淺論公路橋梁試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)

橋梁在一個(gè)國(guó)家的交通運(yùn)輸和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有重要位置。公路橋梁作為連接公路的紐帶與咽喉，對(duì)周邊地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著十分顯著的作用。相比于其他基礎(chǔ)設(shè)施而言，公路橋梁造價(jià)相對(duì)較高、投資較大，社會(huì)效益影響巨大。因此，人們總是采取各種措施，千方百計(jì)地確保其工程質(zhì)量，希望始終使其處于良好的工作狀態(tài)，而橋粱的試驗(yàn)檢測(cè)工作則是保證橋梁安壘運(yùn)營(yíng)的重要手段。

1、橋梁檢測(cè)的背景

橋粱在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中難免會(huì)發(fā)生各種結(jié)構(gòu)損傷。損傷的原因可以是使用、維護(hù)不當(dāng)、車(chē)禍?zhǔn)鹿实热藶橐蛩兀部赡苁堑卣?、風(fēng)暴等自然災(zāi)害。此外某些要道上交通量以大大高于預(yù)測(cè)流量的速度猛增也加劇了橋梁結(jié)構(gòu)的自然老化。這些因素均導(dǎo)致了橋梁承載能力和耐久性的降低，甚至影響到運(yùn)營(yíng)的安全。由此而引起的一系列問(wèn)題都需要相應(yīng)的維修、改造和加固來(lái)解決。而這些維修、改造和加固工作又必須在對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)詳細(xì)和系統(tǒng)的檢測(cè)的基礎(chǔ)上才能妥善的進(jìn)行。

2、橋梁檢測(cè)的特點(diǎn)

在目的方面，傳統(tǒng)橋梁檢測(cè)往往僅是為了確定橋梁的損傷狀況，最多是在一定程度上對(duì)橋梁的繼續(xù)工作能力提出評(píng)價(jià)。然而橋梁健康檢測(cè)不僅獲得橋梁的損傷狀況或健康狀況，而且利用其智能系統(tǒng)中開(kāi)放的數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)字化參數(shù)積累，對(duì)已用的橋粱設(shè)計(jì)理論提供長(zhǎng)期的、及時(shí)的由足尺寸真實(shí)構(gòu)件在真實(shí)環(huán)境下結(jié)構(gòu)響應(yīng)為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)驗(yàn)證，繼而為研究發(fā)展橋梁理論提供低成本高效率的“試驗(yàn)”支持。以橋梁健康檢測(cè)作為設(shè)計(jì)的驗(yàn)證具有前所未有的優(yōu)越性，它比較模型試驗(yàn)而言。成本低，模型就是已有的橋梁，省去了模型制作費(fèi)用;效果真實(shí)，完全的足尺寸.真實(shí)的環(huán)境.真實(shí)的載荷，數(shù)據(jù)的采集具有長(zhǎng)期性，只要橋梁“健在”，數(shù)據(jù)就可以長(zhǎng)期地收集下去。

在實(shí)現(xiàn)的手段方面，傳統(tǒng)橋梁檢測(cè)的手段雖然有很大發(fā)展并且日趨成熟，但對(duì)這些手段的應(yīng)用往往是孤立的、被動(dòng)的。橋梁健康檢測(cè)通過(guò)現(xiàn)代的傳感與通信技術(shù)的運(yùn)用使得橋梁健康檢測(cè)智能系統(tǒng)像人的神經(jīng)系統(tǒng)將人體各部分協(xié)調(diào)起來(lái)一樣，將各種檢測(cè)手段通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有機(jī)地組合在一起，利用內(nèi)部數(shù)據(jù)庫(kù)和信號(hào)軟件接口實(shí)現(xiàn)參數(shù)的采集和存放，并借助于瑚代通信寬帶的不斷拓寬和高速高容量的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)異地?cái)?shù)據(jù)采集，便捷、準(zhǔn)確、安全。在發(fā)展趨勢(shì)方面，橋梁健康檢測(cè)取代傳統(tǒng)的橋梁檢測(cè)已是大勢(shì)所趨。橋粱健康檢測(cè)可以為業(yè)主提供更加準(zhǔn)確和全面的檢測(cè)評(píng)定，而且可為設(shè)計(jì)人員提供前所未有的設(shè)計(jì)驗(yàn)證資料和理論研究依據(jù)。

3、常見(jiàn)的橋梁檢測(cè)技術(shù)

3.1 聲探測(cè)技術(shù)。聲探測(cè)技術(shù)主要包括超聲波探測(cè)技術(shù)、聲發(fā)散檢測(cè)技術(shù)和沖擊一回聲檢測(cè)技術(shù)。聲探測(cè)技術(shù)是目前發(fā)展最迅速的無(wú)損檢測(cè)。超聲波探測(cè)技術(shù)的基本原理是:超聲波能夠以一定的速度在某種材料中傳播，直至達(dá)到不連續(xù)點(diǎn)或抵達(dá)測(cè)試物的邊界時(shí)才反射回來(lái)。超聲波探測(cè)技術(shù)即利用聲脈沖在缺陷處發(fā)生特性變化的原理來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。聲發(fā)散技術(shù)的基本原理是:大多數(shù)結(jié)構(gòu)材料在受力后出現(xiàn)諸如塑性變形、裂紋開(kāi)裂、裂紋開(kāi)展等微結(jié)構(gòu)損傷時(shí)，就以聲波的形式釋放能量。它的優(yōu)點(diǎn)是可以對(duì)處干荷載作用狀態(tài)下的橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)部材料和結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行穩(wěn)定的監(jiān)視、并給出早期報(bào)警。沖擊——回聲是根據(jù)應(yīng)力波能夠在材料中傳播的原理設(shè)計(jì)的，基本的測(cè)試方法和超聲波相似。應(yīng)力波可以通過(guò)以下兩種方法產(chǎn)生:使用轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的應(yīng)力波稱(chēng)為脈沖——回聲法，使用機(jī)械沖擊器產(chǎn)生應(yīng)力波稱(chēng)為沖擊一回聲法。它同樣可以通過(guò)應(yīng)力渡的強(qiáng)度和發(fā)生時(shí)間測(cè)定缺陷的程度和位置。

3.2 電磁渡探測(cè)技術(shù)。電磁探測(cè)技術(shù)主要包括探地雷達(dá)技術(shù)和渦流檢測(cè)技術(shù)。探地雷達(dá)是利用電磁脈沖波發(fā)射原理來(lái)實(shí)現(xiàn)探測(cè)目的，它是利用超高頻短脈沖(106-109H z)電磁渡探測(cè)地下介質(zhì)分布的一種地球物理勘探方法。探地雷達(dá)是軍用技術(shù)民用化的典型代表，已經(jīng)在建筑物、橋梁和其他結(jié)構(gòu)評(píng)估中廣泛使用。其基本原理是將雷達(dá)脈沖傳進(jìn)被檢測(cè)材料，然后測(cè)量材料表面的反射量確定損傷。在橋梁無(wú)損中的典型應(yīng)用如混凝土中的鋼筋和孔道的定位以及缺陷和疲勞探測(cè)等。渦流的基本原理為電磁感應(yīng)，主要應(yīng)用于檢測(cè)表面損傷。當(dāng)檢測(cè)線(xiàn)圈與導(dǎo)電材料的構(gòu)件表面靠近，并通以交流電時(shí)，所產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)將在構(gòu)件表層產(chǎn)生感應(yīng)電流，呈環(huán)形渦流狀。電渦流的大小與分布受構(gòu)件材料介質(zhì)和表層缺陷的影響，根據(jù)所測(cè)電渦流的變化量，就可以判定材料表層的缺陷怕況。

3.3 光纖傳感器檢測(cè)技術(shù)。光纖傳感技術(shù)是利用光纖對(duì)某些特定的物理量敏感的特性，將外界物理量轉(zhuǎn)換成可以直接測(cè)量的信號(hào)的技術(shù)。由于光纖不僅可以作為光波的傳播媒質(zhì).而且光波在光纖中傳播時(shí)表征光波的特征參量(振幅、相位，偏振態(tài)、波長(zhǎng)等)，因外界因素(如溫度、壓力、應(yīng)變、磁場(chǎng)、電場(chǎng)、位移、轉(zhuǎn)動(dòng)等)的作用而間接或直接的發(fā)生變化，從而可將光纖用作傳感元件來(lái)探測(cè)各種物理量。這就是光纖傳感器的基本原理。光纖傳感器可從光纖的作用、信號(hào)調(diào)制方式及被測(cè)對(duì)象等不同角度分類(lèi)。從光纖作用角度可分為非功能型傳感器和功能型傳感器。非功能型傳感器中光纖僅起到傳光的作用，而功能型傳感器中光纖既起到傳光的作用又起到傳感的作用。目前開(kāi)發(fā)的高精度、高分辨率及結(jié)構(gòu)小型化的傳感器多以功能型傳感器為主。若從光信號(hào)調(diào)制方式角度分類(lèi)則有光強(qiáng)調(diào)制型，相位調(diào)制型及偏振調(diào)制型。其中光強(qiáng)調(diào)制型在一般工程測(cè)量中因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量范圍大而應(yīng)用較廣。而在對(duì)測(cè)量精度要求較高的場(chǎng)所中則采用相位和偏振調(diào)制。隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，對(duì)傳感器的精度、穩(wěn)定性及小型化的要求越來(lái)越高。因此相位調(diào)制型及偏振調(diào)制型傳感器是目前研究和開(kāi)發(fā)的主要對(duì)象。目前應(yīng)用橋梁檢測(cè)中的光纖傳感器主要是相位調(diào)制型。

3.4 紅外熱像儀檢測(cè)技術(shù)。紅外熱像儀檢測(cè)技術(shù)的原理在于幾乎所有的材料都會(huì)吸收很廣范圍的紅外線(xiàn)的波，而引起物體溫度的升高。而物體只要高于絕對(duì)零度都會(huì)發(fā)射紅外線(xiàn)。對(duì)橋梁的檢測(cè)就是當(dāng)橋梁中有縫隙或損傷的時(shí)候，發(fā)出的紅外線(xiàn)與周?chē)牟灰恢?，所以可以依靠紅外線(xiàn)成像的原理來(lái)檢測(cè)橋梁的損傷。簡(jiǎn)單的說(shuō)紅外熱像檢測(cè)技術(shù)就是依據(jù)物體的紅外輻射——表面溫度——材料特性三者間的內(nèi)在關(guān)系，借助紅外熱像儀把來(lái)自目標(biāo)的紅外輻射轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢?jiàn)的熱圖像，通過(guò)熱圖像特征分析，直觀地了解物體的表面溫度分布，進(jìn)而達(dá)到推斷混凝土粱內(nèi)部結(jié)構(gòu)和表面狀態(tài)的目的。紅外熱像儀檢測(cè)技術(shù)可以非接觸的測(cè)量，更具有快速便捷、穩(wěn)定性較高、設(shè)備輕便、后處理靈活的特點(diǎn)。不過(guò)熱成像圖雖然可以很好的反映溫度的信息，但是影響物體溫度的變量是相當(dāng)多的，尤其天氣的變化是一個(gè)很重要的原因，相關(guān)的改善措施還在摸索階段。