鐵路橋梁狀態(tài)診斷實(shí)驗(yàn)技術(shù)的淺談

曹淵東

【摘 要】鐵路作為現(xiàn)實(shí)生活中人們最重要的交通工具之一，其安全性是人們最為關(guān)注的問(wèn)題，而當(dāng)鐵路橋梁出現(xiàn)損傷問(wèn)題時(shí)，如何為正在運(yùn)行中的列車(chē)提供最大的安全保證是首要任務(wù)。因此，加強(qiáng)對(duì)鐵路橋梁狀態(tài)診斷實(shí)驗(yàn)技術(shù)的研究是非常必要的。本文筆者對(duì)鐵路橋梁狀態(tài)診斷實(shí)驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行了分析探討，希望對(duì)相關(guān)從業(yè)人員具有借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】鐵路橋梁；狀態(tài)；診斷；實(shí)驗(yàn)；技術(shù)

前言

當(dāng)鐵路橋梁出現(xiàn)損傷情況時(shí)，研究鐵路橋梁有關(guān)的技術(shù)人員就必須在最短的時(shí)間內(nèi)分析橋梁結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，進(jìn)而判斷出橋梁所存在的問(wèn)題，以便為運(yùn)行列車(chē)提出在運(yùn)行速度或是否停止運(yùn)行疏散列車(chē)顧客做出相應(yīng)的指導(dǎo)。根據(jù)上述的情況，以下這篇文章針對(duì)鐵路應(yīng)用結(jié)構(gòu)試驗(yàn)、運(yùn)營(yíng)狀態(tài)診斷技術(shù)做出了一系列的研究。

1.研究背景及意義

21世紀(jì)的今天，鐵路是火車(chē)、高鐵、輕軌等交通工具運(yùn)行必不可少的軌道。而由于自然地貌的復(fù)雜性、多樣性，使得鐵路修建的方式、鐵路的形態(tài)等方面也具有多樣性，其中橋梁不僅是供渠道、高速公路穿越山谷、河流、山丘等障礙的架空建筑物，也是鐵路運(yùn)行的一種承載工具。目前世界上的鐵路橋梁大概有數(shù)萬(wàn)座，相對(duì)于其他國(guó)家，中國(guó)作為一個(gè)地大物博、地形多樣、地域遼闊并且具有五千年歷史之久的國(guó)家，擁有橋梁的比較多，而且中國(guó)是全球建筑比較早的國(guó)家。如今，雖然各個(gè)國(guó)家的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技水平均達(dá)到很高的水平，在橋梁建筑這方面更是有很大的進(jìn)步和完善，但由于橋梁內(nèi)在的可破壞性質(zhì)，并經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間被多種物理因素的影響，其性能發(fā)生退化現(xiàn)象，而且由于地震、海嘯、泥石流等自然災(zāi)害的影響，越來(lái)越多的橋梁被破壞。

2.鐵路橋梁診斷的儀器檢測(cè)方法

隨著社會(huì)科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，具有土木建筑工程專(zhuān)業(yè)知識(shí)的科學(xué)家、工程師，針對(duì)整座橋梁檢測(cè)分析研究，提出了一系列的檢測(cè)方法，其中包括表觀檢測(cè)法、局部檢測(cè)法等。這些方法通過(guò)各類(lèi)的高科技電子儀器，對(duì)橋梁進(jìn)行內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分析，為橋梁檢測(cè)做出了巨大的貢獻(xiàn)。

2.1表觀檢測(cè)法

表觀檢測(cè)法，顧名思義，就是通過(guò)眼睛在高科技儀器的觀察下，對(duì)整座橋梁的外部結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析檢查，技術(shù)工作人員或相關(guān)的專(zhuān)業(yè)人士在對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的檢測(cè)過(guò)程中，用繪圖或者拍照的方法對(duì)那些已經(jīng)損害的部位進(jìn)行詳細(xì)的記錄。另外，更重要的是，為了更準(zhǔn)確地檢測(cè)出橋梁的狀態(tài)、挖掘出橋梁目前最基本的管理資料，然后為該座橋梁各比例的實(shí)際現(xiàn)況計(jì)算出科學(xué)的綜合評(píng)估分?jǐn)?shù)，那些與研究橋梁損壞程度的相關(guān)的人員，通過(guò)量化的方式對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)劣化的狀態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)估和分析。表觀檢測(cè)方法通過(guò)對(duì)橋梁外觀的檢測(cè)，檢測(cè)出橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)，為橋梁設(shè)計(jì)做出相關(guān)的評(píng)定，提高了橋梁施工和加固維修的質(zhì)量效果。另外，雖然表觀檢測(cè)法擁有一系列的優(yōu)點(diǎn)，也是檢測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)最常用的方法，例如，通過(guò)表觀檢測(cè)法，可以發(fā)現(xiàn)鋼筋混凝土橋梁出現(xiàn)的各種裂縫及其它病害，進(jìn)而為評(píng)定橋梁各部結(jié)構(gòu)的運(yùn)營(yíng)情況提供依據(jù)，有利于高效地分析橋梁局部出現(xiàn)損害的源頭，但是這種檢測(cè)方法往往不能準(zhǔn)確地定量判斷出橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損傷程度，更不能為橋梁檢測(cè)提供精確的數(shù)據(jù)。

2.2局部檢測(cè)方法

局部檢測(cè)方法，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是對(duì)那些損傷較其他部位嚴(yán)重的橋梁構(gòu)行深入的檢測(cè)。局部檢測(cè)方法除了使用表觀檢測(cè)中的目視法外，還采用了電、渦流、射線(xiàn)照相、聲發(fā)射、磁分子、散射、核磁共、振光干涉、和流體滲透、脈沖雷達(dá)、超聲波、射線(xiàn)衍射、共振超聲光譜儀、磁漏等各種電子技術(shù)儀器對(duì)橋梁局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)而高效的檢測(cè)。值得注意的是，對(duì)局部橋梁的檢測(cè)不僅需要相關(guān)的土木建筑工程專(zhuān)業(yè)知識(shí)還需要專(zhuān)業(yè)的電子知識(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，而且那些用于局部檢測(cè)的電子設(shè)備成本很高。局部損傷檢測(cè)這種方法，通過(guò)對(duì)局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行沒(méi)有破壞性質(zhì)的檢測(cè)，有利于判斷出橋梁局部損壞的程度大小、有利于分析橋梁局部損傷對(duì)整體橋梁結(jié)構(gòu)工作性能的影響程度，同時(shí)它為獲得整體結(jié)構(gòu)健康評(píng)估報(bào)告提供了來(lái)源。橋梁結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的最主要目的是在荷載試驗(yàn)下，更進(jìn)一步地掌握橋梁結(jié)構(gòu)在荷載的影響下會(huì)產(chǎn)生怎么樣的運(yùn)作狀態(tài)，它實(shí)質(zhì)上是一種有利于綜合判斷結(jié)構(gòu)承載能力的一項(xiàng)科學(xué)而高校的實(shí)驗(yàn)工作。

3.鐵路橋梁診斷的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)

對(duì)于鐵路橋梁結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的方法有幾種，其中荷載試驗(yàn)是一種比較高效的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，這種試驗(yàn)有利于更精確地分析檢測(cè)出橋梁結(jié)構(gòu)損壞狀態(tài)。靜載試驗(yàn)試驗(yàn)荷載是一種可以了解結(jié)構(gòu)界面的應(yīng)力分部、混凝的中軸位置、分析梁杠件的實(shí)際內(nèi)力、梁跨中點(diǎn)的撓度的實(shí)驗(yàn)，它主要通過(guò)停于預(yù)定加載位置對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜應(yīng)變、靜位移的測(cè)定，進(jìn)而判斷出橋梁結(jié)構(gòu)在靜載影響下的運(yùn)作情況。而動(dòng)載試驗(yàn)試驗(yàn)荷載與靜載試驗(yàn)試驗(yàn)荷載在本質(zhì)上存在較大的差異，它運(yùn)用不同的速度，對(duì)試驗(yàn)橋梁動(dòng)應(yīng)變、動(dòng)位移、豎向與橫向振動(dòng)進(jìn)行測(cè)定，通過(guò)這項(xiàng)檢測(cè)，可以更準(zhǔn)確地了解橋梁結(jié)構(gòu)的模態(tài)振型、動(dòng)力系數(shù)、振幅、振動(dòng)特征、阻尼比、頻率等，進(jìn)而更進(jìn)一步地判斷橋梁結(jié)構(gòu)在動(dòng)載影響下的運(yùn)作情況。還有一種荷載試驗(yàn)叫制動(dòng)試驗(yàn)試驗(yàn)荷載。為了測(cè)定橋梁結(jié)構(gòu)在制動(dòng)力影響下的運(yùn)作情況，制動(dòng)試驗(yàn)試驗(yàn)荷載以設(shè)置科學(xué)的速度進(jìn)行運(yùn)行，然后在橋上進(jìn)行緊急制動(dòng)，隨后檢測(cè)荷載制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)應(yīng)力和位移。

4.鐵路橋梁運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下的診斷技術(shù)研究

工業(yè)革命開(kāi)展后，社會(huì)的生產(chǎn)力得到大大的提高，促進(jìn)了各行各業(yè)的發(fā)展，而交通業(yè)發(fā)展水平更是得到不斷的提高和完善。中國(guó)鐵路行業(yè)在工業(yè)革命不斷發(fā)展的影響下，經(jīng)濟(jì)水平不斷提高，其鐵路客貨運(yùn)行的速度也不斷提高，然而相對(duì)于世界一些外國(guó)發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)說(shuō)，還是不夠快。中國(guó)政府為了有效的提高列車(chē)的運(yùn)行速度，分別在京廣、京哈和京滬這3條重要路線(xiàn)提高了速度，然而由于在某方面的技術(shù)欠缺，鐵路客貨運(yùn)行速度提速對(duì)鐵路橋梁造成了很多嚴(yán)重的問(wèn)題。橋梁是一種具有被破壞性質(zhì)的人工建筑物，它在多種物理因素的長(zhǎng)時(shí)間的作用下，會(huì)逐漸發(fā)生老化、損傷的情況。鐵路客貨運(yùn)行速度越快，橋梁在受力的情況下，會(huì)有一定程度的振動(dòng)，特別是橋梁的橫向振動(dòng)。一般情況下，很多的鐵路橋梁橫向堅(jiān)硬度不強(qiáng)，所以在提速的情況下，它們的橫向振動(dòng)幅度會(huì)明顯增大。還有交通工具的重量大小也會(huì)引起橋梁振動(dòng)的幅度不同，一般來(lái)說(shuō)，客車(chē)運(yùn)行引起橋梁振動(dòng)幅度會(huì)比貨車(chē)運(yùn)行小。當(dāng)列車(chē)在橋上行駛的速度大于后車(chē)體時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)橫向擺動(dòng)的現(xiàn)象，因?yàn)樗駭[的頻率大概與中高墩和中小跨度梁體的橫向強(qiáng)振頻率靠近。其實(shí)，出現(xiàn)以上情況的重要因素是貨物列車(chē)在轉(zhuǎn)向架的影響下振動(dòng)性能存在很大的不足。

5.結(jié)束語(yǔ)

在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的21世紀(jì)，各行各業(yè)的發(fā)展都離不開(kāi)交通。交通作為商品交換、人們出行的重要性條件之一，在國(guó)家發(fā)展和人民生活方面扮演著越來(lái)越重要的角色，從某種意義上來(lái)說(shuō)，它也是衡量一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力強(qiáng)弱的標(biāo)準(zhǔn)，掌握著一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)命脈。綜上所述，對(duì)于鐵路橋梁狀態(tài)診斷實(shí)驗(yàn)技術(shù)的研究，是未來(lái)交通業(yè)發(fā)展研究的一個(gè)方向，具有重大的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]袁萬(wàn)城，崔飛，張啟偉.橋梁健康監(jiān)測(cè)與狀態(tài)評(píng)估的研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)，1995，5.

[2]交通部公路科學(xué)研究所交通部公路局技術(shù)處.交通部公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法.

[3]楊勇，王燦，朱新憲.既有橋梁結(jié)構(gòu)混凝土現(xiàn)存應(yīng)力測(cè)量與分析[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)，1997，3.