橋梁檢測(cè)技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)分析

馬曉冬

中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司

1 引言

橋梁作為公路網(wǎng)建設(shè)當(dāng)中的重要組成部分，其整體的通行安全作為確保公路路網(wǎng)安全關(guān)鍵因素之一，需加強(qiáng)橋梁工程技術(shù)研究。在橋梁工程建設(shè)過(guò)程中，橋梁的損傷原因存在有多方面因素，具體包含人為因素、自然災(zāi)害、行車(chē)荷載等方面的因素。伴隨著我國(guó)交通量越來(lái)集中，超載車(chē)輛越來(lái)越集中，給橋梁帶來(lái)的損傷也越來(lái)越受到公路養(yǎng)護(hù)建設(shè)者的重視。橋梁一旦出現(xiàn)損傷就需要做出維修、改造或改建，所有的維修、改造與改建的問(wèn)題要在橋梁檢測(cè)的基礎(chǔ)上才能進(jìn)行。

2 橋梁檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值

第一，橋梁本身可能因?yàn)槟昃檬捱€有長(zhǎng)期頻繁使用，導(dǎo)致其某一節(jié)部位出現(xiàn)了錯(cuò)位、裂縫和沉降等不同程度的損傷。然而這些都是需要根據(jù)相關(guān)人員利用技術(shù)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)和受損部位的嚴(yán)謹(jǐn)勘測(cè)來(lái)進(jìn)行判斷的，以此來(lái)解析目前橋梁本身可以承受的重量大小。第二，很早之前我國(guó)就建設(shè)了很多橋梁，所以目前有些大橋的使用時(shí)間是非常久遠(yuǎn)的，而整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)和荷載都是根據(jù)當(dāng)年的實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)建造的。但是隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)逐漸的增長(zhǎng)，交通流量逐漸增加，各種交通工具帶來(lái)了更復(fù)雜的交通體系，所以隨著車(chē)輛荷載的增加我們對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)和承載能力又有了新的標(biāo)準(zhǔn)和要求。對(duì)這種橋梁的有效檢測(cè)工作，讓我們可以以此為據(jù)來(lái)判斷整個(gè)橋梁的結(jié)構(gòu)和荷載能量是否可以滿(mǎn)足現(xiàn)在社會(huì)發(fā)展的需求，同時(shí)是否可以在修復(fù)加固橋梁的時(shí)候?qū)蛄旱暮奢d能力進(jìn)行一個(gè)全面的提高。第三，應(yīng)該完善我們的橋梁信息數(shù)據(jù)，對(duì)所有有關(guān)橋梁技術(shù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集存檔，同時(shí)讓這些數(shù)據(jù)與當(dāng)代技術(shù)相結(jié)合，來(lái)對(duì)橋梁工程進(jìn)行更加合理的修復(fù)和維護(hù)，同時(shí)深入分析橋梁養(yǎng)護(hù)方面出現(xiàn)的問(wèn)題，并根據(jù)當(dāng)時(shí)的實(shí)際情況進(jìn)行有效的指導(dǎo)，為橋梁養(yǎng)護(hù)措施提供更加合理的意見(jiàn)，以此來(lái)對(duì)橋梁的加固和研究進(jìn)行更好的施工。第四，對(duì)于一些新型結(jié)構(gòu)的橋梁，通過(guò)有效使用橋梁檢測(cè)技術(shù)，能夠?qū)ο嚓P(guān)理論的實(shí)踐性和可靠性進(jìn)行相應(yīng)的判斷和分析，當(dāng)橋梁在使用過(guò)程中發(fā)生問(wèn)題的時(shí)候，就可以及時(shí)解決，并同時(shí)判斷橋梁結(jié)構(gòu)的形式和設(shè)計(jì)理論。因此加強(qiáng)橋梁檢測(cè)技術(shù)研究具有重要的意義，需給予更多的關(guān)注。

3 橋梁檢測(cè)技術(shù)分析

3.1 橋梁表面性檢查

所謂的橋梁表面性檢查，就是主要檢查橋梁局部或者全部的表面性，主要包含外形的長(zhǎng)寬高、混凝土強(qiáng)度等級(jí)、混凝土碳化程度以及目測(cè)橋梁主要結(jié)構(gòu)病害等能夠用眼看到的表面性傷痕和數(shù)據(jù)。而此項(xiàng)檢查只是針對(duì)沒(méi)有受到嚴(yán)重?fù)p傷，主要結(jié)構(gòu)沒(méi)有出現(xiàn)重大損害的橋梁。同時(shí)橋梁表面性檢查也具有檢查費(fèi)用低、方式快捷有效等優(yōu)點(diǎn)。但如果橋梁存在重大的隱性損傷，那就會(huì)影響整個(gè)橋梁的使用期限，與此同時(shí)因?yàn)榇蠖鄶?shù)橋梁表面性檢測(cè)都是根據(jù)檢察人員的經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷的，所以此檢查技術(shù)僅適用于修建使用壽命較短，交通運(yùn)輸量小的橋梁。因?yàn)槲沂](méi)有很多檢測(cè)橋梁表面性的儀器，所以這一點(diǎn)也是橋梁無(wú)損檢測(cè)的關(guān)鍵研究領(lǐng)域。現(xiàn)如今用融合電、磁、雷達(dá)、數(shù)字信號(hào)處理等高科技技術(shù)研發(fā)的成套測(cè)試儀器和設(shè)備是關(guān)于橋梁表現(xiàn)型檢查儀器測(cè)量研究方向的主要目標(biāo)。

3.2 橋梁承載力檢測(cè)

3.2.1 靜載試驗(yàn)檢測(cè)

橋梁荷載試驗(yàn)是目前測(cè)定橋梁實(shí)際可具備承載力的主要方法，分為靜載試驗(yàn)和動(dòng)載試驗(yàn)。靜載試驗(yàn)可以分析橋梁在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中的承載能力和狀態(tài)，為橋梁檢測(cè)提供依據(jù)；橋梁的目前壽命質(zhì)量和運(yùn)營(yíng)荷載等級(jí)評(píng)定可根據(jù)動(dòng)載試驗(yàn)結(jié)果確定。根據(jù)《公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JTG H10—2009）相關(guān)規(guī)定，為橋梁的質(zhì)量鑒定提供依據(jù)，特別是采用新工藝、新材料、新結(jié)構(gòu)的橋梁質(zhì)量，需要檢測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載能力，評(píng)價(jià)橋梁主體質(zhì)量與設(shè)計(jì)。靜載檢測(cè)主要是根據(jù)靜載的方式對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)工程的變形量、撓度、應(yīng)變或者裂縫等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。一般來(lái)講，在靜載檢測(cè)的過(guò)程中，首先要對(duì)橋梁的鋼材結(jié)構(gòu)進(jìn)行豎側(cè)兩向的撓度和扭轉(zhuǎn)變形量來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，每跨的測(cè)試點(diǎn)應(yīng)該在三個(gè)以上。另外，也要對(duì)橋梁截面的應(yīng)力分布進(jìn)行檢測(cè)，尤其是要根據(jù)承載點(diǎn)的應(yīng)力分布情況對(duì)應(yīng)變進(jìn)行分析。此外還要檢測(cè)一下橋梁承載點(diǎn)的位移等，對(duì)未來(lái)會(huì)產(chǎn)生或者已經(jīng)產(chǎn)生的裂縫區(qū)域進(jìn)行全面檢測(cè)，對(duì)于已有裂縫區(qū)域一定要對(duì)裂縫的長(zhǎng)度、寬度、深度、方向及其靜載作用后的數(shù)據(jù)情況給予認(rèn)定，當(dāng)裂縫已經(jīng)開(kāi)始持續(xù)擴(kuò)大或者已經(jīng)超出裂縫最大值的時(shí)候，工作人員應(yīng)立即疏散橋上人員，同時(shí)也要根據(jù)其橋梁工程結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和抗裂能力，對(duì)橋梁的承載力進(jìn)行認(rèn)定。

3.2.2 動(dòng)載試驗(yàn)檢測(cè)

動(dòng)載檢測(cè)是測(cè)試橋梁工程運(yùn)行狀況和橋梁承載力的重要指標(biāo)，也是檢測(cè)橋梁工程結(jié)構(gòu)的承受動(dòng)力荷載時(shí)的性能指標(biāo)。目前，因?yàn)闃蛄航Y(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷，所以整個(gè)橋梁工程結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度等參數(shù)也就隨之發(fā)生了變化?；诖嗽?，我們對(duì)因各種原因損傷橋梁結(jié)構(gòu)的關(guān)系給予堅(jiān)定的答案，從而通過(guò)構(gòu)建橋梁工程震動(dòng)動(dòng)態(tài)模式，為量化參數(shù)評(píng)價(jià)橋梁結(jié)構(gòu)損傷提供了重要的參考依據(jù)，然后與橋梁工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定階段的參數(shù)進(jìn)行比較，進(jìn)一步測(cè)定了橋梁結(jié)構(gòu)的損傷點(diǎn)、損傷類(lèi)型和損傷點(diǎn)的擴(kuò)散情況。橋梁動(dòng)靜荷載試驗(yàn)技術(shù)已經(jīng)十分成熟，在道路橋梁質(zhì)量檢測(cè)方面應(yīng)用較多。

4 橋梁檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的瓶頸

4.1 理念瓶頸

歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家在橋梁建設(shè)中的主導(dǎo)思想一直遵循著精細(xì)化、全壽命的設(shè)計(jì)理念，在整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的階段就充分預(yù)留了關(guān)于橋梁未來(lái)的養(yǎng)護(hù)和檢修等情況，同時(shí)也設(shè)置了相對(duì)應(yīng)的構(gòu)造措施。現(xiàn)如今，我國(guó)總體的橋梁設(shè)計(jì)一直在橋梁養(yǎng)護(hù)這一方面欠缺斟酌，以至于我們檢修人員在對(duì)橋梁進(jìn)行檢測(cè)與監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，不能做到“可達(dá)、可檢、可修”，就更不要提“易達(dá)、易檢、易修”了。這一點(diǎn)也就映射出我國(guó)的橋梁設(shè)計(jì)在全局性理念上還是有所不足的。比如，在我國(guó)只給跨江或者跨海的大橋設(shè)計(jì)了專(zhuān)門(mén)的檢修通道，但其他的普通的橋梁卻沒(méi)有相應(yīng)的檢修通道，這也就導(dǎo)致無(wú)法對(duì)橋梁進(jìn)行易檢的工作。如果沒(méi)有檢修通道，也就讓橋梁的檢測(cè)和監(jiān)測(cè)變得更加困難，就會(huì)有很多區(qū)域不能做到及時(shí)檢查和修復(fù)，也就讓橋梁的檢測(cè)和監(jiān)測(cè)變得舉步維艱。如果，我們選擇用檢測(cè)車(chē)進(jìn)行橋梁檢查，也就會(huì)因?yàn)檎嫉罆r(shí)間長(zhǎng)而影響交通，同時(shí)也會(huì)增加了一些監(jiān)測(cè)工作的經(jīng)濟(jì)投入，這與“低成本”的橋梁檢測(cè)目標(biāo)是相悖的。

4.2 技術(shù)瓶頸

目前我國(guó)的橋梁檢測(cè)技術(shù)還在發(fā)展階段，有幾點(diǎn)一直都是需要我們改進(jìn)的：首先，我們沒(méi)有對(duì)于傳統(tǒng)橋梁檢測(cè)技術(shù)外觀(guān)測(cè)試中測(cè)試人員的高技術(shù)要求的全面培訓(xùn)體系。檢測(cè)人員也受到了來(lái)自橋梁檢測(cè)過(guò)程中對(duì)檢測(cè)人員技術(shù)水平的限制。其次，對(duì)于檢測(cè)儀器本身也存在著不具備完整的校對(duì)體系和相匹配的調(diào)試方法，另外操作人員也缺少對(duì)儀器工作原理等方面的知識(shí)理解，所以大部分還是靠平常的工作經(jīng)驗(yàn)來(lái)判定。再者，在檢測(cè)過(guò)程中，對(duì)于檢測(cè)數(shù)據(jù)的手機(jī)也沒(méi)有完整的調(diào)整機(jī)制，也就導(dǎo)致不能對(duì)損傷區(qū)域進(jìn)行有效的識(shí)別和定位。

5 橋梁檢測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析

5.1 準(zhǔn)確把握技術(shù)趨勢(shì)

現(xiàn)如今有關(guān)橋梁工程界的巨大挑戰(zhàn)主要包括，橋梁的安全性、橋梁的耐久性和橋梁的使用功能。橋梁工程技術(shù)的發(fā)展在基于建設(shè)的基礎(chǔ)上也同時(shí)向建設(shè)和養(yǎng)護(hù)一起轉(zhuǎn)型。因?yàn)閷?duì)橋梁結(jié)構(gòu)的要求和長(zhǎng)期使用的性能要求都在逐步提高，所以關(guān)于橋梁的檢測(cè)或者監(jiān)測(cè)及其相關(guān)的損害判斷與分析技術(shù)的研究也有了新的趨勢(shì)，主要體現(xiàn)在了深入化、集成化、標(biāo)準(zhǔn)化和智能化4個(gè)方面：（1）深入化，橋梁結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理研究將從短期到長(zhǎng)期、微觀(guān)到宏觀(guān)、單因素到多因素逐步耦合發(fā)展；（2）集成化，無(wú)損檢測(cè)、維修和保養(yǎng)省的小型化、專(zhuān)業(yè)化和一體化變得越來(lái)越重要，在BIM 的平臺(tái)上，將設(shè)計(jì)、施工、檢測(cè)、監(jiān)測(cè)、維護(hù)和維修的信息緊密集成融合，將傳感、采集、與傳輸設(shè)備強(qiáng)有力的納入健康檢測(cè)系統(tǒng)中也是一個(gè)主要趨勢(shì)；（3）標(biāo)準(zhǔn)化，要將檢測(cè)、監(jiān)測(cè)、維護(hù)動(dòng)作和質(zhì)量評(píng)定的方法在傳統(tǒng)的意義上進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，還要將數(shù)據(jù)互聯(lián)互通的信息標(biāo)準(zhǔn)化；（4）智能化，隨著對(duì)機(jī)理的深入研究了解，數(shù)據(jù)的累積、信息整合的日益增多和加強(qiáng)，以及云計(jì)算、海量數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)的科學(xué)技術(shù)的提高，橋梁養(yǎng)護(hù)智能化研究備受關(guān)注，人們也會(huì)通過(guò)智能化，能夠?qū)蛄航Y(jié)構(gòu)的病害進(jìn)行早期識(shí)別，趨勢(shì)推演、自動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)評(píng)分、自動(dòng)排序安全風(fēng)險(xiǎn)、智能優(yōu)化養(yǎng)護(hù)資金配置或者橋梁的壽命預(yù)測(cè)等功能，從沒(méi)可能變成有可能。

5.2 實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)技術(shù)突破

5.2.1 無(wú)損傷檢測(cè)技術(shù)

傳統(tǒng)的橋梁檢測(cè)工作，是在檢測(cè)人員目測(cè)和動(dòng)靜荷載實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的前提下對(duì)橋梁損傷進(jìn)行多種輔助手段的檢測(cè)。早在1990 年，橋梁無(wú)損傷檢測(cè)就伴隨著遙感技術(shù)和通信技術(shù)的日漸提高展現(xiàn)出了朝著智能、快速、系統(tǒng)化發(fā)展的十分寬闊的上升空間。尤其是振動(dòng)實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析技術(shù)的研發(fā)為橋梁檢測(cè)開(kāi)辟了新的發(fā)展方向。

5.2.2 無(wú)損傷識(shí)別技術(shù)

（1）小波損失識(shí)別法，因?yàn)樾〔〒p失識(shí)別法中的小波信號(hào)有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，所以這種方法就適用在損失識(shí)別的波段，通過(guò)小波的反射和傳導(dǎo)出的特征因子，來(lái)判斷橋梁結(jié)構(gòu)損傷的部位和程度。小波分析在起義信號(hào)檢測(cè)、識(shí)別信噪、分析頻帶等多種損傷識(shí)別中被廣泛地使用。（2）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)損傷識(shí)別法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別法的工作原理是：利用無(wú)損傷系統(tǒng)的振動(dòng)數(shù)據(jù)所形成的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，在經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)方法確定出相關(guān)參數(shù)后，輸入數(shù)據(jù)。如果輸入的數(shù)據(jù)是正確的，那系統(tǒng)將不會(huì)發(fā)生什么變化，證明網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)與系統(tǒng)數(shù)據(jù)是一樣的。反之，就證明整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)是有損傷部位的，需要及時(shí)維護(hù)。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上文分析能夠發(fā)現(xiàn)，橋梁工程在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中極易受到諸多因素的干擾導(dǎo)致其出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，同時(shí)伴隨著當(dāng)前我國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展的迅猛，進(jìn)一步增加了橋梁工程壓力。因此為了有效地保證橋梁工程整體質(zhì)量，需加強(qiáng)橋梁技術(shù)分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)橋梁工程建設(shè)當(dāng)中存在的問(wèn)題并提出有效的解決措施，從而更好地保證橋梁工程的整體建設(shè)質(zhì)量，進(jìn)一步促進(jìn)交通運(yùn)輸行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。