淺談橋梁檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展
2015-06-18
一、引言
改革開(kāi)放以來(lái)，隨著社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，我國(guó)交通事業(yè)也繁榮發(fā)展。作為交通的樞紐，橋梁的數(shù)目也日益增多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止到2009年底，我國(guó)公路橋梁已達(dá)62.19萬(wàn)座，總長(zhǎng)度共27260.6km。顯而易見(jiàn)，橋梁結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期使用中難免會(huì)發(fā)生各種各樣的損傷，造成橋梁結(jié)構(gòu)抗力衰減和安全隱患。如何養(yǎng)護(hù)好現(xiàn)有橋梁，延長(zhǎng)其使用壽命，是擺在各級(jí)交通管理部門(mén)面前的嚴(yán)峻課題。
二、橋梁檢測(cè)的重要性
在具體的工程實(shí)踐中，往往有很多橋梁施工人員忽視對(duì)橋梁的檢測(cè)，這對(duì)于保證交通的安全穩(wěn)定運(yùn)行是很不負(fù)責(zé)任的。采取合理有效的措施對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)損傷進(jìn)行檢測(cè)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)是否損壞，從而得以確保交通樞紐的正常運(yùn)行。與此同時(shí)，對(duì)橋梁進(jìn)行檢測(cè)還可以獲得很多其他潛在的效益。
1、對(duì)橋梁進(jìn)行檢測(cè)可以及時(shí)得到準(zhǔn)確的橋梁信息狀況，當(dāng)檢測(cè)出橋梁質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)可以采取封閉橋梁的施工措施對(duì)橋梁進(jìn)行維修。同時(shí)，技術(shù)人員可以通過(guò)多次對(duì)橋梁檢測(cè)的數(shù)據(jù)來(lái)研究橋梁在使用過(guò)程中發(fā)生的變化。
2、通過(guò)規(guī)律性的對(duì)橋梁進(jìn)行檢測(cè)，降低了橋梁出現(xiàn)安全隱患的可能性，更為科學(xué)地保護(hù)了橋梁，橋梁的使用壽命顯然的到了提高。
3、對(duì)橋梁進(jìn)行檢測(cè)能為以后的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供寶貴經(jīng)驗(yàn)，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，只有通過(guò)定時(shí)對(duì)橋梁進(jìn)行檢測(cè)，取得各項(xiàng)參數(shù)資料，驗(yàn)證其與理論計(jì)算的符合程度，才能不斷地提高橋梁的設(shè)計(jì)水平，使其滿足使用功能要求。在對(duì)橋梁進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中，工程技術(shù)人員不應(yīng)只著眼于對(duì)橋梁外觀的檢測(cè)上，更應(yīng)進(jìn)一步通過(guò)荷載試驗(yàn)檢測(cè)深橋梁的材料與結(jié)構(gòu)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，在橋梁檢測(cè)實(shí)踐中，工程技術(shù)人員更應(yīng)采用先進(jìn)的設(shè)備與技術(shù)以提高橋梁檢測(cè)的高效率性與準(zhǔn)確性。
三、橋梁檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀
近年來(lái)，我國(guó)對(duì)橋梁的檢測(cè)進(jìn)行的大量研究。通過(guò)大量試橋梁檢測(cè)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的積累，我國(guó)開(kāi)發(fā)一些實(shí)用的檢測(cè)方法。幾十年來(lái)，我國(guó)逐漸從半損傷式檢測(cè)法過(guò)渡到了無(wú)損失檢測(cè)法。無(wú)損檢測(cè)法主要包括對(duì)橋梁局部的檢測(cè)和對(duì)橋梁整體進(jìn)行檢測(cè)兩個(gè)主要內(nèi)容。下面將對(duì)這兩個(gè)方面進(jìn)行簡(jiǎn)單的探討。
1、橋梁的局部檢測(cè)
對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行日常檢測(cè)主要采用技術(shù)手段的是局部檢測(cè)技術(shù)。局部檢測(cè)技術(shù)是采用目視或?qū)ｉT(mén)的檢測(cè)儀器對(duì)結(jié)構(gòu)局部的損傷和缺陷狀況進(jìn)行檢測(cè)。局部檢測(cè)主要是檢測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)的材質(zhì)狀況與耐久性。通過(guò)x射線、滲透、磁粉、渦流以及超聲波等檢測(cè)技術(shù)來(lái)檢測(cè)混凝土強(qiáng)度、混凝土的碳化深度、混凝土內(nèi)部損傷情況、鋼筋分布及保護(hù)層厚度、鋼筋的腐蝕情況、氯離子含量等內(nèi)容。近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)紅外熱象、核磁共振、全息攝影、層析成像、微波以及雷達(dá)等先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)也逐漸應(yīng)用到橋梁的局部檢測(cè)工作中。
2、橋梁的整體檢測(cè)
2.1整體檢測(cè)的作用
橋梁的整體檢測(cè)能反映橋梁的承載力以及正常使用狀態(tài)，它克服了結(jié)構(gòu)局部檢測(cè)所存在的局限性。它主要通過(guò)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜、動(dòng)力試驗(yàn)等手段采集橋梁結(jié)構(gòu)的速度、加速度、位移、應(yīng)力、應(yīng)變等結(jié)構(gòu)響應(yīng)數(shù)據(jù)。再通過(guò)數(shù)學(xué)以及力學(xué)方法對(duì)響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的處理，然后通過(guò)技術(shù)人員的細(xì)致分析就能夠得到橋梁結(jié)構(gòu)的整體狀況以及局部的損傷狀況。橋梁結(jié)構(gòu)整體的工作性能通過(guò)整體檢測(cè)技術(shù)真實(shí)地反映出來(lái)，它能回答所有人最關(guān)注的橋梁結(jié)構(gòu)承載力的問(wèn)題，從而能夠較為準(zhǔn)確的驗(yàn)證了橋梁的設(shè)計(jì)過(guò)程以及施工管過(guò)程理能否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求。
2.2整體檢測(cè)采用地方法
通過(guò)施加可控荷載的對(duì)橋梁進(jìn)行試驗(yàn)，并由試驗(yàn)檢測(cè)、收集橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)變量、應(yīng)變分布和加速度等響應(yīng)數(shù)據(jù)，據(jù)此來(lái)評(píng)估橋梁結(jié)構(gòu)的整體性能。橋梁的整體檢測(cè)試驗(yàn)可以分為靜荷載試驗(yàn)以及動(dòng)荷載試驗(yàn)。靜載試驗(yàn)指的是施加靜荷載于指定的位置對(duì)橋梁的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)從而得出橋梁整體的工作性能的試驗(yàn)。橋梁的動(dòng)載試驗(yàn)是指用某種方法引起橋梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)，測(cè)定其各項(xiàng)震動(dòng)指標(biāo)來(lái)判斷其整體剛度的試驗(yàn)。橋梁的動(dòng)荷載試驗(yàn)不會(huì)妨礙交通的運(yùn)行，是橋梁結(jié)構(gòu)整體檢測(cè)中不可或缺的技術(shù)手段。
3、橋梁檢測(cè)存在的問(wèn)題
3.1落后的檢測(cè)手段，較低的機(jī)動(dòng)性。工程技術(shù)人員只能通過(guò)在橋梁下面搭設(shè)腳手架的方法對(duì)旱地上的橋梁進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)于在河面上的橋梁，檢測(cè)工程更為繁瑣，只能通過(guò)在船上搭設(shè)腳手架連接橋梁的方法對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。若出現(xiàn)無(wú)法接近橋梁的情況，目前沒(méi)有比較好的方法解決這個(gè)問(wèn)題。
3.2昂貴的檢測(cè)的費(fèi)用，較長(zhǎng)的檢測(cè)時(shí)間。無(wú)論進(jìn)行哪種檢測(cè)方法都必須動(dòng)用大量人力物力來(lái)搭設(shè)腳手架。通常搭設(shè)腳手架的時(shí)間較長(zhǎng)，花費(fèi)較大，這無(wú)疑增大了檢測(cè)的成本，延長(zhǎng)了檢測(cè)的進(jìn)度。
3.3較高的作業(yè)危險(xiǎn)系數(shù)。工程技術(shù)人員在腳手架上對(duì)橋梁進(jìn)行檢測(cè)會(huì)提高作業(yè)的危險(xiǎn)系數(shù)，而搭設(shè)腳手架的過(guò)程也容易出現(xiàn)安全事故。
3.4較小的檢測(cè)范圍。如果只依靠搭設(shè)腳手架對(duì)橋梁進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)的范圍必然會(huì)相對(duì)較小，無(wú)法全方位、大范圍的對(duì)橋梁進(jìn)行檢測(cè)就無(wú)法得到準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果，影響檢測(cè)的質(zhì)量。
3.5導(dǎo)致交通的不便。如果要進(jìn)行橋梁的局部或整體檢測(cè)就會(huì)對(duì)必然要對(duì)橋梁進(jìn)行部分或全部的交通管制。如果檢測(cè)的時(shí)間較長(zhǎng)，管制的時(shí)間也必然增加，這將嚴(yán)重影響交通的順暢運(yùn)行，為市民的出行帶來(lái)不便。
四、橋梁檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
1、橋梁的無(wú)損傷檢測(cè)技術(shù)發(fā)展
進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，隨著傳感技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)橋梁的檢測(cè)技術(shù)也進(jìn)行了一場(chǎng)革命，涌現(xiàn)出一大批新的檢測(cè)方法。橋梁的無(wú)損傷檢測(cè)技術(shù)也迅速朝著快速化、智能化、系統(tǒng)化的方向發(fā)展起來(lái)。這解決了以往橋梁檢測(cè)必須依賴于檢測(cè)人員的現(xiàn)場(chǎng)目測(cè)以及動(dòng)靜載試驗(yàn)對(duì)橋梁進(jìn)行有損傷檢測(cè)的局限。近年來(lái)，致力于橋梁檢測(cè)的研究人員提出了許多成功的方法對(duì)橋梁進(jìn)行非破壞性評(píng)估。人們研究發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)是整體狀態(tài)的一種度量，當(dāng)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、阻尼特性以及剛度發(fā)生變化時(shí)，以結(jié)構(gòu)振動(dòng)模態(tài)作為權(quán)數(shù)，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)損傷前后的模態(tài)化量進(jìn)行加權(quán)處理，能有效實(shí)現(xiàn)單元損傷的識(shí)別和定位。可以預(yù)見(jiàn)，基于振動(dòng)模態(tài)分析技術(shù)的高速發(fā)展必將為橋梁結(jié)構(gòu)的安全檢測(cè)開(kāi)辟出新的途徑
2、先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向
2.1橋面板檢測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展，主要是地面滲透雷達(dá)、雙帶遠(yuǎn)紅外熱成像系統(tǒng)等技術(shù)的不斷發(fā)展完善。
2.2銹蝕探測(cè)和評(píng)估技術(shù)的發(fā)展，主要是以埋入式銹蝕微傳感器、磁漏探測(cè)技術(shù)為標(biāo)志的以“磁”為基礎(chǔ)的測(cè)量系統(tǒng)的不斷發(fā)展完善。
2.3橋梁測(cè)試和健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展，該系統(tǒng)主要包括利用鋼傳感器對(duì)橋梁超載進(jìn)行測(cè)量、用全球定位系統(tǒng)精確測(cè)量橋梁變形并進(jìn)行數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)以保證橋梁的健康。
2.4疲勞裂紋探測(cè)和評(píng)估系統(tǒng)的發(fā)展，主要是微波探測(cè)和定量分析系統(tǒng)、新型超聲波和磁分析儀系統(tǒng)、便攜式聲發(fā)射系統(tǒng)、熱成像系統(tǒng)、無(wú)線應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)、電磁聲發(fā)射傳感器、無(wú)源疲勞荷載測(cè)量設(shè)備等技術(shù)的不斷發(fā)張完善。
五、結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)對(duì)橋梁進(jìn)行檢測(cè)可以得知橋梁的使用狀況，保證其正常使用，降低事故發(fā)生的可能性。然而，傳統(tǒng)的檢測(cè)方法精度較低，檢測(cè)過(guò)程較為繁雜。但我們可以預(yù)見(jiàn)，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，人工智能將廣泛地運(yùn)用在各類橋梁結(jié)構(gòu)的檢測(cè)分析上。同時(shí)，科學(xué)技術(shù)的交叉利用將日益普及，新興技術(shù)的發(fā)展必將影響影響到橋梁的檢測(cè)工作中，使其更有效率和精度。
