公路橋梁施工檢測(cè)技術(shù)的研究
2013-01-15 來(lái)源：作者：李俊杰 來(lái)源：中國(guó)論文網(wǎng)
目前，加強(qiáng)橋梁施工檢測(cè)評(píng)定基礎(chǔ)理論與技術(shù)研究，逐步實(shí)現(xiàn)橋檢手段自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、標(biāo)準(zhǔn)化提高橋檢的效率與準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)性狀評(píng)定的科學(xué)化、規(guī)范化和專(zhuān)業(yè)化是橋梁施工檢測(cè)發(fā)展的重要方向。橋梁施工檢測(cè)的內(nèi)容比較繁雜，涉及方方面面，按方法可分為動(dòng)載、靜載和無(wú)損;按時(shí)間可分為短期和長(zhǎng)期;按性質(zhì)可分為施工監(jiān)控、成橋驗(yàn)收和運(yùn)營(yíng)期施工檢測(cè)。橋梁施工檢測(cè)除了有外觀、線形等一般內(nèi)容外，還有砼強(qiáng)度、裂縫、鋼筋銹蝕、碳化、鋼筋保護(hù)層厚度、電阻率、氯離子含量和自振頻率等多項(xiàng)內(nèi)容，與其相關(guān)的方法和技術(shù)手段也多種多樣，各有特點(diǎn)。但總結(jié)起來(lái)，在役橋梁進(jìn)行施工檢測(cè)的主要內(nèi)容即是橋梁檢查和荷載試驗(yàn)評(píng)定。
目前，各類(lèi)橋梁施工檢測(cè)技術(shù)主要差異在于其使用的傳感器類(lèi)型。主要橋梁施工檢測(cè)新技術(shù)如下：
一、雷達(dá)與紅外熱象儀施工檢測(cè)技術(shù)
使用雷達(dá)、紅外熱象儀、激光光學(xué)、超聲波和其它一些新的技術(shù)手段可在一天之內(nèi)就能準(zhǔn)確地測(cè)量成百上千公里路面或幾十座橋的橋面。
“紅外熱象儀”是利用一臺(tái)紅外攝像機(jī)來(lái)產(chǎn)生一幅橋面溫度圖的。這種溫度圖象揭示了在陽(yáng)光照射下混凝土開(kāi)裂部位對(duì)應(yīng)橋面的“熱點(diǎn)”。這種溫度較高的“熱點(diǎn)”是由于薄的充滿空氣的空腔就象絕熱體一樣，使得其上的混凝土的溫度上升得更快些而形成的。“雷達(dá)”的工作原理是發(fā)射短促的電磁脈沖，然后由這些電磁脈沖形成的電磁波可被混凝土中的各種異質(zhì)界面反射回來(lái)而產(chǎn)生回波。雷達(dá)回波的交替變化之波形和混凝土發(fā)生病害及出現(xiàn)裂縫后狀況有密切的對(duì)應(yīng)關(guān)系（但解釋判讀困難）。將雷達(dá)施工檢測(cè)混凝土的凍融裂崩和高含水量以及紅外熱象儀在干燥情況下施工檢測(cè)混凝土裂縫這兩種方法結(jié)合起來(lái)就可以創(chuàng)造一種有效地施工檢測(cè)大多數(shù)病害類(lèi)型的施工檢測(cè)方法。
二、 光纖傳感器技術(shù)
光纖傳感器目前在世界范圍內(nèi)，被廣泛應(yīng)用于測(cè)量溫度、壓力、振動(dòng)、位移、電場(chǎng)、電流、電壓、磁場(chǎng)、水聲、液位、流量以及輻射等物理量，超過(guò)100種。
對(duì)于橋梁施工檢測(cè)使用的傳感器，其原理是當(dāng)光纖受到拉壓的時(shí)候，應(yīng)變發(fā)生位置處的布里淵散射光會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的改變。從頻率上看，布里淵頻移與光纖軸向應(yīng)變量成正比。通過(guò)設(shè)備測(cè)量采集光纖溫度及布里淵頻移，進(jìn)而計(jì)算得到橋梁變形情況。通過(guò)測(cè)量“光損”，可以量測(cè)變形的大小，其精度可達(dá)±0.02mm。通過(guò)對(duì)光脈沖反射傳輸時(shí)間，可以確定變形所在的位置，其誤差為±0.75m。通過(guò)上述兩種手段的結(jié)合即可得知光纖傳感器整個(gè)長(zhǎng)度內(nèi)變形的大小及分布情況。光纖傳感器可在狹窄的場(chǎng)合實(shí)現(xiàn)測(cè)量，可在施工期間埋置，并通過(guò)位于兩端的接收裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的長(zhǎng)期監(jiān)控。
三、 無(wú)線電施工檢測(cè)技術(shù)
美國(guó)聯(lián)邦公路局曾成功開(kāi)發(fā)了一套應(yīng)用于施工檢測(cè)鋼橋（鋼梁）的疲勞損傷情況，該設(shè)備的原理是反復(fù)的周期性的疲勞荷載可以導(dǎo)致鋼橋結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）出現(xiàn)裂縫。這些裂縫以很細(xì)微的程度在擴(kuò)大。裂縫的擴(kuò)大在（結(jié)構(gòu)）構(gòu)件表面（層）會(huì)伴隨著能量的釋放，產(chǎn)生出應(yīng)力波。無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以定量的確定應(yīng)力波及其準(zhǔn)確位置。
美國(guó)聯(lián)邦公路局還開(kāi)發(fā)的另一種施工檢測(cè)技術(shù)：聲發(fā)射施工檢測(cè)（Acoustic Emission ）技術(shù),該技術(shù)原多用于礦山地壓施工檢測(cè)等，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、造船業(yè)、化工容器、水壩和高架橋梁等行業(yè)。目前已有國(guó)產(chǎn)的聲發(fā)射類(lèi)的橋梁施工檢測(cè)設(shè)備并有成功使用的案例。通過(guò)該技術(shù)，可獲得各類(lèi)材料內(nèi)部裂紋分布及發(fā)展情況，進(jìn)而研究橋梁技術(shù)狀況，判明其使用壽命。其原理是當(dāng)聲波在材料內(nèi)部傳播縱波的速度和方向?yàn)橐阎獣r(shí)，根據(jù)縱波接觸各個(gè)傳感器的時(shí)差可判斷材料內(nèi)部的缺陷位置。小波變換法即小波分析，是在對(duì)AE信號(hào)進(jìn)行處理的高性能的濾波的基礎(chǔ)上發(fā)展出現(xiàn)的。小波分析在樁基、橋梁結(jié)構(gòu)損傷施工檢測(cè)中得到廣泛應(yīng)用。
四、 自感應(yīng)施工檢測(cè)技術(shù)
感應(yīng)施工檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用更為廣泛，為橋梁各類(lèi)物理量施工檢測(cè)而開(kāi)發(fā)的傳感器多種多樣。如用于測(cè)量、定位橋梁中鋼筋斷裂產(chǎn)生的應(yīng)力波的加速計(jì)。為測(cè)量混凝土氯離子含量、鋼筋銹蝕、混凝土的導(dǎo)電率的各類(lèi)小型的可埋置于梁體內(nèi)部的感應(yīng)裝置。為測(cè)量橋梁翼墻位移的位移傳感器。該類(lèi)設(shè)備普遍造價(jià)低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，可大規(guī)模適用于各類(lèi)新建或在役橋梁。
五、 其他施工檢測(cè)技術(shù)
1、激光施工檢測(cè)系統(tǒng)
通過(guò)激光系統(tǒng)可即時(shí)測(cè)量測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。對(duì)普通鋼材、混凝土和木材均可良好發(fā)揮作用。該系統(tǒng)可以迅速精確地測(cè)量任意汽車(chē)通過(guò)橋梁而產(chǎn)生的變形。通過(guò)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)還可通過(guò)坐標(biāo)數(shù)據(jù)的比對(duì)分析判斷橋梁是否沉降或產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失。
2、智能橋梁支座
智能支座能通過(guò)預(yù)制在支座內(nèi)部的傳感器采集橋梁活載和恒載的分布，進(jìn)而提供分析判斷橋梁技術(shù)狀況的重要依據(jù)。支座內(nèi)設(shè)多個(gè)用于測(cè)量壓應(yīng)變和剪力的光學(xué)纖維感應(yīng)器。
3、新型傳感器
國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)出多種新型傳感器如磁通量傳感器、三向加速度計(jì)、超聲波三向風(fēng)速儀、光纖光柵溫度傳感器。
隨著我國(guó)大量早期建設(shè)的橋梁進(jìn)入了病害集中爆發(fā)期，橋梁施工檢測(cè)的工作量大的需求與橋梁施工檢測(cè)設(shè)備不盡完善、功能單一，價(jià)格昂貴的矛盾還將長(zhǎng)期存在。我國(guó)橋梁施工檢測(cè)行業(yè)自動(dòng)化、智能化、信息化的發(fā)展道路還有較長(zhǎng)的路要走。相對(duì)于國(guó)外，我們橋梁施工檢測(cè)基本原理及技術(shù)手段的研究還有很大提高的空間。
