flawlocations重慶交大mfl檢測(cè)結(jié)果

1、Evaluation Methods & Testing Technologies for Safety Evaluation of Existing Bridges,周 毅 (Y. E. Zhou, PhD, PE) 美國(guó)優(yōu)斯公司 (URS Corporation)橋梁評(píng)定檢測(cè)與加固業(yè)務(wù)經(jīng)理,在役橋梁結(jié)構(gòu)安全的評(píng)定方法與檢測(cè)技術(shù),第四屆全國(guó)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(píng)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(jì)可靠性與評(píng)定可靠性的區(qū)別提高結(jié)構(gòu)評(píng)定可靠性的方法 – 動(dòng)態(tài)秤重, 荷載測(cè)試,無(wú)損檢測(cè)技術(shù) … 等等動(dòng)態(tài)秤重技術(shù)的應(yīng)用 – 準(zhǔn)確測(cè)量荷載的變化用于結(jié)構(gòu)疲勞和強(qiáng)度評(píng)定的荷載測(cè)試和有限元分析方法磁通漏磁檢測(cè)系統(tǒng) (MFL) – 用于評(píng)定置于混凝土結(jié)構(gòu)及纜索中鋼筋或鋼絞線狀況的無(wú)損檢測(cè)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(píng)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(shí)間的惡化,Q 的影響因素卡車的重量,分布及變化其他同時(shí)作用的荷載 (DL, T, W …) 荷載 ? 應(yīng)力的對(duì)應(yīng)關(guān)系支撐情況隨時(shí)間的變化,在一個(gè)指定時(shí)間 t, 檢查:結(jié)構(gòu)強(qiáng)度 R (t) ≥ 荷載效應(yīng) Q (t),R = 桿件/節(jié)點(diǎn)的承載能力 (M, V, P …),Q = 對(duì)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(jì)/評(píng)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(jì)與評(píng)定的區(qū)別 – 不定性/隨機(jī)性,設(shè)計(jì) – 不定性較高評(píng)定 – 指定的時(shí)間和地點(diǎn), 不定性較低,設(shè)計(jì)與評(píng)定的區(qū)別 – 隨時(shí)間的變化性,設(shè)計(jì) – 隨時(shí)間的變化性通常不予考慮評(píng)定 – 荷載與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度都隨時(shí)間變化,提高結(jié)構(gòu)評(píng)定可靠性指數(shù) β 的方法,以獲取現(xiàn)場(chǎng)數(shù)

5、據(jù)來(lái)減少不定性/隨機(jī)性:車重荷載譜 – 動(dòng)態(tài)秤重 (WIM)荷載與應(yīng)力的對(duì)應(yīng)關(guān)系 – 荷載測(cè)試/有限元分析主要承重桿件的自身狀況 – 無(wú)損檢測(cè) (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(shí)間的惡化,Q 的影響因素卡車的重量,分布及變化其他同時(shí)作用的荷載 (DL, T, W …) 荷載 ? 應(yīng)力的對(duì)應(yīng)關(guān)系支撐情況隨時(shí)間的變化,提高結(jié)構(gòu)評(píng)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(píng)定可靠性的關(guān)鍵: 降低方差 σR-Q,提高結(jié)構(gòu)評(píng)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(píng)定可靠性的關(guān)鍵: 降低方差 σR-Q,荷載及其變化 – 動(dòng)態(tài)秤重 (WIM)荷載與應(yīng)力的對(duì)應(yīng)關(guān)系 – 疲勞

7、及強(qiáng)度評(píng)定的荷載測(cè)試/有限元分析關(guān)鍵承重桿件和材料的狀況 – 無(wú)損檢測(cè) (NDT/E)評(píng)定準(zhǔn)則 – 以可靠性為基礎(chǔ),提高結(jié)構(gòu)評(píng)定可靠性的方法,用動(dòng)態(tài)秤重確定卡車荷載譜,橋梁疲勞壽命評(píng)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(píng)估的關(guān)鍵: 準(zhǔn)確評(píng)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(jì)算得出疲勞壽命不足

8、,在桿件中部測(cè)軸向應(yīng)力, 端部測(cè)由彎矩引起的次應(yīng)力,用應(yīng)變片量測(cè)桁架桿件應(yīng)力幅,,,,,控制疲勞細(xì)節(jié): 鉚接 - Category D,無(wú)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(chǎng)測(cè)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(wú)限 (腐蝕區(qū)除外),疲勞壽命評(píng)

9、定,檢算組合荷載下的強(qiáng)度要求: φs φc φ R > ηI Σ(γi Qi)R = 桿件強(qiáng)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(yùn)營(yíng)重要性系數(shù)φ = 阻力系數(shù) 隨設(shè)計(jì)/評(píng)定的方法而變?cè)试S應(yīng)力法 (ASD/ASR)極限強(qiáng)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(qiáng)度評(píng)定,橋梁結(jié)構(gòu)中的荷載分布十分復(fù)雜,設(shè)計(jì)規(guī)范中的荷載分布公式夠精確嗎? 簡(jiǎn)化的公式對(duì)新橋設(shè)計(jì)來(lái)說可以接受, 但對(duì)在役橋梁評(píng)定不夠精確.,用荷載測(cè)試/有限元分析確定荷載應(yīng)力關(guān)系,強(qiáng)度評(píng)定的關(guān)鍵: 準(zhǔn)確的荷載與應(yīng)力對(duì)應(yīng)關(guān)系,關(guān)鍵桿件和材料的狀況決定結(jié)構(gòu)強(qiáng)度 施工質(zhì)量是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)狀況通常隨時(shí)間而惡化無(wú)損檢測(cè) (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(píng)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(cè),,,北京順義2號(hào)梁MFL檢測(cè)結(jié)果,,,,北京順義2號(hào)梁打開驗(yàn)證,,北京順義4號(hào)梁MFL檢測(cè)結(jié)果,,,北京順義4號(hào)梁打開驗(yàn)證,,北京順義預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋MFL檢測(cè),,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(cè)鋼筋/索銹蝕,,順義箱梁橋MFL檢測(cè)結(jié)果 – 無(wú)裂紋梁,,順義箱梁橋MFL檢測(cè)結(jié)果 – 裂梁,,重慶交通大學(xué)實(shí)驗(yàn)室MFL驗(yàn)證 – 六種試件

13、,,重慶交大MFL檢測(cè)結(jié)果 – 木板中的鋼索,,,,,,,,,,Flaw Locations,重慶交大MFL檢測(cè)結(jié)果 – 套管中的鋼索,,重慶交大MFL檢測(cè)結(jié)果 – 混凝土中的鋼索,,重慶交大MFL檢測(cè) – 鋼索/筋上人造缺陷,,MFL在橋梁纜索檢測(cè)上的應(yīng)用,示意圖,美國(guó)橋梁評(píng)定規(guī)范 – 目前,美國(guó)橋梁評(píng)定規(guī)范 – 將來(lái),現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確評(píng)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(píng)定可靠性的方法:

14、 利用動(dòng)態(tài)秤重(WIM)建立車輛荷載譜利用荷載測(cè)試/有限元分析建立結(jié)構(gòu)中荷載與應(yīng)力的對(duì)應(yīng)關(guān)系(疲勞和強(qiáng)度評(píng)定)利用無(wú)損檢測(cè)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(píng)定規(guī)范,總結(jié)與結(jié)論,一個(gè)實(shí)際可行的方法示意,實(shí)際橋梁的強(qiáng)度(R)與荷載效果(Q)的統(tǒng)計(jì)分布很難確定估計(jì)它們的端值及其發(fā)生的概率更實(shí)際可行利用先進(jìn)的分析/測(cè)試方法和手段來(lái)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確評(píng)估 以(Rmin – Qmax)及相應(yīng)的概率值作為安