橋梁工程檢測(cè)技術(shù)研究

曾　輝

[摘要]在對(duì)橋梁檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀做一個(gè)大致介紹的基礎(chǔ)上，去橋梁檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，并介紹一些橋梁檢測(cè)技術(shù)的最新發(fā)展趨勢(shì)。

[關(guān)鍵詞]橋梁檢測(cè)技術(shù)評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：TU19文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671－7597(2009)0210086－01

一、橋梁檢測(cè)對(duì)象、內(nèi)容

需要進(jìn)行檢測(cè)的橋梁原因多種多樣，需要檢測(cè)的橋梁類型也不盡相同。橋梁檢測(cè)的對(duì)象有很大部分是舊橋，許多舊橋難以適應(yīng)新的使用要求，需要進(jìn)行橋梁健康和使用安全性檢測(cè)，對(duì)于現(xiàn)行建造的橋梁，由于新工藝、新材料的使用，同時(shí)橋梁規(guī)模也越來越大，因此大部分新橋也要求做檢測(cè)工作。

二、橋梁評(píng)定方法

目前對(duì)于橋梁承載力的評(píng)定可分為4類：基于病害調(diào)查的經(jīng)驗(yàn)評(píng)定方法，分析計(jì)算法，綜合分析法，荷載試驗(yàn)法。

1．基于病害調(diào)查的經(jīng)驗(yàn)評(píng)定方法此方法的主要依據(jù)是《公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》。在橋梁檢查的基礎(chǔ)上，通過對(duì)橋梁的技術(shù)狀況及缺陷和損傷的性質(zhì)、部位、嚴(yán)重程度和發(fā)展趨勢(shì)的調(diào)查，弄清出現(xiàn)缺陷和損傷的主要原因，分析和評(píng)價(jià)既存缺陷及損傷對(duì)橋梁質(zhì)量和使用承載能力的影響，并為橋梁維修和加固設(shè)計(jì)提供可靠的技術(shù)數(shù)據(jù)和依據(jù)。這種方法要求現(xiàn)場(chǎng)檢查人員必須具有豐富的工程經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)。

2．分析計(jì)算法。這一方法主要根據(jù)實(shí)測(cè)的材料性能、結(jié)構(gòu)幾何尺寸、支撐條件、外觀缺陷及通行荷載，按照橋梁結(jié)構(gòu)的計(jì)算理論來評(píng)定承載力，是一種定量了解舊橋承載力的方法，國內(nèi)外學(xué)者作了大量研究工作，許多國家都趨向于以“鑒定系數(shù)”來評(píng)價(jià)承載力。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)特別是鋼筋混凝土有限元理論的發(fā)展，有限元計(jì)算法引起了各國學(xué)者的重視。編制有限元計(jì)算程序或采用通用的有限元分析軟件，用計(jì)算機(jī)模擬實(shí)際橋梁的荷載試驗(yàn)，計(jì)算橋梁的實(shí)際承載力，評(píng)定步驟如下：(1)橋梁調(diào)查；(2)確定加載形式并劃分單元；(3)分級(jí)加載計(jì)算；(4)評(píng)定承載力。

3．綜合分析法。此方法是在橋梁檢查的基礎(chǔ)上，采用無破損方式測(cè)定混凝土強(qiáng)度、混凝土碳化深度、混凝土氯離子含量、混凝土電阻率、鋼筋混凝土保護(hù)層厚度和結(jié)構(gòu)混凝土中鋼筋銹蝕狀況，進(jìn)行折減后的結(jié)構(gòu)承載力驗(yàn)算，綜合分析計(jì)算結(jié)果和結(jié)構(gòu)裂縫等外觀條件，評(píng)定結(jié)構(gòu)材料狀況。

4．荷載試驗(yàn)法。如前所述的基于病害調(diào)查的經(jīng)驗(yàn)評(píng)定法和綜合分析法對(duì)于橋梁承載力的初步評(píng)定是有效的，特別是對(duì)于全線橋梁的總體評(píng)價(jià)、劃分橋梁類型、確定維修加固的輕重緩急是經(jīng)濟(jì)有效的方法。然而，對(duì)于重要的大型橋梁，需進(jìn)一步進(jìn)行荷載試驗(yàn)來評(píng)定實(shí)際的承載能力。荷載試驗(yàn)方法是在橋梁結(jié)構(gòu)鑒定中應(yīng)用歷史最長的方法。主要優(yōu)點(diǎn)是直觀，較可靠，故多用于新結(jié)構(gòu)的研究和橋梁質(zhì)量的評(píng)定。在舊橋的評(píng)定中，又多用于橋梁實(shí)際工作狀態(tài)不明確情況下的評(píng)定和研究工作，以彌補(bǔ)根據(jù)外觀調(diào)查評(píng)定和綜合分析評(píng)定方法的不足。但是，一般進(jìn)行荷載試驗(yàn)要封閉路線，花費(fèi)的資金較多，耗費(fèi)時(shí)間長，只能對(duì)重要的大型橋梁進(jìn)行荷載試驗(yàn)。這種荷載試驗(yàn)是非破壞性的，根據(jù)試驗(yàn)荷載的作用性質(zhì)，通常分為靜載試驗(yàn)和動(dòng)載試驗(yàn)，前者反映橋梁在靜載作用下的結(jié)構(gòu)工作性能，后者反映橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能靜載試驗(yàn)，通常采用車輛加載方式，測(cè)定梁的應(yīng)變、撓度和裂縫，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算值的對(duì)比分析，來判斷橋梁的實(shí)際承載能力。

三、橋梁檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

橋梁無損傷檢測(cè)技術(shù)。傳統(tǒng)的橋梁檢測(cè)方法主要依賴于動(dòng)靜載試驗(yàn)和檢測(cè)人員的現(xiàn)場(chǎng)目測(cè)，輔以混凝土硬度實(shí)驗(yàn)、超聲波探測(cè)、腐蝕作用實(shí)驗(yàn)等多種檢測(cè)手段。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，隨著現(xiàn)代傳感與通信技術(shù)的發(fā)展，無損檢測(cè)技術(shù)更是出現(xiàn)了前所未有的發(fā)展勢(shì)態(tài)，先后涌現(xiàn)出一大批新的檢測(cè)方法和檢測(cè)手段，使無損檢測(cè)技術(shù)向著智能化、快速化、系統(tǒng)化的方向發(fā)展。近年來，致力于橋粱檢涮。研究人員提出了許名成功的方法對(duì)橋粱講行非破壞件評(píng)估。一些新的方法被廣泛應(yīng)用于橋梁檢測(cè)，如利用相干激光雷達(dá)測(cè)試橋梁下部結(jié)構(gòu)的撓度，利用全息干涉儀和激光斑紋測(cè)量橋體表面的變形狀態(tài)，利用雙波長遠(yuǎn)紅外成像檢測(cè)橋梁混凝土層的損傷，利用磁漏攝動(dòng)檢測(cè)鋼索、鋼梁和混凝土內(nèi)部的鋼筋等等。隨著振動(dòng)實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力模型修正理論得到了充分的發(fā)展，為橋梁結(jié)構(gòu)的安全檢測(cè)開辟了新的途徑?；谡駝?dòng)模態(tài)分析技術(shù)，人們研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)是整體狀態(tài)的一種度量，當(dāng)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、剛度和阻尼特性發(fā)生變化時(shí)，選用結(jié)構(gòu)振動(dòng)模態(tài)作為權(quán)數(shù)，對(duì)結(jié)構(gòu)損傷前后的模態(tài)變化量進(jìn)行加權(quán)處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)單元損傷的識(shí)別和有效定位。

橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別技術(shù)。多年來，許多橋梁工程結(jié)構(gòu)的安全可靠性已成為人們廣泛關(guān)注的問題，橋梁工程結(jié)構(gòu)正朝著高層次、大柔度方向發(fā)展，在風(fēng)載、地震作用下可能產(chǎn)生危險(xiǎn)振動(dòng)；橋梁工程結(jié)構(gòu)的使用年限已接近或超過設(shè)計(jì)壽命，產(chǎn)生老化現(xiàn)象；承包商為利潤所驅(qū)動(dòng)，在施工過程中偷工減料，未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，致使工程質(zhì)量的安全性產(chǎn)生嚴(yán)重的問題，在我國已有不少悲慘的事故發(fā)生。因此，對(duì)橋梁的損傷識(shí)別是一個(gè)日益引起重視的課題。以下是幾種應(yīng)用較多的橋梁損傷識(shí)別方法：(1)基于振動(dòng)的損傷識(shí)別方法。這種技術(shù)的基本思想是：損傷會(huì)引起結(jié)構(gòu)中物理參數(shù)(質(zhì)量、剛度等)的改變，結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)(模態(tài)頻率、模態(tài)振型、模態(tài)阻尼等)隨之發(fā)生改變，根據(jù)此改變量即可確定損傷的位置與程度。這種方法在國外稱為結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別。包括：利用頻率變化進(jìn)行損傷識(shí)別，利用振型變化進(jìn)行損傷識(shí)別，基于柔度矩陣的損傷識(shí)別，試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析與有限元分析相結(jié)合的方法，殘余力向量損傷識(shí)別。(2)小波分析損傷識(shí)別法。由于小波分析非常適合分析非平穩(wěn)信號(hào)，因此可作為損傷識(shí)別中信號(hào)處理的較理想的工具，用它來構(gòu)造損傷識(shí)別中所需要的特征因子，或直接提取對(duì)損傷有用的信息。小波分析在損傷識(shí)別中的應(yīng)用是多方面的，如：奇異信號(hào)檢測(cè)、信噪分離、頻帶分析等。(3)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)損傷識(shí)別。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在損傷識(shí)別中的基本思路是：首先用無損傷系統(tǒng)的振動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)來訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)，用適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)方法確定網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)；然后將系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)送入網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)就有對(duì)應(yīng)的輸出，如果學(xué)習(xí)過程是成功的，當(dāng)系統(tǒng)特性無變化時(shí)，系統(tǒng)的輸出和網(wǎng)絡(luò)的輸出應(yīng)該吻合；相反，當(dāng)系統(tǒng)有損傷時(shí)，系統(tǒng)的輸出和網(wǎng)絡(luò)的輸出就有一個(gè)差異，這個(gè)差異就是損傷的一種測(cè)度。

四、結(jié)語

國內(nèi)外橋梁、土木、機(jī)械等各領(lǐng)域的科學(xué)家提出了許多檢測(cè)和分析方法進(jìn)行橋梁的安全性能評(píng)估和預(yù)報(bào)。隨著計(jì)算機(jī)和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，人工智能將廣泛地運(yùn)用在各類橋梁結(jié)構(gòu)的檢測(cè)試驗(yàn)和分析上，為橋梁結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量性能做出更準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。同時(shí)，學(xué)科交叉的現(xiàn)象日益普遍，特別是將一些高新技術(shù)的最新研究成果應(yīng)用于橋梁無損檢測(cè)技術(shù)的研究，必將推動(dòng)該技術(shù)的飛速發(fā)展。