桥梁检测技术的探讨

摘要：随着我国公路桥梁事业的发展,新建高速公路及桥梁越来越多,与此同时桥梁管理者对桥梁的养护已日益重视。本简述了桥梁结构检测的主要内容与评定方法,并对桥梁检测技术进行了说明, 并介绍了桥梁检测技术的发展前景, 从而确保桥梁长期安全运营。

关键词：桥梁 检测技术 前景

中图分类号：K928.78 文献标识码：A 文章编号：

前言

桥梁检测是一项复杂而细致的工作, 不仅要求工作人员有丰富的现场经验, 还需要坚实的理论基础作为指导。只有把理论和实际充分结合起来, 加上指挥者与试验人员之间的默契配合, 才能做好检测工作，取得满意的数据,并做出准确的评估。

一、桥梁表面检查分析与评价

表面检查包括桥梁整体与局部构造几何尺寸的量测、结构病害的检查与量测等， 表现检查的项目和要求对不同的桥型有不同的侧重点。表现检查要达到可以定量反映桥梁结构状况，依据相关规范评定桥梁技术等级的要求。结构资料的调查包括了解桥梁的原结构设计、施工工艺及过程以及桥梁的结构维修养护历史等。材料检测主要是指桥梁结构材料的无损或微损检测。对于钢筋混凝土桥梁来说，主要是混凝土与钢筋的相关检测，包括混凝土的强度等级、碳化深度、与耐久性有关的含碱量和氯离子含量，以及钢筋的锈蚀状况、保护层厚度测试等。表现检查和材料检测技术及相关测试仪器设备发展很快。测试仪器设备及相关技术研究在国外桥梁无损检测研究方面占有很大的比重，相继研制成功或正在研制融合电、磁、雷达、数字信号处理等相关学科的高技术成套测试仪器和设备。如用于桥面板检测的双频带红外线自动温度成像系统;用于桥面板检测的探地雷达成像系统; 整桥测量的激光雷达; 整桥测量的无线电脉冲转发器等。

二、现行桥梁承载力检测方法

1病害调查经验评定法

通过对桥梁技术的状况、缺陷、损伤的性质、部位、严重程度和发展趋势的调查， 弄清出现缺陷和损伤的主要原因，分析和评价既存缺陷及损伤对桥梁质量和使用承载能力的影响，并为桥梁维修和加固设计提供可靠的技术数据和依据。这种方法要求现场检查人员具有丰富的工程经验和专业知识。

2 综合分析法

此方法是在桥梁检查的基础上，采用无破损方式测定混凝土强度、混凝土碳化深度、混凝土氯离子含量、混凝土电阻率、钢筋混凝土保护层厚度和结构混凝土中钢筋锈蚀状况，进行折减后的结构承载力验算，综合分析计算结果和结构裂缝等外观条件，评定结构材料状况。

3 分析计算法

首先对被检定的桥梁结构进行检查( 收集资料、现状检查、材质与地基的检验等)，然后将检查所得的有关资料和检验测量结果，运用桥梁结构计算理论及有关的经验系数进行分析计算，从而评定出桥梁的安全承载能力。分析计算法分为经验系数折算和理论计算两种做法。经验系数折算法是以桥梁原有设计荷载等级为基础，同时考虑桥梁损坏程度、材料老化程度、桥面行驶条件、实际交通情况、桥梁建造使用期限等因素，经过广泛的调查研究确定出各项对应的系数， 从而折算出桥梁安全承载力。理论计算法是当原桥荷载等级不清楚或上述的各种系数较难确定时，应用结构计算理论，估算出桥梁结构可能承受的最大外力( 如弯矩) ; 然后，再与实际检定的荷载相比较，从而判定出桥梁安全承载力的方法。此法应注意的问题是: 荷载计算应根据实际荷载，即采用需通过的荷载等级进行验算; 材料强度以实测结果为准，应正确地把结构的缺陷估计到计算中去。

随着计算机技术以及钢筋混凝土有限元理论的发展，有限元计算法引起了各国学者的重视。编制有限元计算程序或采用通用的有限元分析软件，用计算机模拟实际桥梁的荷载试验，计算桥梁的实际承载力，评定步骤如下:

（1）桥梁调查

（2）确定加载形式并划分单元

（3）分级加载计算

（4）评定承载力。

4 荷载试验法

桥梁结构荷载试验是对桥梁结构物工作状态进行直接测试的一种检定手段， 是对桥梁结构性能最直观、最可靠的检测方法，按施加荷载的类型可分为静载试验和动载试验，我国在这方面有成熟的方法和标准。桥梁结构静载试验是按照桥梁的设计荷载等级，根据荷载的最不利位置布置静载( 通常是载重汽车) ，或者根据桥梁结构的控制内力确定荷载及其位置，对桥梁结构进行加载，静载试验的加载量一般为设计荷载的0.8 倍~ 1.0倍，试验前应先进行估算。

桥梁结构动载试验采用车辆通过、冲击或环境激振等加荷方式，通过采集设备获得桥梁结构的振动响应信号，对这些信号进行处理得到桥梁结构的频率、模态等动力特性，进而得到桥梁结构特性。对桥梁结构施加荷载( 静载或动载) ，通过相应的仪器设备获得桥梁结构的响应，可以根据这些响应进行分析，得到桥梁结构的性能参数，通过这些参数的变化，对桥梁结构进行损伤识别与性能评价。

进行损伤识别主要有系统识别、神经网络识别等方法，其中系统识别方法更为实用。桥梁结构动力响应损伤识别在理论上被大家认可的是融合振动理论、振动测试技术、信号采集与分析等跨学科技术的试验模态分析法，其识别方法有系统识别、神经网络、遗传算法等，系统识别方法的分析概念和分析过程同静力响应损伤识别，其中主要是神经网络方法。桥梁动力特性测试简便易行，对测试条件要求少，因而被认为是在桥梁结构损伤识别领域最有前途的桥梁无损检测技术。

三、桥梁检测技术的发展趋势

1 桥梁无损伤检测技术

传统的桥梁检测方法主要依赖于动静载试验和检测人员的现场目测, 辅以混凝土硬度实验、超声波探测、腐蚀作用实验等多种检测手段。近年来, 致力于桥梁检测的研究人员提出了许多对桥梁进行非破坏性评估的方法。一些新的方法被广泛应用于桥梁检测, 如利用激光雷达测试桥梁下部结构的挠度, 利用全息干涉仪和激光斑纹测量桥体表面的变形状态, 利用双波长远红外成像检测桥梁混凝土层的损伤, 利用磁漏摄动检测钢索、钢梁和混凝土内部的钢筋等。

2 桥梁结构损伤识别技术

( 1) 基于振动的损伤识别方法。这种技术的基本思想是: 损伤会引起结构中物理参数( 质量、刚度等) 的改变, 结构的模态参数( 模态频率、模态振型、模态阻尼等) 随之发生改变, 根据此改变量即可确定损伤的位置与程度。这种方法在国外称为结构的损伤识别. 包括: 利用频率变化进行损伤识别, 利用振型变化进行损伤识别, 基于柔度矩阵的损伤识别, 试验模态分析与有限元分析相结合的方法, 残余力向量损伤识别。

( 2 )小波分析损伤识别法。由于小波分析适合分析非平稳信号, 因此可作为损伤识别中信号处理的较理想的工具, 用它来构造损伤识别中所需要的特征因子, 或直接提取对损伤有用的信息。小波分析在损伤识别中的应用是多方面的, 如: 奇异信号检测、信噪分离、频带分析等。

( 3 )神经网络损伤识别法。神经网络在损伤识别中的基本思路是: 首先, 用无损伤系统的振动测量数据来构造网络, 用适当的学习方法确定网络的参数; 然后, 将系统的输入数据送入网络, 网络就有对应的输出, 如果输入过程是成功的, 当系统特性无变化时, 系统的输出和网络的输出应该吻合; 相反, 当系统有损伤时, 系统的输出和网络的输出就有一个差异, 这个差异就是损伤的一种测度。

结束语

通过对桥梁的全面检测，系统地收集当前桥梁技术数据，积累技术资料，为充实桥梁数据库、加强桥梁科学管理和提高桥梁技术水平提供必要条件；通过合理设计检测的方法，辅以布设长期监测设备，逐步建立桥梁健康监测系统，确保桥梁长期安全运营，以发挥其最佳经济效益和社会效益。

参考文献

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