淺析公路橋梁的檢測技術及應用
2015-07-06
前言
隨著經濟的迅速發(fā)展，國內公路橋梁的建設事業(yè)也不斷進步，現(xiàn)有的橋梁結構日益增加，使國內交通運輸?shù)臓顩r有很大程度的改善。然而，近年來公路橋梁所負荷的重量在不斷增加，導致大部分在用橋梁的路面損傷情況日益加重，不斷出現(xiàn)質量問題，例如通行能力下降、承載力不足以及結構構件損傷等。根據(jù)對國內橋梁的損傷情況進行原因調查的結果顯示，致橋梁損傷的主要因素有 3 個方面:(1)早期橋梁的設計理論較為保守且不夠全面，導致橋梁設計方案與實際的施工情況不一致，存在設計偏差，設計方面的不足難以保證公路橋梁的建設質量;(2)早期橋梁的橋面設計寬度不足，橋面的荷載標準偏低，橋梁的質量在環(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、雨、洪水以及冰凍等因素，而橋梁結構、性能也由于撞擊、地震與超載運營等重大損失而發(fā)生改變;(3)國內公路橋梁的建設事業(yè)發(fā)展速度過快，使城市中涌現(xiàn)出大量較復雜的橋梁，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量以及設計技術導致公路橋梁在建設以及使用中不斷出現(xiàn)新的事故;因此，橋梁
檢測技術對橋梁建設事業(yè)而言具有重要意義。我國的公路橋梁技術現(xiàn)在已得到很大的發(fā)展， 可以和世界公路橋梁技術相競爭，但是就目前的經濟發(fā)展速度而言， 仍然無法滿足日益嚴峻的交通需要。所以，在今后的交通運輸系統(tǒng)發(fā)展中，應
該重點關注公路橋梁檢測技術的研究，進一步推進橋梁建設中的技術創(chuàng)新，加強日常的維護工作。為確保公路橋梁建設質量與橋梁安全運營，公路橋梁的檢測技術顯的尤為重要。從公路橋梁試驗檢測的科學意義、 檢測的原因、 技術與應用方面， 探討公路橋梁的檢測技術與應用。
一、紅外熱像儀與雷達檢測技術
在橋梁的質量檢測中采用超生波、紅外熱像儀以及雷達等檢測技術，一天內可對幾十種橋梁的橋面或是上千公里路面進行準確的測量。紅外熱像儀是通過紅外攝影機而獲取橋梁溫度圖。其中溫度較高的點(熱點)則是由于橋梁薄得仿佛是
充滿空氣的絕緣體般，因此熱點部分的混凝土，其溫度上升速度相比其他點更快些。雷達是借助電磁波對受測目標進行探測。其工作原理是想受測目標發(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界面中反射回來，形成回波?；夭▽炷炼跃哂忻芮械年P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
現(xiàn)階段，光纖傳感器的應用范圍相當廣泛，可遍及全世界，此種檢測技術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、壓力以及溫度等物理量。橋梁質量檢測所用傳感器的工作原理是，光纖在經受了拉壓影響后，應變位置的布里淵散射光也會相應的發(fā)生改變。通過對頻率的觀察，光纖軸向的應變量與布里淵散射頻移呈正比關系。通過檢測設備對布里淵散射頻移以及光纖溫度的測量結果，進一步計算橋梁的變形情況。根據(jù)“光損”的測量情況而計算橋梁的變形詳細數(shù)據(jù)，其計算結果可確到 0. 02mm。通過光脈沖反射的傳輸時間可明確橋梁發(fā)變形的具體位置，其誤差大小在 0. 75m 內。在橋梁檢測中結合這兩種方法可了解一定長度內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依舊可實現(xiàn)測量效
果，因此施工期間可將傳感器埋藏于橋梁內，通過兩端的接收儀器可起到長期監(jiān)控橋梁質量的效果。
三、無線電檢測技術
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)了橋梁檢測設備，該檢測設備的主要原理認為導致鋼橋構件產生裂縫的原因是由于橋梁長期承受具有周期性特點的荷載。橋梁結構的裂縫的擴大程度較細微，而橋梁結構表面的擴大會隨著釋放出的能量為產生應力波。無線電檢測技術可確定一定數(shù)量的應力波以及相應的準確位置。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，即聲發(fā)射檢測技術，此技術原先常用檢測礦山地壓的施工質量，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)、飛機等行業(yè)?，F(xiàn)階段，國內已生產出聲發(fā)射類型的橋梁檢測設備，并以在現(xiàn)有橋梁的檢測工作中成功應用。聲發(fā)射類型的檢測設備可對橋梁各項材料的內部情況進行了解，例如裂紋分布情況、裂紋發(fā)展情況等，通過對材料內部情況的了解，對橋梁的施工技術進行深入研究，從而預測橋梁的使用壽命。聲發(fā)射監(jiān)測設備的原理是，掌握聲波在各類材料內部的縱波傳播速度以及傳播方向，然后結合縱波與各傳感器接觸時的時差，對材料內部存在缺陷的位置進行判斷。小波分析是指小波形的分析，常用于分析橋梁結構以及樁基的檢測結果。
四、感應檢測技術
感應檢測技術的應用范圍相當廣泛，針對檢測橋梁當中的物理量而研發(fā)的傳感器種類相當多。例如加速計，主要用于測量由于橋梁鋼筋斷裂所引起的應力波;小型感應裝置，可埋藏于橋梁梁體內部，主要測量鋼筋銹蝕情況與混凝土的氯離子含量、導電率;位移傳感器，主要用于橋梁翼墻的位移。這幾類設備具有結構簡單、性能穩(wěn)定、價格低廉等特點，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
1、激光系統(tǒng)
該技術使采用激光系統(tǒng)對受測目標的三維坐標進行即時測量。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)可快速而準確的對橋梁中因汽車通過而產生變形的部分進行測量，借助長時間的檢測還可對坐標數(shù)據(jù)進行對比分析，從而判斷橋梁有無產生預應力或是沉降等損傷。
2、新型傳感器
國內外已開發(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、磁通量傳感器與超聲波三向風速儀等。伴隨著國內大量早期建設橋梁均步入了病害爆發(fā)的時期，突出了橋梁檢測工作量大、檢測設備功能單一、檢測設備昂貴以及設備不完善等問題。與國外的橋梁檢測技術相比，國內檢測技術仍存在許多不足，可進步空間還很大，國內橋梁檢測技術實現(xiàn)信息化、智能化以及自動化還須進行長期的努力發(fā)展。
3、智能支座
智能支座內部設有多個光學纖維傳感器，主要用于測量橋梁的剪力與壓應變。該測量設備可借助預設在內部的光學纖維傳感器對橋梁恒載以及活載的分布情況進行采集，為橋梁技術狀況的判斷提供依據(jù)。
結束語：
現(xiàn)階段，社會發(fā)展所要求的公路橋梁施工質量與承載能力不斷升高。公路的基礎建設已隨著現(xiàn)階段社會經濟的迅速發(fā)展而進入了嶄新的發(fā)展時期，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)實社會的發(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，借助不斷優(yōu)化的檢測技術，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，從而保持橋梁的質量，維護正常的交通運行。
