公路橋梁結(jié)構(gòu)的損傷檢測(cè)技術(shù)分析

■吳 剛 ■南京市交通建設(shè)處，江蘇 南京 210013

公路橋梁運(yùn)營(yíng)中，受到車輛荷載的影響，很容易發(fā)生結(jié)構(gòu)損傷，降低了公路結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，潛在很大的安全隱患。損傷檢測(cè)技術(shù)，在橋梁結(jié)構(gòu)中起到預(yù)防作用，其可檢測(cè)出橋梁中的損傷問題，明確橋梁損傷的情況，輔助提出有效的解決措施，強(qiáng)化橋梁結(jié)構(gòu)的運(yùn)營(yíng)。

1 公路橋梁結(jié)構(gòu)局部損傷的檢測(cè)技術(shù)

公路橋梁結(jié)構(gòu)中的局部損傷，集中在結(jié)構(gòu)點(diǎn)部分，通過對(duì)點(diǎn)損傷進(jìn)行分析，得出局部損傷的結(jié)構(gòu)。局部損傷檢測(cè)技術(shù)是一類細(xì)觀的檢測(cè)方式，按照檢測(cè)技術(shù)的理論依據(jù)，安排局部損傷檢測(cè)技術(shù)在公路橋梁中的應(yīng)用，例舉比較常用的集中局部損傷檢測(cè)技術(shù)。

1.1 紅外線法

公路橋梁結(jié)構(gòu)在內(nèi)力、荷載等因素的作用下，結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)裂縫，導(dǎo)致混凝土剝離時(shí)，局部損傷的位置溫度會(huì)發(fā)生變化，與橋梁整體結(jié)構(gòu)不同，可以采用紅外線法，對(duì)公路橋梁結(jié)構(gòu)的溫度差進(jìn)行檢測(cè)，找出內(nèi)部潛在的局部缺陷［1］。橋梁局部損傷，改變了局域的溫度，紅外線法捕捉到此類信息，檢測(cè)出結(jié)構(gòu)的損傷。紅外線法在橋梁結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)中的應(yīng)用，不受時(shí)間限制，能夠隨時(shí)安排局部損傷檢測(cè)，但是由于設(shè)備復(fù)雜，所以在使用紅外線檢測(cè)局部損傷時(shí)，還要提前限制交通通行，檢測(cè)完后再開放。

1.2 射線法

射線在公路橋梁結(jié)構(gòu)中具有一定的穿透性，根據(jù)穿透后的射線，比對(duì)射線譜相，按照譜相的結(jié)果，對(duì)結(jié)構(gòu)損傷進(jìn)行檢測(cè)，獲取局部損傷的情況。射線在橋梁結(jié)構(gòu)中，不同狀態(tài)的物體會(huì)反射出不同的譜相，主要是因?yàn)槲矬w有一定的吸收作用，出現(xiàn)損傷的結(jié)構(gòu)和正常結(jié)構(gòu)，會(huì)表現(xiàn)出很大的差異，也可根據(jù)射線的圖像，確定橋梁結(jié)構(gòu)的損傷比例。橋梁結(jié)構(gòu)局部損傷檢測(cè)中，使用射線法時(shí)要注意放射風(fēng)險(xiǎn)，全面做好損傷檢測(cè)的保護(hù)工作，才能確保射線法的準(zhǔn)確度和安全性。

1.3 超聲波法

超聲波法在檢測(cè)公路橋梁局部損傷時(shí)，利用儀器發(fā)射應(yīng)力波，其在固體中傳播的波形是一致的，當(dāng)應(yīng)力波傳播到局部損傷位置后，會(huì)發(fā)生明顯的變化，由此，在橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)位置，放置發(fā)射探頭、接收探頭，對(duì)接收探頭收到的應(yīng)力波進(jìn)行分析，如:頻率、波速等信息［2］。例如:公路橋梁結(jié)構(gòu)中，利用超聲波法中的透射，診斷結(jié)構(gòu)發(fā)生局部損傷的位置，通過反射法，檢測(cè)損傷的實(shí)際形態(tài)，而且超聲波沒有限制因素，能夠應(yīng)用到各類材料的道路橋梁結(jié)構(gòu)中。

1.4 聲發(fā)射方法

公路橋梁結(jié)構(gòu)局部損傷，改善了此位置的狀態(tài)，橋梁結(jié)構(gòu)的材料，出現(xiàn)狀態(tài)缺陷，此時(shí)材料發(fā)生局部損傷時(shí)，會(huì)釋放能量，也就是聲發(fā)射的過程，在橋梁局部檢測(cè)位置，安裝聲發(fā)射探頭，接收橋梁結(jié)構(gòu)釋放的能量信號(hào)，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，診斷局部材料損傷聲發(fā)射的變化特征，按照電信號(hào)的狀態(tài)，分析橋梁結(jié)構(gòu)局部損傷的情況。聲發(fā)射方法具有普遍性的優(yōu)勢(shì)，不受結(jié)構(gòu)、材料等因素的干擾，常用于混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的診斷中。

2 公路橋梁結(jié)構(gòu)全部損傷的檢測(cè)技術(shù)

全部損傷檢測(cè)技術(shù)的綜合性強(qiáng)，應(yīng)用在公路橋梁的整體結(jié)構(gòu)中，根據(jù)檢測(cè)技術(shù)得出的全部損傷信息，系統(tǒng)性的評(píng)估公路橋梁的結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀。根據(jù)公路橋梁結(jié)構(gòu)全部損傷檢測(cè)的案例，分析檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用。

2.1 模型修正法

模型修正法在公路橋梁結(jié)構(gòu)全部損傷中的檢測(cè)，采用實(shí)驗(yàn)振動(dòng)的方法，對(duì)比振動(dòng)和模型中的數(shù)據(jù)結(jié)果，檢測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)的狀態(tài)參數(shù)，如:加速度、頻響等，借助一定的優(yōu)化條件，逐步修正模型中的剛度參數(shù)，找出橋梁結(jié)構(gòu)的剛度信息，診斷出發(fā)生損傷的剛度位置。模型修正法的優(yōu)勢(shì)很明顯，其可完成模態(tài)檢測(cè)，特別是子結(jié)構(gòu)處理方面，此類方法也容易受到外界因素的干擾，如:噪聲、自由度等，影響了損傷檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度，還需在公路橋梁中引入動(dòng)態(tài)邊界的優(yōu)化方法，促使子結(jié)構(gòu)中的模型構(gòu)建，可以達(dá)到最佳的狀態(tài)，完善修正的過程。

2.2 時(shí)域法檢測(cè)

時(shí)域法檢測(cè)在公路橋梁結(jié)構(gòu)損傷中，具有直接的作用，專門識(shí)別橋梁結(jié)構(gòu)中的損傷參數(shù)。時(shí)域法利用輸入和輸出的系統(tǒng)，收集橋梁結(jié)構(gòu)的整體信號(hào)，利用運(yùn)動(dòng)方程的方式，構(gòu)建狀態(tài)方程，輔助推導(dǎo)結(jié)構(gòu)損傷的數(shù)據(jù)，完成已知到未知的推導(dǎo)過程，熟悉掌握橋梁結(jié)構(gòu)的損傷情況。一般情況下，公路橋梁結(jié)構(gòu)全部損傷的數(shù)據(jù)，輸入到時(shí)域法系統(tǒng)內(nèi)，經(jīng)過模態(tài)識(shí)別的方式，直接輸出檢測(cè)結(jié)果，不用變化采集的信號(hào)［3］。時(shí)域法檢測(cè)也有一定的缺陷，輸出信號(hào)容易發(fā)生過濾，無用信號(hào)比較多，因此，公路橋梁結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)數(shù)據(jù)分析中，應(yīng)該加強(qiáng)數(shù)據(jù)的監(jiān)督，以免遺漏有效的檢測(cè)信息。

2.3 頻域法檢測(cè)

公路橋梁結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)技術(shù)中的頻域法，核心是振動(dòng)檢測(cè)，傳遞函數(shù)頻域根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，得出振型、阻尼等信息，評(píng)估橋梁結(jié)構(gòu)的損傷情況。頻域法檢測(cè)中的數(shù)據(jù)比較多，輔助提取信號(hào)譜圖，檢測(cè)結(jié)構(gòu)的損傷。頻域法檢測(cè)在公路橋梁結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)中比較常用，應(yīng)用時(shí)要注意信號(hào)失真的問題，此類問題是由離散傅里葉變換引起的，必須消除變換對(duì)信號(hào)的影響，才能保障信號(hào)的真實(shí)性，預(yù)防信號(hào)失真。

3 公路橋梁結(jié)構(gòu)損傷的處理措施

公路橋梁結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)技術(shù)使用后，需要對(duì)損傷位置采取相關(guān)的處理措施，預(yù)防橋梁結(jié)構(gòu)隱患。橋梁結(jié)構(gòu)損傷處理的主體措施是加固，以某高速公路橋梁結(jié)構(gòu)損傷案例為分析對(duì)象，例舉加固處理的方法，如下:

3.1 預(yù)應(yīng)力加固

預(yù)應(yīng)力加固方法的應(yīng)用較為廣泛，處理橋梁結(jié)構(gòu)損傷。該高速公路橋梁結(jié)構(gòu)，經(jīng)過損傷檢測(cè)技術(shù)診斷后，在結(jié)構(gòu)體外增加預(yù)應(yīng)力，便于加固損傷位置。橋梁損傷結(jié)構(gòu)中，將預(yù)應(yīng)力鋼筋固定到橋梁上，利用錨固的方法分擔(dān)損傷結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力，減輕損傷加固構(gòu)件所受的應(yīng)力，提高橋梁整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。預(yù)應(yīng)力加固方法對(duì)高速公路的外觀結(jié)構(gòu)有一定的影響，而且提升了原結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力，還需設(shè)計(jì)相關(guān)的防護(hù)工作，設(shè)計(jì)砼構(gòu)件加固，緩解預(yù)應(yīng)力加固時(shí)的壓力。預(yù)應(yīng)力加固方法應(yīng)用后，該高速公路注重防銹、防腐處理，保障公路橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，以免影響預(yù)應(yīng)力加固的效果。

3.2 鋼板加固方法

鋼板加固是解決橋梁結(jié)構(gòu)損傷問題的一項(xiàng)新技術(shù)，對(duì)高速公路橋梁結(jié)構(gòu)的影響非常小，具備簡(jiǎn)單的施工技術(shù)。例如:該高速公路采用損傷檢測(cè)技術(shù)，檢測(cè)到結(jié)構(gòu)缺陷，主要表現(xiàn)為裂縫，橋梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、抗彎能力呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)，為了提高抗彎能力和強(qiáng)度，采取鋼板加固的方法，鋼板在錨栓的作用下，粘貼到橋梁結(jié)構(gòu)的外側(cè)，防止結(jié)構(gòu)的裂縫擴(kuò)大，同時(shí)改善橋梁結(jié)構(gòu)鋼筋的受力狀態(tài)，補(bǔ)充結(jié)構(gòu)的受力，由此即可改善裂縫位置橋梁結(jié)構(gòu)的性能，促使其具備足夠的抗剪強(qiáng)度［4］。鋼板加固方法中，也可將鋼板粘貼在構(gòu)件的一側(cè)，保持鋼板粘貼方向的一致性，預(yù)防鋼板屈服，其可防止橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生剪切類的破壞，強(qiáng)調(diào)公路橋梁結(jié)構(gòu)加固的應(yīng)用效益，有效解決了橋梁結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)中出現(xiàn)的各類問題。

4 結(jié)束語

損傷檢測(cè)技術(shù)及方法，有效識(shí)別了公路橋梁中的結(jié)構(gòu)損傷，避免結(jié)構(gòu)損傷再次擴(kuò)大，明顯降低了公路橋梁結(jié)構(gòu)的損傷程度，起到高效率的保護(hù)作用。損傷檢測(cè)技術(shù)在公路橋梁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，提高了橋梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量水平，而且推進(jìn)了損傷檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，促使其更加符合橋梁結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)的需求。

［1］修黎明.橋梁結(jié)構(gòu)的損傷檢測(cè)與識(shí)別技術(shù)研究［D］.濟(jì)南大學(xué)，2009.

［2］王鑫.淺析公路橋梁檢測(cè)技術(shù)分析及其應(yīng)用［J］.江西建材，2013(06):256-257.

［3］趙劍.淺議公路橋梁檢測(cè)技術(shù)分析與應(yīng)用［J］.中國水運(yùn)(下半月)，2013(06):253 +256.

［4］張建龍.淺析公路橋梁結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)識(shí)別方法與技術(shù)［J］.廣東科技，2012(15):123-124.