淺析公路橋梁的檢測技術(shù)及應(yīng)用
2015-07-06
前言
隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，國內(nèi)公路橋梁的建設(shè)事業(yè)也不斷進(jìn)步，現(xiàn)有的橋梁結(jié)構(gòu)日益增加，使國內(nèi)交通運(yùn)輸?shù)臓顩r有很大程度的改善。然而，近年來公路橋梁所負(fù)荷的重量在不斷增加，導(dǎo)致大部分在用橋梁的路面損傷情況日益加重，不斷出現(xiàn)質(zhì)量問題，例如通行能力下降、承載力不足以及結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷等。根據(jù)對國內(nèi)橋梁的損傷情況進(jìn)行原因調(diào)查的結(jié)果顯示，致橋梁損傷的主要因素有 3 個(gè)方面:(1)早期橋梁的設(shè)計(jì)理論較為保守且不夠全面，導(dǎo)致橋梁設(shè)計(jì)方案與實(shí)際的施工情況不一致，存在設(shè)計(jì)偏差，設(shè)計(jì)方面的不足難以保證公路橋梁的建設(shè)質(zhì)量;(2)早期橋梁的橋面設(shè)計(jì)寬度不足，橋面的荷載標(biāo)準(zhǔn)偏低，橋梁的質(zhì)量在環(huán)境因素以及自然因素的影響下不斷降低，例如濕度變化、溫度變化、風(fēng)、雨、洪水以及冰凍等因素，而橋梁結(jié)構(gòu)、性能也由于撞擊、地震與超載運(yùn)營等重大損失而發(fā)生改變;(3)國內(nèi)公路橋梁的建設(shè)事業(yè)發(fā)展速度過快，使城市中涌現(xiàn)出大量較復(fù)雜的橋梁，例如立交橋梁、高架橋梁以及大跨度橋梁等，然而，尚未成熟的橋梁施工質(zhì)量以及設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)致公路橋梁在建設(shè)以及使用中不斷出現(xiàn)新的事故;因此，橋梁
檢測技術(shù)對橋梁建設(shè)事業(yè)而言具有重要意義。我國的公路橋梁技術(shù)現(xiàn)在已得到很大的發(fā)展， 可以和世界公路橋梁技術(shù)相競爭，但是就目前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度而言， 仍然無法滿足日益嚴(yán)峻的交通需要。所以，在今后的交通運(yùn)輸系統(tǒng)發(fā)展中，應(yīng)
該重點(diǎn)關(guān)注公路橋梁檢測技術(shù)的研究，進(jìn)一步推進(jìn)橋梁建設(shè)中的技術(shù)創(chuàng)新，加強(qiáng)日常的維護(hù)工作。為確保公路橋梁建設(shè)質(zhì)量與橋梁安全運(yùn)營，公路橋梁的檢測技術(shù)顯的尤為重要。從公路橋梁試驗(yàn)檢測的科學(xué)意義、 檢測的原因、 技術(shù)與應(yīng)用方面， 探討公路橋梁的檢測技術(shù)與應(yīng)用。
一、紅外熱像儀與雷達(dá)檢測技術(shù)
在橋梁的質(zhì)量檢測中采用超生波、紅外熱像儀以及雷達(dá)等檢測技術(shù)，一天內(nèi)可對幾十種橋梁的橋面或是上千公里路面進(jìn)行準(zhǔn)確的測量。紅外熱像儀是通過紅外攝影機(jī)而獲取橋梁溫度圖。其中溫度較高的點(diǎn)(熱點(diǎn))則是由于橋梁薄得仿佛是
充滿空氣的絕緣體般，因此熱點(diǎn)部分的混凝土，其溫度上升速度相比其他點(diǎn)更快些。雷達(dá)是借助電磁波對受測目標(biāo)進(jìn)行探測。其工作原理是想受測目標(biāo)發(fā)射電磁脈沖，使發(fā)射出的電磁脈沖成電磁波并從混凝土的異質(zhì)界面中反射回來，形成回波。回波對混凝土而言具有密切的關(guān)系，其交替變化的波形可將混凝土中的損害情況以及裂縫情況檢測出來。紅外熱像儀與雷達(dá)聯(lián)合使用可有效檢測公路橋梁現(xiàn)有的大部分病害種類。
二、光纖傳感器檢測技術(shù)
現(xiàn)階段，光纖傳感器的應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛，可遍及全世界，此種檢測技術(shù)所涉及的物理量檢測種類已超出 100 種，常見的有輻射、液位、水聲、磁場、電壓、電流、電場、位移、振動(dòng)、壓力以及溫度等物理量。橋梁質(zhì)量檢測所用傳感器的工作原理是，光纖在經(jīng)受了拉壓影響后，應(yīng)變位置的布里淵散射光也會(huì)相應(yīng)的發(fā)生改變。通過對頻率的觀察，光纖軸向的應(yīng)變量與布里淵散射頻移呈正比關(guān)系。通過檢測設(shè)備對布里淵散射頻移以及光纖溫度的測量結(jié)果，進(jìn)一步計(jì)算橋梁的變形情況。根據(jù)“光損”的測量情況而計(jì)算橋梁的變形詳細(xì)數(shù)據(jù)，其計(jì)算結(jié)果可確到 0. 02mm。通過光脈沖反射的傳輸時(shí)間可明確橋梁發(fā)變形的具體位置，其誤差大小在 0. 75m 內(nèi)。在橋梁檢測中結(jié)合這兩種方法可了解一定長度內(nèi)橋梁的變形大小與變形位置分布詳情。光纖傳感器處于狹窄的范圍內(nèi)依舊可實(shí)現(xiàn)測量效
果，因此施工期間可將傳感器埋藏于橋梁內(nèi)，通過兩端的接收儀器可起到長期監(jiān)控橋梁質(zhì)量的效果。
三、無線電檢測技術(shù)
美國聯(lián)邦的公路管理局曾針對鋼橋疲勞損傷情況的檢測而開發(fā)了橋梁檢測設(shè)備，該檢測設(shè)備的主要原理認(rèn)為導(dǎo)致鋼橋構(gòu)件產(chǎn)生裂縫的原因是由于橋梁長期承受具有周期性特點(diǎn)的荷載。橋梁結(jié)構(gòu)的裂縫的擴(kuò)大程度較細(xì)微，而橋梁結(jié)構(gòu)表面的擴(kuò)大會(huì)隨著釋放出的能量為產(chǎn)生應(yīng)力波。無線電檢測技術(shù)可確定一定數(shù)量的應(yīng)力波以及相應(yīng)的準(zhǔn)確位置。此外，美國聯(lián)邦的公路管理局還為此開發(fā)了其他的檢測技術(shù)，即聲發(fā)射檢測技術(shù)，此技術(shù)原先常用檢測礦山地壓的施工質(zhì)量，如今其檢測范圍以及普及到其他行業(yè)，例如高架橋梁、水壩、化工容器、造船業(yè)、飛機(jī)等行業(yè)?，F(xiàn)階段，國內(nèi)已生產(chǎn)出聲發(fā)射類型的橋梁檢測設(shè)備，并以在現(xiàn)有橋梁的檢測工作中成功應(yīng)用。聲發(fā)射類型的檢測設(shè)備可對橋梁各項(xiàng)材料的內(nèi)部情況進(jìn)行了解，例如裂紋分布情況、裂紋發(fā)展情況等，通過對材料內(nèi)部情況的了解，對橋梁的施工技術(shù)進(jìn)行深入研究，從而預(yù)測橋梁的使用壽命。聲發(fā)射監(jiān)測設(shè)備的原理是，掌握聲波在各類材料內(nèi)部的縱波傳播速度以及傳播方向，然后結(jié)合縱波與各傳感器接觸時(shí)的時(shí)差，對材料內(nèi)部存在缺陷的位置進(jìn)行判斷。小波分析是指小波形的分析，常用于分析橋梁結(jié)構(gòu)以及樁基的檢測結(jié)果。
四、感應(yīng)檢測技術(shù)
感應(yīng)檢測技術(shù)的應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛，針對檢測橋梁當(dāng)中的物理量而研發(fā)的傳感器種類相當(dāng)多。例如加速計(jì)，主要用于測量由于橋梁鋼筋斷裂所引起的應(yīng)力波;小型感應(yīng)裝置，可埋藏于橋梁梁體內(nèi)部，主要測量鋼筋銹蝕情況與混凝土的氯離子含量、導(dǎo)電率;位移傳感器，主要用于橋梁翼墻的位移。這幾類設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，可在各種在建橋梁與在用橋梁中大量使用。
五、其他橋梁檢測技術(shù)
1、激光系統(tǒng)
該技術(shù)使采用激光系統(tǒng)對受測目標(biāo)的三維坐標(biāo)進(jìn)行即時(shí)測量。該系統(tǒng)在測量木材、混凝土以及普通鋼材中可起到良好的測量效果。激光系統(tǒng)可快速而準(zhǔn)確的對橋梁中因汽車通過而產(chǎn)生變形的部分進(jìn)行測量，借助長時(shí)間的檢測還可對坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，從而判斷橋梁有無產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力或是沉降等損傷。
2、新型傳感器
國內(nèi)外已開發(fā)的傳感器有多種，例如光纖光柵問題傳感器、三向加速度計(jì)、磁通量傳感器與超聲波三向風(fēng)速儀等。伴隨著國內(nèi)大量早期建設(shè)橋梁均步入了病害爆發(fā)的時(shí)期，突出了橋梁檢測工作量大、檢測設(shè)備功能單一、檢測設(shè)備昂貴以及設(shè)備不完善等問題。與國外的橋梁檢測技術(shù)相比，國內(nèi)檢測技術(shù)仍存在許多不足，可進(jìn)步空間還很大，國內(nèi)橋梁檢測技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息化、智能化以及自動(dòng)化還須進(jìn)行長期的努力發(fā)展。
3、智能支座
智能支座內(nèi)部設(shè)有多個(gè)光學(xué)纖維傳感器，主要用于測量橋梁的剪力與壓應(yīng)變。該測量設(shè)備可借助預(yù)設(shè)在內(nèi)部的光學(xué)纖維傳感器對橋梁恒載以及活載的分布情況進(jìn)行采集，為橋梁技術(shù)狀況的判斷提供依據(jù)。
結(jié)束語：
現(xiàn)階段，社會(huì)發(fā)展所要求的公路橋梁施工質(zhì)量與承載能力不斷升高。公路的基礎(chǔ)建設(shè)已隨著現(xiàn)階段社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展而進(jìn)入了嶄新的發(fā)展時(shí)期，公路橋梁工程發(fā)展迅速，公路所承受的通行壓力也不斷增加，許多現(xiàn)有的橋梁其承載能力已跟不上現(xiàn)實(shí)社會(huì)的發(fā)展速度。橋梁施工企業(yè)需不斷研究更新的橋梁檢測技術(shù)，借助不斷優(yōu)化的檢測技術(shù)，發(fā)現(xiàn)在用橋梁的現(xiàn)存問題，及早掌握處理橋梁中的病害，從而保持橋梁的質(zhì)量，維護(hù)正常的交通運(yùn)行。
