公路橋梁檢測(cè)技術(shù)的探討
2013-07-26 來源：維普網(wǎng)
1、概述
1．1 橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)的定義
橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)主要是對(duì)橋梁技術(shù)狀況的調(diào)查，即橋梁缺陷和損傷的性質(zhì)、部位、嚴(yán)重程度及發(fā)展趨勢(shì)，找出產(chǎn)生缺陷和損傷的主要原因，分析和評(píng)論其對(duì)橋梁質(zhì)量和使用承載能力的影響，為橋梁維修和加固設(shè)計(jì)提供可靠的技術(shù)數(shù)據(jù)和依據(jù)。橋梁檢測(cè)室在其橋梁進(jìn)行養(yǎng)護(hù)、維修與加固之前必須進(jìn)行的工作，是決定維修與加固方案是否可行和正確與否的可靠保證，也是橋梁評(píng)定、養(yǎng)護(hù)、維修與加固工作中必不可少的重要組成部分。
1．2 貴州橋梁的結(jié)構(gòu)類型
貴州屬于典型的喀斯特地貌，全省地貌可概括分為高原山地、丘陵和盆地三種類型。貴州河流處在長(zhǎng)江和珠江兩大水系上游交錯(cuò)地帶。全省水系順地勢(shì)由西部、中部向北東南三面分流。因此對(duì)于山區(qū)橋梁結(jié)構(gòu)類型相對(duì)較多，結(jié)構(gòu)也相對(duì)復(fù)雜。主要有梁式橋（主要以T梁、連續(xù)箱梁為發(fā)展趨勢(shì)）、板式橋、斜拉橋、鋼筋混凝土拱橋、懸索橋和石拱橋。
2、橋梁工程檢測(cè)的方法
隨著我國(guó)交通行車密度與車輛載重日益增大，運(yùn)輸量不斷增加，長(zhǎng)期使用中的橋梁難免會(huì)因?yàn)槌d等因素而出現(xiàn)損傷，如果不加以維修并采取一些加固措施，將會(huì)降低橋梁耐久性與承載能力，嚴(yán)重的有可能導(dǎo)致交通事故，本文也將進(jìn)一步探討橋梁工程檢測(cè)的常見要點(diǎn)與方法。
2．1 橋梁外觀檢查方法與要點(diǎn)
外觀檢查包括橋梁總體性與局部構(gòu)造幾何尺寸的量測(cè)、結(jié)構(gòu)病害的檢查與量測(cè)等，不同橋型在檢查方面各有側(cè)重點(diǎn)。一般來說，從總體上可將橋梁分為三部分：
（1）上部結(jié)構(gòu)，在梁式橋中主要指主梁；
（2）下部結(jié)構(gòu)，一般包括基礎(chǔ)與承臺(tái)、拱圈拱頂裂縫、墩的位移、樁以及橋臺(tái)等；
?。?）附屬結(jié)構(gòu)一般應(yīng)著重檢查橋面鋪裝、伸縮縫、欄桿等，其它的還有梁橋部分檢查端部的斜裂縫與跨中部位的裂縫、撓度等檢查要點(diǎn)。對(duì)于鋼筋混凝土橋梁類型，主要是檢測(cè)鋼筋（保護(hù)層厚度、銹蝕狀況測(cè)試）與混凝土（碳化深度、強(qiáng)度等級(jí)與耐久性有關(guān)的含堿量和氯離子含量）；對(duì)于材料檢測(cè)類型，則主要是檢查橋梁結(jié)構(gòu)材料的無損或微損檢測(cè)，這也是當(dāng)前的重點(diǎn)研究領(lǐng)域；結(jié)構(gòu)資料則主要是掌握橋梁的原施工工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及橋梁的結(jié)構(gòu)維修養(yǎng)護(hù)歷史等過程，從而根據(jù)相關(guān)規(guī)范作為標(biāo)準(zhǔn)分析橋梁質(zhì)量狀況。此外，為了提高檢查效率，可采購(gòu)用于橋面檢測(cè)的先進(jìn)高新技術(shù)儀器，如激光雷達(dá)，就是用來測(cè)量整橋；雙頻帶紅外線自動(dòng)溫度成像系統(tǒng)，可用來檢測(cè)橋面；探地雷達(dá)成像系統(tǒng)，可用來檢測(cè)橋面板等。
2．2 檢測(cè)橋梁運(yùn)營(yíng)狀況和承載能力的技術(shù)
單獨(dú)從判斷橋梁的承載能力方面，可采用靜載試驗(yàn)檢測(cè)法，它可測(cè)出變形、撓度、應(yīng)變、裂縫等與橋梁結(jié)構(gòu)性能相關(guān)的參數(shù)，從而分析得出結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度及抗裂性能進(jìn)而判斷。要綜合考慮橋梁運(yùn)營(yíng)狀況與承載能力，一般可通過動(dòng)載試驗(yàn)檢測(cè)方法，來研究橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能。具體的檢測(cè)要點(diǎn)有：若要考察橋梁設(shè)計(jì)的安全與經(jīng)濟(jì)性能，可從確定車輛荷載人手，可檢查的重要技術(shù)參數(shù)是動(dòng)力系數(shù)。以前動(dòng)力檢測(cè)的主要目的是考慮橋梁自振頻率，它的重點(diǎn)參數(shù)是沖擊系數(shù)，在公路工程檢測(cè)實(shí)踐過程中。動(dòng)力檢測(cè)的主要內(nèi)容有：測(cè)定橋跨結(jié)構(gòu)的自振頻率、振型和阻尼特性等自振特性；測(cè)定橋跨結(jié)構(gòu)在車輛荷載下的強(qiáng)迫振動(dòng)頻率、沖擊系數(shù)、動(dòng)位移和動(dòng)應(yīng)力等強(qiáng)迫振動(dòng)特性。但若基于結(jié)構(gòu)損失的發(fā)生必然導(dǎo)致剛度、阻尼和內(nèi)部荷載等結(jié)構(gòu)參數(shù)的改變，并對(duì)這些變化合理的估計(jì)，將給為結(jié)構(gòu)操作狀態(tài)的評(píng)定提供一個(gè)量化方法。橋梁振動(dòng)模態(tài)特性參數(shù)變化信息的提取，可通過結(jié)構(gòu)損傷前后，通過檢測(cè)橋梁的不同位置，再?gòu)倪@些測(cè)點(diǎn)記錄的信息來實(shí)現(xiàn)，從而評(píng)估結(jié)構(gòu)損傷發(fā)生的程度、位置及結(jié)構(gòu)損傷的類型。一般情況下，可通過常規(guī)的試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析測(cè)試技術(shù)來獲得橋梁振動(dòng)模態(tài)。簡(jiǎn)言之，要評(píng)估橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化，除了傳統(tǒng)的靜動(dòng)承載試驗(yàn)，也可通過橋梁振動(dòng)模態(tài)的變化情況來分析得出，其中振動(dòng)方法就是橋梁操作檢測(cè)的基礎(chǔ)技術(shù)。還有測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可檢測(cè)儀器的性能和使用傳感器的特性來確定，其中涉及動(dòng)載試驗(yàn)的測(cè)試儀器主要包括光線示波器、信號(hào)放大器、測(cè)試傳感器、磁帶記錄儀以及數(shù)字信號(hào)處理機(jī)。
2．3 無法獲取橋梁詳細(xì)信息的情況下的檢測(cè)技術(shù)
有些工程資料可能會(huì)因種種原因，而無法獲取比較全面的資料，這種情況下我們可考慮采取結(jié)構(gòu)性能狀況檢測(cè)技術(shù)，常用的有可準(zhǔn)確反映結(jié)構(gòu)受力性能狀況的靜力試驗(yàn)與動(dòng)力試驗(yàn)這兩種檢測(cè)技術(shù)?；炷翗蛄旱撵o載試驗(yàn)，一般需進(jìn)行以下測(cè)試內(nèi)容。過去橋梁檢測(cè)工作，主要依賴于檢測(cè)人員的現(xiàn)場(chǎng)目測(cè)與動(dòng)靜載試驗(yàn)，結(jié)合多種檢測(cè)技術(shù)，如超聲波探測(cè)、腐蝕作用實(shí)驗(yàn)、混凝土硬度實(shí)驗(yàn)這些傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，雖然可合理判斷橋梁關(guān)鍵構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)等損傷程度，但難以滿足橋梁運(yùn)營(yíng)健康狀態(tài)、橋梁結(jié)構(gòu)的安全度以及壽命狀況等整體性能的評(píng)估需求。隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的不斷開發(fā)，尤其是通信與傳感技術(shù)的發(fā)展，為橋梁檢測(cè)工作提供了更先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)，如無損檢測(cè)技術(shù)，使檢測(cè)技術(shù)朝著系統(tǒng)化、快捷化、智能化等方面發(fā)展，在一定程度上了滿足了現(xiàn)代公路橋梁檢測(cè)的需要。上文提及的橋梁振動(dòng)模態(tài)就有望從整體方面為評(píng)估橋梁的安全性能提供新的檢測(cè)技術(shù)。此外，橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別檢測(cè)技術(shù)目前有小波分析損傷識(shí)別法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)損傷識(shí)別法，前者可直接提取對(duì)操作有用的信息，還可應(yīng)用于信噪分離、奇異信號(hào)檢測(cè)、頻帶分析等方面的損傷識(shí)別，且由于小波適合分析非平衡信號(hào)，可將此類檢測(cè)技術(shù)作為損傷識(shí)別中信號(hào)處理的較理想工具；后者的主要作用主要是為了構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)，通過系統(tǒng)的輸出和網(wǎng)絡(luò)的輸出存在的差異來測(cè)試損傷的程度，數(shù)據(jù)來源于無損傷系統(tǒng)的振動(dòng)測(cè)量。
2．4 檢測(cè)橋梁損傷比較簡(jiǎn)便的聲波檢測(cè)技術(shù)
由前面分析可見，當(dāng)前存在的檢測(cè)技術(shù)多少都存在不足，我國(guó)公路橋梁檢測(cè)技術(shù)比較常見的還有聲波檢測(cè)技術(shù)。由于它使用起來操作簡(jiǎn)單、便利，近
年來被廣泛應(yīng)用。此類型的橋梁檢測(cè)技術(shù)工作過程：從公路路面與橋梁的地面，通過相應(yīng)的接收儀器來接受路面反射出來的聲波，并通過一系列信息處理措施，從而為檢測(cè)技術(shù)人員提供橋梁內(nèi)部損害的情況，以及時(shí)采取維護(hù)技術(shù)。它主要是根據(jù)物體內(nèi)部具有波動(dòng)特性參數(shù)與物體的力學(xué)參數(shù)這一特性，并從中獲取傳播彈性波的頻率、波速以及波形等信息，再結(jié)合其它分析技術(shù)，就可以進(jìn)行橋梁損傷狀況的判斷。此外，機(jī)械檢測(cè)技術(shù)。機(jī)械測(cè)試儀器與聲波檢測(cè)技術(shù)一樣，工作原理簡(jiǎn)單，操作方便且實(shí)惠，使用期限長(zhǎng)，有較強(qiáng)的適應(yīng)周圍環(huán)境的能力，但它也有明顯的缺點(diǎn)，如放大能力有限、靈敏度不高，還比較笨重。
2．5 借鑒國(guó)外目前關(guān)注的檢測(cè)技術(shù)
當(dāng)前，國(guó)外方面已經(jīng)展開結(jié)合橋梁管理系統(tǒng)與量化的無損檢測(cè)方法的研究，即通過用強(qiáng)迫振動(dòng)響應(yīng)法定量檢測(cè)技術(shù)，用激光振動(dòng)計(jì)測(cè)量斜拉索索力，評(píng)估橋梁下部結(jié)構(gòu)。我國(guó)一直倡導(dǎo)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，本文就其主要技術(shù)概括：
?。?）先進(jìn)的疲勞裂紋探測(cè)和評(píng)估系統(tǒng)，涉及橋梁裂紋的無線應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)、無源疲勞荷載測(cè)量設(shè)備、便攜式聲發(fā)射系統(tǒng)、新型超聲波以及電磁聲發(fā)射傳感器等，目前在此基礎(chǔ)上一種具有產(chǎn)生（信號(hào)）并探測(cè)不同受力模式下的疲勞裂紋的寬帶E探測(cè)器；
（2）先進(jìn)的銹蝕探測(cè)技術(shù)，如探測(cè)先張法壓漿空隙、磁漏探測(cè)技術(shù)的埋人式銹蝕微傳感器；
?。?）先進(jìn)的橋面板檢測(cè)系統(tǒng)，如雙帶遠(yuǎn)紅外熱成像系統(tǒng)；
（4）擁有先進(jìn)的橋梁測(cè)試和健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如測(cè)量橋梁超載的鋼傳感器。
3、結(jié)語(yǔ)
綜上所述，動(dòng)靜載試驗(yàn)和檢測(cè)人員的現(xiàn)場(chǎng)目測(cè)是傳統(tǒng)的橋梁檢測(cè)方法，隨著科技的開發(fā)，逐漸出現(xiàn)了檢測(cè)損傷造成的結(jié)構(gòu)參數(shù)變化來評(píng)估損傷的實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析方法，反映了結(jié)構(gòu)的固有特征的應(yīng)變模態(tài)測(cè)量。本文認(rèn)為，評(píng)估橋梁結(jié)構(gòu)損傷程度，所探討的測(cè)量評(píng)估方法中，比較好的是振動(dòng)模態(tài)測(cè)量方法；同時(shí)，結(jié)構(gòu)損傷敏感參數(shù)中的應(yīng)力應(yīng)變參數(shù)公路橋梁檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，但這方面的檢測(cè)技術(shù)還有待多實(shí)踐與探索；橋梁力學(xué)狀態(tài)的新途徑的確定方法可考慮振動(dòng)位移檢測(cè)技術(shù)，可很好彌補(bǔ)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)的不足。此外，我國(guó)也應(yīng)多在實(shí)踐中組合多種檢測(cè)技術(shù)，使檢測(cè)的效果更科學(xué)與全面。
