淺談橋梁檢測技術及其發(fā)展趨勢

于艷然

摘 要：詳細介紹了各種橋梁檢測技術及其基本檢測內(nèi)容；對橋梁的靜載試驗和動載試驗進行了描述，還介紹國內(nèi)外一些新的橋梁檢測技術的現(xiàn)狀和最新發(fā)展趨勢，以推動橋梁檢測技術的發(fā)展。

關鍵詞：橋梁檢測；荷載試驗；靜載試驗；動載試驗

橋梁在長期的使用過程中不免會發(fā)生各種結構損傷。損傷的原因可能是人為因素，也可能是自然災害。此外隨著我國交通建設的迅速發(fā)展，交通運輸量大幅度增加，行車密度及車輛載重越來越大，這也可能因為超載而造成橋梁結構的損傷繼而加劇其自然老化。這些因素均導致了橋梁承載能力和耐久性的降低，甚至影響到運營的安全，由此而引起的一系列問題都需要相應的維修、改造和加固來解決，而這些工作又必須在對橋梁結構詳細和系統(tǒng)的檢測的基礎上才能妥善進行。

1 橋梁表觀檢查分析與評價

表觀檢查包括橋梁整體與局部構造幾何尺寸的量測、結構病害的檢查與量測等，表觀檢查的項目和要求對不同的橋型有不同的側重點。表觀檢查要達到可以定量反映橋梁結構狀況，依據(jù)相關規(guī)范評定橋梁技術等級的要求。結構資料的調(diào)查包括了解橋梁的原結構設計、施工工藝及過程以及橋梁的結構維修養(yǎng)護歷史等。

2 橋梁承載力的荷載檢測法

2. 1 靜載試驗檢測方法

靜載試驗檢測法通過對橋梁進行靜載試驗，量測與橋梁結構性能相關的參數(shù)，與橋梁工作性能相關的主要參數(shù)有變形、撓度、應變、裂縫等。通過靜載試驗，可測出這些參數(shù)，從而分析得出結構的強度、剛度及抗裂性能，據(jù)此判斷橋梁的承載能力。混凝土橋梁的靜載試驗，一般需進行以下測試內(nèi)容。

（1）結構的豎向撓度、側向撓度和扭轉變形。每個跨度內(nèi)至少有3 個測點，并取得最大的撓度及變形值，同時觀測支座下沉值。有時測試也為了驗證所采用的計算理論，要實測控制截面的內(nèi)力、撓度縱向和橫向影響線。

（2）記錄控制截面的應力分布，并取得最大值和偏載特性。沿截面高度不少于5 個測點，包括上、下緣和截面突變處。有些結構需測試支點及附近、橫隔板附近剪應力和主拉應力，此時需將應變計布成應變化。

（3）支座的伸縮、轉角，支座的沉降；墩頂位移及轉角。

（4）仔細觀察是否已出現(xiàn)裂縫，出現(xiàn)初始裂縫時所加的荷載，仔細表明裂縫出現(xiàn)的位置、方向、長度、寬度及卸載后閉合情況。如果結構的控制截面變形、應力或裂縫擴展，在尚未加到預計最大試驗荷載前，已提前達到或超過設計標準的允許值，應立即停止加載，同時注意觀察裂縫擴展情況，撤離儀器和人員。

（5）細觀察卸載后的殘余變形。對于特殊結構而言，如懸索橋和斜拉橋，尚需觀察索力和塔的變位并進行支座的測定。

2. 2 動載試驗檢測方法

動力荷載試驗的目的在于研究橋梁結構的動力性能，該性能是判斷橋梁運營狀況和承載能力的重要標志之一。比如，動力系數(shù)是確定車輛荷載對橋梁動力作用的重要技術參數(shù)，直接影響到橋梁設計的安全與經(jīng)濟性能；橋梁過大的振動可引起乘客和行人的不舒適；橋梁自振頻率處于某些范圍時，可由外荷載引起共振的危險。這是以前動力檢測的主要目的。但是最近10 年以來，研究者試圖擴大動力檢測方法的范圍和功能，原理主要如下：結構損失的發(fā)生必然導致結構參數(shù)（剛度、阻尼和內(nèi)部荷載）的改變。如果恰當?shù)毓烙嬤@些變化，就能給結構損傷狀態(tài)的評估提供一個量化的方法。利用振動方法對橋梁進行損傷檢測的基礎是從橋梁振動模態(tài)的變化中能夠估計出橋梁結構參數(shù)的變化。橋梁振動模態(tài)通常可用常規(guī)的試驗模態(tài)分析測試方法得到。在橋梁的不同位置布置測點，通過結構損傷前后由這些測點記錄的信息可提取出的橋梁振動模態(tài)特性參數(shù)的變化，以此來確定結構損傷發(fā)生的位置、大小及結構損傷的類型。橋梁的動力試驗，主要是圍繞沖擊系數(shù)做文章，實際的動力試驗包括以下內(nèi)容： （ 1）測定橋跨結構在車輛荷載下的強迫振動特性，如沖擊系數(shù)、強迫振動頻率、動位移和動應力等。（2）測定橋跨結構的自振特性， 如自振頻率、振型和阻尼特性等。

3 橋梁檢測技術的發(fā)展趨勢

3. 1 橋梁無損傷檢測技術

傳統(tǒng)的橋梁檢測方法主要依賴于動靜載試驗和檢測人員的現(xiàn)場目測，輔以混凝土硬度實驗、超聲波探測、腐蝕作用實驗等多種檢測手段。進入20 世紀90年代，隨著現(xiàn)代傳感與通信技術的發(fā)展，無損檢測技術更是出現(xiàn)了前所未有的發(fā)展勢態(tài)，先后涌現(xiàn)出一大批新的檢測方法和檢測手段，使無損檢測技術向著智能化、快速化、系統(tǒng)化的方向發(fā)展。

3. 2 橋梁結構損傷識別技術

（1）小波分析損傷識別法。由于小波分析適合分析非平穩(wěn)信號，因此可作為損傷識別中信號處理的較理想的工具，用它來構造損傷識別中所需要的特征因子，或直接提取對損傷有用的信息。小波分析在損傷識別中的應用是多方面的，如：奇異信號檢測、信噪分離、頻帶分析等。

（2）神經(jīng)網(wǎng)絡損傷識別法。神經(jīng)網(wǎng)絡在損傷識別中的基本思路是：首先，用無損傷系統(tǒng)的振動測量數(shù)據(jù)來構造網(wǎng)絡，用適當?shù)膶W習方法確定網(wǎng)絡的參數(shù)；然后，將系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)送入網(wǎng)絡，網(wǎng)絡就有對應的輸出，如果輸入過程是成功的，當系統(tǒng)特性無變化時，系統(tǒng)的輸出和網(wǎng)絡的輸出應該吻合；相反，當系統(tǒng)有損傷時，系統(tǒng)的輸出和網(wǎng)絡的輸出就有一個差異，這個差異就是損傷的一種測度。

4 國外橋梁檢測技術發(fā)展動向

4. 1 已啟動的研究程序

（1）先進的橋面板檢測系統(tǒng)，包括雙帶遠紅外熱成像系統(tǒng)、地面滲透雷達等。

（2）先進的橋梁測試和健康監(jiān)測系統(tǒng)，包括全橋監(jiān)測系統(tǒng)的無線電發(fā)送、精確的差分式全球定位系統(tǒng)測量橋梁變形、應用鋼傳感器對橋梁超載進行測量和監(jiān)測等。

（3）先進的疲勞裂紋探測和評估系統(tǒng)，包括測橋梁裂紋的新型超聲波和磁分析儀系統(tǒng)、熱成像系統(tǒng)、便攜式聲發(fā)射系統(tǒng)、無線應變測量系統(tǒng)、微波探測和定量分析、無源疲勞荷載測量設備和電磁聲發(fā)射傳感器等。

（4）先進的銹蝕探測和評估技術，包括磁漏探測技術、探測先張法壓漿空隙的沖擊—反射系統(tǒng)、埋入式銹蝕微傳感器以及以磁為基礎的測量系統(tǒng)。

（5）用強迫振動響應法定量評估橋梁下部結構、用激光振動計測量斜拉索索力以及量化的無損檢測方法與橋梁管理系統(tǒng)結合的課題。

4. 2 探索性的研究項目

（1）聲發(fā)射技術的基礎性研究，發(fā)展一種改進的寬帶E探測器，它有能力產(chǎn)生（信號） 并探測不同受力模式下的疲勞裂紋。（2）磁力控制傳感器的研究。（3）用微波技術對疲勞裂紋進行探測和定量分析。（4）光纖和其他微傳感器。

5 結 語

通過對橋梁進行檢測可以得知，橋梁的運營狀態(tài)，確保其安全使用。傳統(tǒng)檢測方法在精度和簡便性等方面有所不足。隨著計算機和科學技術的快速發(fā)展，人工智能將廣泛地運用在各類橋梁結構的檢測試驗和分析上。同時，學科交叉現(xiàn)象日益普遍，一些高新技術的最新研究成果應用于橋梁無損檢測技術的研究，必將推動橋梁檢測技術的飛速發(fā)展。

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