關(guān)于鐵路橋梁狀態(tài)診斷實驗技術(shù)的探討

周孝林

摘 要 橋梁作為渠道、公路、鐵路的承載工具，是交通是否順暢的決定性因素之一。一個國家為了充分利用地形地貌，進而促進一個國家的交通發(fā)展，建造了越來越多的橋梁，然而隨著時間的推移，越來越多的鐵路橋梁發(fā)生損壞現(xiàn)象，如果把所有損壞的鐵路橋梁拆除并且重建，這需要耗費巨大的人力、物力、財力。所以為了實現(xiàn)合理配置資源，最明智、經(jīng)濟的做法就是對鐵路橋梁進行結(jié)構(gòu)試驗、損傷檢測分析、運營狀態(tài)診斷、有針對性地判斷出鐵路橋梁的損傷程度，進而充分掌握鐵路橋梁的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，為修補加固鐵路橋梁提供科學(xué)而有效的指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞 鐵路橋梁；結(jié)構(gòu)試驗；運營狀態(tài)診斷

中圖分類號 [U24] 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）163-0172-02

鐵路橋梁作為一種物質(zhì)負載工具，它的結(jié)構(gòu)很容易出現(xiàn)局部提前老化和意外損傷的情況，因為它經(jīng)過長期的使用，會被各種各樣的因素所影響，其所包含的因素包括噪音、濕度、沖擊作用、強風(fēng)、車輛荷載、沖擊作用等物理現(xiàn)象。雖然這些影響因素不會在短時間內(nèi)使橋梁的整體結(jié)構(gòu)受到重創(chuàng)破壞，但隨著時間的流逝，鐵路橋梁因為作用力過度集中、承受力負荷等因素的影響，使得橋梁結(jié)構(gòu)局部損傷越來越嚴重、損傷程度不斷增大，進而對橋梁的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生巨大的潛在的安全威脅。盡管這種現(xiàn)象不會立即導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)的破壞，但它對結(jié)構(gòu)的安全性構(gòu)成了潛在的危險。鐵路作為現(xiàn)實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)注的問題，而當(dāng)鐵路橋梁出現(xiàn)損傷問題時，如何為正在運行中的列車提供最大的安全保證是首要任務(wù)。所以，當(dāng)鐵路橋梁出現(xiàn)損傷情況時，研究鐵路橋梁有關(guān)的技術(shù)人員就必須在最短的時間內(nèi)分析橋梁結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，進而判斷出橋梁所存在的問題，以便為運行列車提出在運行速度或是否停止運行疏散列車顧客做出相應(yīng)的指導(dǎo)。根據(jù)上述的情況，以下這篇文章針對鐵路應(yīng)用結(jié)構(gòu)試驗、運營狀態(tài)診斷技術(shù)做出了一系列的研究。

1 研究背景及意義

21世紀的今天，鐵路是火車、高鐵、輕軌等交通工具運行必不可少的軌道。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，也是鐵路運行的一種承載工具。目前世界上的鐵路橋梁大概有數(shù)萬座，相對于其他國家，中國作為一個地大物博、地形多樣、地域遼闊并且具有五千年歷史之久的國家，擁有橋梁的比較多，而且中國是全球建筑比較早的國家。如今，雖然各個國家的社會經(jīng)濟和科技水平均達到很高的水平，在橋梁建筑這方面更是有很大的進步和完善，但由于橋梁內(nèi)在的可破壞性質(zhì)，并經(jīng)過長時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，越來越多的橋梁被破壞。

2 鐵路橋梁診斷的儀器檢測方法

隨著社會科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，具有土木建筑工程專業(yè)知識的科學(xué)家、工程師，針對整座橋梁檢測分析研究，提出了一系列的檢測方法，其中包括表觀檢測法、局部檢測法等。這些方法通過各類的高科技電子儀器，對橋梁進行內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分析，為橋梁檢測做出了巨大的貢獻。

2.1 表觀檢測法

表觀檢測法，顧名思義，就是通過眼睛在高科技儀器的觀察下，對整座橋梁的外部結(jié)構(gòu)進行分析檢查，技術(shù)工作人員或相關(guān)的專業(yè)人士在對橋梁結(jié)構(gòu)的檢測過程中，用繪圖或者拍照的方法對那些已經(jīng)損害的部位進行詳細的記錄。另外，更重要的是，為了更準確地檢測出橋梁的狀態(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際現(xiàn)況計算出科學(xué)的綜合評估分數(shù)，那些與研究橋梁損壞程度的相關(guān)的人員，通過量化的方式對橋梁結(jié)構(gòu)劣化的狀態(tài)進行綜合評估和分析。表觀檢測方法通過對橋梁外觀的檢測，檢測出橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)，為橋梁設(shè)計做出相關(guān)的評定，提高了橋梁施工和加固維修的質(zhì)量效果。另外，雖然表觀檢測法擁有一系列的優(yōu)點，也是檢測橋梁結(jié)構(gòu)最常用的方法，例如，通過表觀檢測法，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，進而為評定橋梁各部結(jié)構(gòu)的運營情況提供依據(jù)，有利于高效地分析橋梁局部出現(xiàn)損害的源頭，但是這種檢測方法往往不能準確地定量判斷出橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損傷程度，更不能為橋梁檢測提供精確的數(shù)據(jù)。

2.2 局部檢測方法

局部檢測方法，簡單來說，就是對那些損傷較其他部位嚴重的橋梁構(gòu)行深入的檢測。局部檢測方法除了使用表觀檢測中的目視法外，還采用了電、渦流、射線照相、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、超聲波、射線衍射、共振超聲光譜儀、磁漏等各種電子技術(shù)儀器對橋梁局部結(jié)構(gòu)進行科學(xué)而高效的檢測。值得注意的是，對局部橋梁的檢測不僅需要相關(guān)的土木建筑工程專業(yè)知識還需要專業(yè)的電子知識對數(shù)據(jù)進行分析，而且那些用于局部檢測的電子設(shè)備成本很高。局部損傷檢測這種方法，通過對局部結(jié)構(gòu)進行沒有破壞性質(zhì)的檢測，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整體橋梁結(jié)構(gòu)工作性能的影響程度，同時它為獲得整體結(jié)構(gòu)健康評估報告提供了來源。橋梁結(jié)構(gòu)試驗的最主要目的是在荷載試驗下，更進一步地掌握橋梁結(jié)構(gòu)在荷載的影響下會產(chǎn)生怎么樣的運作狀態(tài)，它實質(zhì)上是一種有利于綜合判斷結(jié)構(gòu)承載能力的一項科學(xué)而高校的實驗工作。

3 鐵路橋梁診斷的結(jié)構(gòu)試驗

對于鐵路橋梁結(jié)構(gòu)試驗的方法有幾種，其中荷載試驗是一種比較高效的科學(xué)實驗，這種試驗有利于更精確地分析檢測出橋梁結(jié)構(gòu)損壞狀態(tài)。

靜載試驗試驗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、分析梁杠件的實際內(nèi)力、梁跨中點的撓度的實驗，它主要通過停于預(yù)定加載位置對結(jié)構(gòu)進行靜應(yīng)變、靜位移的測定，進而判斷出橋梁結(jié)構(gòu)在靜載影響下的運作情況。而動載試驗試驗荷載與靜載試驗試驗荷載在本質(zhì)上存在較大的差異，它運用不同的速度，對試驗橋梁動應(yīng)變、動位移、豎向與橫向振動進行測定，通過這項檢測，可以更準確地了解橋梁結(jié)構(gòu)的模態(tài)振型、動力系數(shù)、振幅、振動特征、阻尼比、頻率等，進而更進一步地判斷橋梁結(jié)構(gòu)在動載影響下的運作情況。

還有一種荷載試驗叫制動試驗試驗荷載。為了測定橋梁結(jié)構(gòu)在制動力影響下的運作情況，制動試驗試驗荷載以設(shè)置科學(xué)的速度進行運行，然后在橋上進行緊急制動，隨后檢測荷載制動時產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)應(yīng)力和位移。

4 鐵路橋梁運營狀態(tài)下的診斷技術(shù)研究

工業(yè)革命開展后，社會的生產(chǎn)力得到大大的提高，促進了各行各業(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。中國鐵路行業(yè)在工業(yè)革命不斷發(fā)展的影響下，經(jīng)濟水平不斷提高，其鐵路客貨運行的速度也不斷提高，然而相對于世界一些外國發(fā)達國家來說，還是不夠快。中國政府為了有效的提高列車的運行速度，分別在京廣、京哈和京滬這3條重要路線提高了速度，然而由于在某方面的技術(shù)欠缺，鐵路客貨運行速度提速對鐵路橋梁造成了很多嚴重的問題。

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時間的作用下，會逐漸發(fā)生老化、損傷的情況。鐵路客貨運行速度越快，橋梁在受力的情況下，會有一定程度的振動，特別是橋梁的橫向振動。一般情況下，很多的鐵路橋梁橫向堅硬度不強，所以在提速的情況下，它們的橫向振動幅度會明顯增大。還有交通工具的重量大小也會引起橋梁振動的幅度不同，一般來說，客車運行引起橋梁振動幅度會比貨車運行小。當(dāng)列車在橋上行駛的速度大于后車體時，就會出現(xiàn)橫向擺動的現(xiàn)象，因為它振擺的頻率大概與中高墩和中小跨度梁體的橫向強振頻率靠近。其實，出現(xiàn)以上情況的重要因素是貨物列車在轉(zhuǎn)向架的影響下振動性能存在很大的不足。

5 結(jié)論

在經(jīng)濟高速發(fā)展的21世紀，各行各業(yè)的發(fā)展都離不開交通。交通作為商品交換、人們出行的重要性條件之一，在國家發(fā)展和人民生活方面扮演著越來越重要的角色，從某種意義上來說，它也是衡量一個國家綜合國力強弱的標準，掌握著一個國家的經(jīng)濟命脈。綜上所述，對于鐵路橋梁狀態(tài)診斷實驗技術(shù)的研究，是未來交通業(yè)發(fā)展研究的一個方向，具有重大的意義。

參考文獻

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