關(guān)于鐵路路橋狀態(tài)診斷實(shí)驗(yàn)技術(shù)之我見

徐志華/北京工電大修段

關(guān)于鐵路路橋狀態(tài)診斷實(shí)驗(yàn)技術(shù)之我見

徐志華/北京工電大修段

鐵路作為我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中重要組成部分，其運(yùn)輸?shù)陌踩允潜Ｕ掀渚薮笞饔冒l(fā)揮的關(guān)鍵。結(jié)合實(shí)踐來看，受列車長期重壓所影響，當(dāng)前鐵路橋梁大多存在著一定程度的損傷，這就行車安全構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。有鑒于此，本文將充分結(jié)合筆者實(shí)踐，重點(diǎn)圍繞于鐵路橋梁狀態(tài)診斷實(shí)驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行探究，以供廣大同行參考。

鐵路橋梁；狀態(tài)診斷；實(shí)驗(yàn)；技術(shù)；探究

前言

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(jìn)而判斷出橋梁所存在的問題，以便為運(yùn)行列車提出在運(yùn)行速度或是否停止運(yùn)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(yàn)、運(yùn)營狀態(tài)診斷技術(shù)做出了一系列的研究。

一、研究背景及意義

21世紀(jì)的今天，鐵路是火車、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(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。

二、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(jìn)行內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分析，為橋梁檢測做出了巨大的貢獻(xiàn)。

（一）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(jìn)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(jìn)行詳細(xì)的記錄。另外，更重要的是，為了更準(zhǔn)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(shí)際現(xiàn)況計算出科學(xué)的綜合評估分?jǐn)?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(jìn)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(diǎn)，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(jìn)而為評定橋梁各部結(jié)構(gòu)的運(yùn)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(zhǔn)確地定量判斷出橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損傷程度，更不能為橋梁檢測提供精確的數(shù)據(jù)。

（二）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(yán)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(dá)、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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(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。

三、鐵路橋梁診斷的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)

對于鐵路橋梁結(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)，它主要通過停于預(yù)定加載位置對結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜應(yīng)變、靜位移的測定，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，對試驗(yàn)橋梁動應(yīng)變、動位移、豎向與橫向振動進(jìn)行測定，通過這項(xiàng)檢測，可以更準(zhǔn)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(jìn)而更進(jìn)一步地判斷橋梁結(jié)構(gòu)在動載影響下的運(yùn)作情況。還有一種荷載試驗(yàn)叫制動試驗(yàn)試驗(yàn)荷載。為了測定橋梁結(jié)構(gòu)在制動力影響下的運(yùn)作情況，制動試驗(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，隨后檢測荷載制動時產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)應(yīng)力和位移。

四、鐵路橋梁運(yùn)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(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，然而相對于世界一些外國發(fā)達(dá)國家來說，還是不夠快。中國政府為了有效的提高列車的運(yùn)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(yùn)行速度提速對鐵路橋梁造成了很多嚴(yán)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(yùn)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(qiáng)，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(yùn)行引起橋梁振動幅度會比貨車運(yùn)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?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在轉(zhuǎn)向架的影響下振動性能存在很大的不足。

五、結(jié)束語

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(qiáng)弱的標(biāo)準(zhǔn)，掌握著一個國家的經(jīng)濟(jì)命脈。綜上所述，對于鐵路橋梁狀態(tài)診斷實(shí)驗(yàn)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。

［1］袁萬城，崔飛，張啟偉.橋梁健康監(jiān)測與狀態(tài)評估的研究現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報，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)力測量與分析［J］.中國公路學(xué)報，1997，3.