的無損檢測技術(shù)總結(jié)與結(jié)論,發(fā)言概要,什么是結(jié)構(gòu)安全評定?,R 的影響因素桿件幾何尺寸材料性能施工質(zhì)量支撐情況結(jié)構(gòu)系統(tǒng)綴余度

3、隨時間的惡化,Q 的影響因素卡車的重量,分布及變化其他同時作用的荷載 (DL, T, W …) 荷載 ? 應(yīng)力的對應(yīng)關(guān)系支撐情況隨時間的變化,在一個指定時間 t, 檢查:結(jié)構(gòu)強度 R (t) ≥ 荷載效應(yīng) Q (t),R = 桿件/節(jié)點的承載能力 (M, V, P …),Q = 對應(yīng)的荷載效應(yīng) (M, V, P …),結(jié)構(gòu)安全性的衡量,安全程度 = R - Q (隨即變量),R, σR, Q,

4、 σQ = 設(shè)計/評定準(zhǔn)則中的控制參數(shù),結(jié)構(gòu)可靠性指數(shù) β,β = R-Q / σR-Q = 可靠性指數(shù)pf = P[(R-Q) < 0] = 破壞的概率,正態(tài)分布,設(shè)計與評定的區(qū)別 – 不定性/隨機性,設(shè)計 – 不定性較高評定 – 指定的時間和地點, 不定性較低,設(shè)計與評定的區(qū)別 – 隨時間的變化性,設(shè)計 – 隨時間的變化性通常不予考慮評定 – 荷載與結(jié)構(gòu)強度都隨時間變化,提高結(jié)構(gòu)評定可靠性指數(shù) β 的方法,以獲取現(xiàn)場數(shù)

5、據(jù)來減少不定性/隨機性:車重荷載譜 – 動態(tài)秤重 (WIM)荷載與應(yīng)力的對應(yīng)關(guān)系 – 荷載測試/有限元分析主要承重桿件的自身狀況 – 無損檢測 (NDT/E),R 的影響因素桿件幾何尺寸材料性能施工質(zhì)量支撐情況結(jié)構(gòu)系統(tǒng)綴余度隨時間的惡化,Q 的影響因素卡車的重量,分布及變化其他同時作用的荷載 (DL, T, W …) 荷載 ? 應(yīng)力的對應(yīng)關(guān)系支撐情況隨時間的變化,提高結(jié)構(gòu)評定可靠性 – 情況 1,可靠性指數(shù):

6、 β = R-Q / σR-Q,情況 1: 如果 R-QDes 不變, σR-Q ↓, β ↑,提高結(jié)構(gòu)評定可靠性的關(guān)鍵: 降低方差 σR-Q,提高結(jié)構(gòu)評定可靠性 – 情況 2,情況 2: 如果 R-QEva(t) < R-QDes, σR-Q ↓, β ↑,可靠性指數(shù): β = R-Q / σR-Q,提高結(jié)構(gòu)評定可靠性的關(guān)鍵: 降低方差 σR-Q,荷載及其變化 – 動態(tài)秤重 (WIM)荷載與應(yīng)力的對應(yīng)關(guān)系 – 疲勞

7、及強度評定的荷載測試/有限元分析關(guān)鍵承重桿件和材料的狀況 – 無損檢測 (NDT/E)評定準(zhǔn)則 – 以可靠性為基礎(chǔ),提高結(jié)構(gòu)評定可靠性的方法,用動態(tài)秤重確定卡車荷載譜,橋梁疲勞壽命評估,常幅荷載與變幅荷栽的區(qū)別利用應(yīng)力幅譜和S-N曲線常幅疲勞極限與應(yīng)力譜中最大應(yīng)力幅之比較,疲勞評估的關(guān)鍵: 準(zhǔn)確評估疲勞細(xì)節(jié)的局部應(yīng)力變化,Cleveland Central Viaduct,鉚接鋼桁橋, 建于1959年理論計算得出疲勞壽命不足

8、,在桿件中部測軸向應(yīng)力, 端部測由彎矩引起的次應(yīng)力,用應(yīng)變片量測桁架桿件應(yīng)力幅,,,,,控制疲勞細(xì)節(jié): 鉚接 - Category D,無線遙控,,,,日常交通引起的應(yīng)力反應(yīng),雨流記數(shù)法,,應(yīng)力幅譜,鉚接細(xì)節(jié): Cat. D, CAFL = 7.0 ksi現(xiàn)場測試結(jié)果: Sr,max = 4.5 ksi等效常幅應(yīng)力幅 (RMC): Sre=[(ni/N)Sri3]1/3結(jié)論: 本橋桿件的疲勞壽命為無限 (腐蝕區(qū)除外),疲勞壽命評

9、定,檢算組合荷載下的強度要求: φs φc φ R > ηI Σ(γi Qi)R = 桿件強度Qi = 荷載效應(yīng)φs = 系統(tǒng)贅余度系數(shù) γi =荷載系數(shù)φc = 狀況系數(shù) ηI = 運營重要性系數(shù)φ = 阻力系數(shù) 隨設(shè)計/評定的方法而變允許應(yīng)力法 (ASD/ASR)極限強度法 (LFD/LFR)荷載阻力系數(shù)法 (LRFD/LRFR)檢算所有破壞模式 (拉, 壓, 剪

10、, 等),橋梁強度評定,橋梁結(jié)構(gòu)中的荷載分布十分復(fù)雜,設(shè)計規(guī)范中的荷載分布公式夠精確嗎? 簡化的公式對新橋設(shè)計來說可以接受, 但對在役橋梁評定不夠精確.,用荷載測試/有限元分析確定荷載應(yīng)力關(guān)系,強度評定的關(guān)鍵: 準(zhǔn)確的荷載與應(yīng)力對應(yīng)關(guān)系,關(guān)鍵桿件和材料的狀況決定結(jié)構(gòu)強度 施工質(zhì)量是實現(xiàn)設(shè)計意圖的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)狀況通常隨時間而惡化無損檢測 (NDT/E) 是檢查不可見結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要工具, 例如混凝土結(jié)構(gòu)和纜索中的鋼絞線或鋼筋.,

11、橋梁狀態(tài)的評定,,用于混凝土梁的磁通漏磁系統(tǒng) – MFL,Developed by Professor Al Ghorbanpoor of University of Wisconsin at Milwaukee (UWM),,MFL用于混凝土橋面板和后張拉索,,MFL用于混凝土梁體外后張拉索,,,,MFL用于混凝土梁體外后張拉索,,,MFL Signals – flaw indication from 183 to 366 cm,M

12、FL用于混凝土梁體外后張拉索,,北京順義普通鋼筋混凝土梁MFL檢測,,,北京順義2號梁MFL檢測結(jié)果,,,,北京順義2號梁打開驗證,,北京順義4號梁MFL檢測結(jié)果,,,北京順義4號梁打開驗證,,北京順義預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋MFL檢測,,順義箱梁橋: 一片梁有縱裂紋和漏水跡象,,順義箱梁橋 – MFL檢測鋼筋/索銹蝕,,順義箱梁橋MFL檢測結(jié)果 – 無裂紋梁,,順義箱梁橋MFL檢測結(jié)果 – 裂梁,,重慶交通大學(xué)實驗室MFL驗證 – 六種試件

13、,,重慶交大MFL檢測結(jié)果 – 木板中的鋼索,,,,,,,,,,Flaw Locations,重慶交大MFL檢測結(jié)果 – 套管中的鋼索,,重慶交大MFL檢測結(jié)果 – 混凝土中的鋼索,,重慶交大MFL檢測 – 鋼索/筋上人造缺陷,,MFL在橋梁纜索檢測上的應(yīng)用,示意圖,美國橋梁評定規(guī)范 – 目前,美國橋梁評定規(guī)范 – 將來,現(xiàn)場數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確評定在役橋梁結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)越具體, 方差越小, 從而可靠性指數(shù)越高 提高結(jié)構(gòu)評定可靠性的方法:

14、 利用動態(tài)秤重(WIM)建立車輛荷載譜利用荷載測試/有限元分析建立結(jié)構(gòu)中荷載與應(yīng)力的對應(yīng)關(guān)系(疲勞和強度評定)利用無損檢測確定關(guān)鍵承重桿件和材料的狀況(NDT/E)需要建立以可靠性為基礎(chǔ) 的橋梁評定規(guī)范,總結(jié)與結(jié)論,一個實際可行的方法示意,實際橋梁的強度(R)與荷載效果(Q)的統(tǒng)計分布很難確定估計它們的端值及其發(fā)生的概率更實際可行利用先進(jìn)的分析/測試方法和手段來實現(xiàn)準(zhǔn)確評估 以(Rmin – Qmax)及相應(yīng)的概率值作為安