橋梁檢測技術的新進展

姜濤 李政 尹宜水

摘要：橋梁檢測是一門直接服務于工程實踐的技術學科，涉及到橋梁的計算理論、實驗測

試技術、儀器儀表性能、數理統計分析、現場實驗組織等方面，其有較強的綜合性、應用性和復雜性。為保證公路的暢通，創造一個安全、舒適的行車環境，加強橋梁檢測工作愈顯重要，這已成為各級公路管理部門工作的重點，同時隨著自動化技術的不斷發展及計算機水平的不斷提高，使得檢測技術也取得了很大的進步。

關鍵詞：橋梁；橋梁檢測技術；公路橋梁

中圖分類號：K928文獻標識碼： A

1前言

隨著我國社會主義經濟的不斷發展，公路橋梁建設也發展很快，橋梁結構數量不斷增加，大大的提高并改善了我國的交通運輸狀況。但是，由于公路橋梁負荷日益加重，許多的在役橋梁損傷問題日益突出，結構構件受損、承載力不足、通行能力降低等問題不斷出現。認真分析發生此類問題的研究，應該是由以下幾個方面的因素造成的。首先，早期的橋梁設計系統性不足，在設計理論上也是比較保守，設計與實際施工細節不能夠保持一致，難免會出現橋梁設計中的偏差，因此，公路橋梁建設質量難以保證。另外，由于早期的橋梁設計橋面寬度小、荷載標準較低，受到溫度變化、濕度變化以及冰凍、洪水、風、雨等自然因素的侵蝕，不斷降低橋梁的材料，在超載運營以及地震、撞擊的嚴重損傷下，橋梁的性能、結構就會發生很大的變化。還有，由于橋梁過快速度發展建設，城市中大量涌現立交橋工程以及大跨度橋梁和復雜高架橋梁，但是，由于其設計技術與施工質量達不到一定的標準，使橋梁建設與使用中新的事故和隱患不斷出現，所以，橋梁檢測技術在橋梁的建設過程中顯得越來越重要。目前國內外橋梁施工檢測出現了一些新進展和應用的新技術，使我們的檢測更加方便可靠。

2橋梁檢測技術的進展

橋梁檢測的內容比較繁雜，涉及方方面面，按方法可分為動載、靜載和無損；按時間可分為短期和長期；按性質可分為施工監控、成橋驗收和運營期檢測。橋梁檢測除了有外觀、線形等一般內容外，還有砼強度、裂縫、鋼筋銹蝕、碳化、鋼筋保護層厚度、電阻率、氯離子含量和自振頻率等多項內容，與其相關的方法和技術手段也多種多樣，各有特點。但總結起來，在役橋梁進行檢測的主要內容即是橋梁檢查和荷載試驗評定。目前，各類橋梁檢測技術主要差異在于其使用的傳感器類型。主要橋梁檢測新技術如下：

2.1雷達與紅外熱象儀檢測技術

使用雷達、紅外熱象儀、激光光學、超聲波和其它一些新的技術手段?！凹t外熱象儀”是利用一臺紅外攝像機來產生一幅橋面溫度圖的。這種溫度圖象揭示了在陽光照射下混凝土開裂部位對應橋面的“熱點”。這種溫度較高的“熱點”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?！袄走_”的工作原理是發射短促的電磁脈沖，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界面反射回來而產生回波。雷達回波的交替變化之波形和混凝土發生病害及出現裂縫后狀況有密切的對應關系（但解釋判讀困難）。將雷達檢測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檢測混凝土裂縫這兩種方法結合起來就可以創造一種有效地檢測大多數病害類型的檢測方法。

2.2光纖傳感技術

光纖傳感技術是利用光纖對某些特定的物理量敏感的特性，將外界物理量轉換成可以直接測量的信號的技術。光纖傳感器目前在世界范圍內。將光纖傳感器應用于橋梁測量中, 可實現對橋梁鋼索的索力及預應力連續混凝土梁內部應力、應變特性的測量和監測, 構成所謂的光纖智能橋梁。對于橋梁檢測使用的傳感器，其原理是當光纖受到拉壓的時候，應變發生位置處的玻璃源散射光會產生相應的改變。從頻率上看，玻璃源頻移與光纖軸向應變量成正比。通過設備測量采集光纖溫度及玻璃源頻移，進而計算得到橋梁變形情況。通過測量“光損”，可以量測變形的大小，其精度可達±0.02mm。通過對光脈沖反射傳輸時間，可以確定變形所在的位置，其誤差為±0.75m。通過上述兩種手段的結合即可得知光纖傳感器整個長度內變形的大小及分布情況。光纖傳感器可在狹窄的場合實現測量，可在施工期間埋置，并通過位于兩端的接收裝置實現自動化的長期監控。

2.3無線電檢測技術

美國聯邦公路局曾成功開發了一套應用于檢測鋼橋（鋼梁）的疲勞損傷情況，該設備的原理是反復的周期性的疲勞荷載可以導致鋼橋結構（構件）出現裂縫。這些裂縫以很細微的程度在擴大。裂縫的擴大在（結構）構件表面（層）會伴隨著能量的釋放，產生出應力波。無線電網絡技術可以定量的確定應力波及其準確位置。

美國聯邦公路局還開發的另一種檢測技術：聲發射檢測（AcousticEmission ）技術，該技術原多用于礦山地壓檢測等，現已廣泛應用于飛機、造船業、化工容器、水壩和高架橋梁等行業。目前已有國產的聲發射類的橋梁檢測設備并有成功使用的案例。通過該技術，可獲得各類材料內部裂紋分布及發展情況，進而研究橋梁技術狀況，判明其使用壽命。其原理是當聲波在材料內部傳播縱波的速度和方向為已知時，根據縱波接觸各個傳感器的時差可判斷材料內部的缺陷位置。小波變換法即小波分析，是在對AE信號進行處理的高性能的濾波的基礎上發展出現的。小波分析在樁基、橋梁結構損傷檢測中得到廣泛應用。

2.4自感應檢測技術

感應檢測技術應用更為廣泛，為橋梁各類物理量檢測而開發的傳

感器多種多樣。傳感器是各種信息的感知、采集、轉換、傳輸和處理的功能器件，具有不可替代的重要作用。如用于測量、定位橋梁中鋼筋斷裂產生的應力波的加速計，為測量混凝土氯離子含量、鋼筋銹蝕、混凝土的導電率的各類小型的可埋置于梁體內部的感應裝置，為測量橋梁翼墻位移的位移傳感器。該類設備普遍造價低廉，結構簡單，性能可靠，可大規模適用于各類新建或在役橋梁。

2.5其它檢測技術

2.5.1激光檢測系統

激光檢測是一個涉及面廣泛，應用又十分活躍的技術領域。它的檢測目標包含十分繁多的幾何、物理參數。

通過激光系統可即時測量測點的三維坐標。對普通鋼材、混凝土和木材均可良好發揮作用。該系統可以迅速精確地測量任意汽車通過橋梁而產生的變形。通過長期監測還可通過坐標數據的比對分析判斷橋梁是否沉降或產生預應力損失。

2.5.2智能橋梁支座

智能支座能通過預制在支座內部的傳感器采集橋梁活載和恒載的分布，進而提供分析判斷橋梁技術狀況的重要依據。支座內設多個用于測量壓應變和剪力的光學纖維感應器。光纖傳感器是利用光在光纖中傳播特性的變化來檢測、量度它所受到的環境變化。通過被測物理量的變化來調制波導中的光波，使光纖中的光波參量隨被測物理量的變化而改變，從而求得被測信號的大小。

2.5.3新型傳感器

國內外開發出多種新型傳感器如磁通量傳感器、三向加速度計、超聲波三向風速儀、光纖光柵溫度傳感器。隨著我國大量早期建設的橋梁進入了病害集中爆發期，橋梁檢測的工作量大的需求與橋梁檢測設備不盡完善、功能單一，價格昂貴的矛盾還將長期存在。我國橋梁檢測行業自動化、智能化、信息化的發展道路還有較長的路要走。相對于國外，我們橋梁檢測基本原理及技術手段的研究還有很大提高的空間。

4結語

道路橋梁作為我們整個社會的重要建筑，它不僅是整個社會先進技術的一個標志，而且也是整個社會四通八達的信息交流的一個工具。道路橋梁在我們的生活中承載著重要的責任，它的安全性的保障，其實是在保障每一個人，每一個家庭，以及整個社會、國家的平安、穩定。我們必須要保證道路橋梁的安全性。為了確保道路橋梁的安全性，我們必須要不斷的更新道路橋梁的檢測技術，不斷的從材料和質量的前提上做出保證，盡量的減少道路橋梁的損害，給我們的社會增添光輝，并且提供更多的安全保障。

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