關(guān)于橋梁檢測技術(shù)探析

張彥霞

摘要：在過去的幾十年里，許多發(fā)達(dá)國家公路的現(xiàn)代化建設(shè)如火如荼。與目前我國的情況相近，新橋梁的建設(shè)成為重中之重，新建橋梁占去了大量的建設(shè)資金。然而橋梁安全事故的屢屢發(fā)生，使我們不得不對橋梁安全引起極大的關(guān)注。改變投資比重，加大橋梁安全檢測和橋梁維護(hù)的力度。成為目前的重要議題，國際、國內(nèi)在公路法案中紛紛加入了橋梁檢測規(guī)范，并開始實施。

關(guān)鍵詞：橋梁檢測;技術(shù)

作者針對橋梁檢測技術(shù)做了一些理論和實踐的探討，內(nèi)容主要包括橋梁檢測工作的主要內(nèi)容、測試方法與儀器和橋梁損傷的識別與檢測，最后對新型橋梁無損檢測技術(shù)進(jìn)行了介紹。

我國橋梁大多建于20世紀(jì)60-80年代，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)有汽-15掛-80和汽-20掛-100，限于當(dāng)時施工水平和材料工藝橋梁的施工質(zhì)量不是很高。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通量不斷增長，車輛軸載不斷提高，超載車輛對橋梁的損壞也愈發(fā)嚴(yán)重。例如：京沈高速公路是東北地區(qū)進(jìn)京的主要干線之一，目前車輛超載十分嚴(yán)重。可是對橋梁檢測，主要是通過人工目測檢查、手工記錄打分，來判定橋梁結(jié)構(gòu)狀況。面對這種嚴(yán)峻的形勢，原始的手段已不能與之適應(yīng)。

要更準(zhǔn)確判斷橋梁實際工作狀況，為橋梁加固或大修提供依據(jù)，在橋梁外觀病害檢查的基礎(chǔ)上，則有必要進(jìn)行深一步應(yīng)用必要的檢測儀器、設(shè)備對橋梁結(jié)構(gòu)材料的檢測和荷載試驗。這些檢測工作涉及面廣，技術(shù)復(fù)雜，難度較高，技術(shù)性強(qiáng)，參檢人員必須了解橋梁檢測的工作程序、檢測項目及檢測方法，掌握試驗數(shù)據(jù)處理和分析方法。這樣才能得到真實可靠的信息。

一、橋梁檢測工作的主要內(nèi)容

1.橋梁檢測工作的階段劃分

第一階段：準(zhǔn)備階段。其包括收集資料、現(xiàn)場勘察以及編制橋梁檢測方案等內(nèi)容。第二階段：外業(yè)檢測階段。主要是設(shè)備安裝和數(shù)據(jù)采集。第三階段：分析報告階段。即根據(jù)外業(yè)采集的數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)計分析和計算，并編寫橋檢報告。

2.橋梁檢測的具體項目

依據(jù)交通部《公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》及《公路橋梁定期檢查技術(shù)》（交通部公路所），對橋梁進(jìn)行外觀病害檢查打分，其目的是對橋梁結(jié)構(gòu)的外觀損壞狀況，有一個初步和基本的了解，并根據(jù)橋梁損壞狀況打分、評定類別，為下一步橋梁結(jié)構(gòu)材料檢測提供依據(jù)。

二、測試方法與儀器

一般測試內(nèi)容：控制截面在試驗荷載下的應(yīng)變;控制截面在試驗荷載下的撓度;裂縫開展、振型、沖擊系數(shù)、自振頻率等。一般測試方法：強(qiáng)度—取芯法;混凝土均勻性、密實性—超聲波檢測;鋼筋銹蝕—鋼筋銹蝕儀;鋼筋保護(hù)層厚度—鋼筋保護(hù)層厚度檢測儀等。測試儀器的分類方法有很多，按儀器的工作原理分為：機(jī)械式測試儀器、電測儀器、光學(xué)儀器、聲學(xué)儀器、復(fù)合式儀器、侍服式儀器等;按儀器的用途分為：測力計、應(yīng)變計、位移計、傾角儀、測振儀等;按測定方法分為：平衡式和非平衡式;按結(jié)果的顯示與記錄方式分為：直讀式、自動記錄式、模擬式、數(shù)字式;按儀器與結(jié)構(gòu)的相對關(guān)系分為：附著式、接觸式、手持式、遙測式。而試驗中使用頻率較高的儀器有應(yīng)變儀、撓度儀、水準(zhǔn)儀、全站儀、百分表等，有時候由于現(xiàn)場條件的限制無法直接使用儀器測試出所需要的參數(shù)，則要求測試人員有一定的經(jīng)驗，采用一定的措施解決

三、橋梁損傷的識別與檢測

1.橋梁損傷識別方法

（1）動力指紋法：通過分析與結(jié)構(gòu)動力特性相關(guān)的動力指紋法的變化來判斷結(jié)構(gòu)的真實情況。（2）模型修正法：主要利用直接或間接測得的資料，通過條件優(yōu)化約束，不斷的修正結(jié)構(gòu)模型的剛度分布，從而得到結(jié)構(gòu)剛度變化的信息，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的損傷判別與定位。（3）人工神經(jīng)網(wǎng)格法：是在研究神經(jīng)網(wǎng)格中對人腦神經(jīng)網(wǎng)格的某種簡化、抽象和模擬。它具有集體運算能力、自適應(yīng)的學(xué)習(xí)能力，還有較強(qiáng)的容錯性、魯棒性，能進(jìn)行聯(lián)想、綜合和推廣。

2.橋梁損傷檢測方法

2.1實驗?zāi)B(tài)分析方法（振動模態(tài)測量方法）：通過橋梁動態(tài)特性的測試，檢測損傷造成的結(jié)構(gòu)參數(shù)變化，來評估損傷。檢測的要素為：合適的激振方法、傳感器及振動測點網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和模態(tài)分析軟件。常用的激振方法大概有自振法、共振法和隨機(jī)激勵法，即利用行駛在橋上的車輛引起的振動，或是風(fēng)及環(huán)境因素形成的脈動使橋跨結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動。

2.2應(yīng)變模態(tài)測量：對應(yīng)于每一階位移模態(tài)，則必有其對應(yīng)的固有應(yīng)變分布狀態(tài)，這種與位移模態(tài)相對應(yīng)的固有應(yīng)變分布狀態(tài)稱之為應(yīng)變模態(tài)，也反映了結(jié)構(gòu)的固有特征。針對橋梁結(jié)構(gòu)損傷，振動模態(tài)測量方法是一種比較好的測量評估方法，而采用應(yīng)力應(yīng)變參數(shù)作為結(jié)構(gòu)損傷敏感參數(shù)是目前橋梁結(jié)構(gòu)損傷檢測的一種趨勢。用應(yīng)變模態(tài)方法進(jìn)行實橋結(jié)構(gòu)損傷評估雖然還是存在一定的困難，但不失為一個值得探索的方向。采用振動位移檢測確定橋梁力學(xué)狀態(tài)的方法，克服了應(yīng)變測量系統(tǒng)的弊病，為橋梁結(jié)構(gòu)損傷提供了一種新的途徑。

四、新型橋梁無損檢測技術(shù)

傳統(tǒng)的檢測方法一般可以對橋梁的外觀及部分結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行檢測，雖然能對橋梁局部關(guān)鍵構(gòu)件、節(jié)點進(jìn)行較為合理的損傷判斷，然而難以全面反映橋梁的整體健康狀況，對于橋梁結(jié)構(gòu)的安全度、剩余壽命難以作出系統(tǒng)評估且對橋梁結(jié)構(gòu)有一定的損壞。因此，近些年橋梁的無損檢測技術(shù)得到了較大的發(fā)展，目前已有超聲檢測、紅外檢測、聲發(fā)射、自然電位檢測、沖擊回波檢測、磁試驗或x射線檢測、光干涉、脈沖雷達(dá)、振動試驗分析等。

1.新式橋梁無損檢測方法

1.1機(jī)敏混凝土是指在混凝土中摻入短切碳纖維或（和）納米粒子，從而使混凝土同時具有壓敏特性和良好的力學(xué)性能。機(jī)敏混凝土的壓敏特性是指機(jī)敏混凝土電阻隨壓應(yīng)變或壓應(yīng)力變化而變化的特性，通過測量碳纖維混凝土或納米混凝土的電阻變化，就可預(yù)測混凝土的應(yīng)變或應(yīng)力。機(jī)敏混凝土具有較高的強(qiáng)度和較大的變形能力，因此，機(jī)敏混凝土既可以作為傳感器埋在混凝土橋梁和隧道結(jié)構(gòu)中，監(jiān)測結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，它的耐久性與橋梁和隧道結(jié)構(gòu)相同，因此稱為長壽命傳感器;也可以作為結(jié)構(gòu)材料制作橋梁和隧道的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。

1.2聲發(fā)射（AcousticEmission，簡稱AE）技術(shù)作為一門新型技術(shù)和科學(xué)研究課題，是德國科學(xué)家凱瑟（Kaiser）在1950年開始進(jìn)行研究的。他還發(fā)現(xiàn)了聲發(fā)射現(xiàn)象的不可逆效應(yīng)，即凱瑟效應(yīng)（KaiserEffect）。AE技術(shù)是根據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)出的應(yīng)力波來判斷內(nèi)部損傷程度的一種新型動態(tài)無損檢測方法。它可以在構(gòu)件或材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、缺陷或潛在缺陷處于運動變化的過程中進(jìn)行檢測。

2.橋梁無損檢測方法的發(fā)展趨勢

（1）光纖和其他微傳感器，已研究出一種光纖測量系統(tǒng)，以對新澆筑混凝土內(nèi)的空隙進(jìn)行無損檢測。光纖光柵也已被用作遙測變形，對結(jié)構(gòu)混凝土構(gòu)件進(jìn)行監(jiān)測。它還能被用來測量材料的失效、混凝土結(jié)構(gòu)的碳化深度、堿反應(yīng)、氯滲透和裂紋的開展等。（2）先進(jìn)的橋面板檢測系統(tǒng)，包括雙帶遠(yuǎn)紅外熱成像系統(tǒng)、地面滲透雷達(dá)等。（3）先進(jìn)的疲勞裂紋探測和評估系統(tǒng)，包括測橋梁裂紋的新型超聲波和磁分析儀系統(tǒng)、熱成像系統(tǒng)、便攜式聲發(fā)射系統(tǒng)、無線應(yīng)變測量系統(tǒng)、微波探測和定量分析、無源疲勞荷載測量設(shè)備和電磁聲發(fā)射傳感器等。（4）先進(jìn)的銹蝕探測和評估技術(shù)，包括磁漏探測技術(shù)探測先張法壓漿空隙的沖擊—反射系統(tǒng)埋入式銹蝕微傳感器以及以磁為基礎(chǔ)的測量系統(tǒng)。

五、結(jié)束語

橋梁檢測是一項復(fù)雜而細(xì)致的工作，不僅要求工作人員有豐富的實際現(xiàn)場經(jīng)驗，而且同時需要堅實的理論基礎(chǔ)作為指導(dǎo)。只有把理論和實際充分結(jié)合起來，再加上指揮者與各試驗人員之間的默契配合，才能做好檢測工作并取得滿意的數(shù)據(jù)，也只有這樣才有可能做出準(zhǔn)確的評估。

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