基于無損檢測(cè)技術(shù)的橋梁檢測(cè)與損傷評(píng)估

羅 利

(廣東交科檢測(cè)有限公司，廣東 廣州 510550)

0 前 言

隨著我國(guó)道路橋梁、房屋建設(shè)的飛速發(fā)展，愈來愈多的新型工藝技術(shù)和建筑材料被大量引進(jìn)于建筑作業(yè)之中。就橋梁工程而言，由于其服役期間將受到車輛荷載等的反復(fù)作用，易于使得各類橋梁迅速進(jìn)入老化期，為使得其滿足服役過程中的工程安全性要求，需針對(duì)其進(jìn)行有效的質(zhì)量檢測(cè)[1-5]。目前，已有許多學(xué)者針對(duì)該問題進(jìn)行了詳細(xì)研究，高懷志等[6]針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)和評(píng)估技術(shù)及其應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，并針對(duì)目前所存在相關(guān)問題給出了應(yīng)對(duì)措施；李建波等[7]從公路橋梁檢測(cè)的角度出發(fā)，對(duì)橋梁檢測(cè)中荷載試驗(yàn)應(yīng)用狀況進(jìn)行了完備闡述，并以此為基礎(chǔ)，提出了橋梁結(jié)構(gòu)損傷狀態(tài)評(píng)估辦法；戴松等[8]則結(jié)合具體實(shí)際工程案例，對(duì)鋼筋混凝土橋梁的檢測(cè)過程以及其災(zāi)害評(píng)估進(jìn)行了詳細(xì)論述；余加勇等[9]從智能檢測(cè)技術(shù)角度出發(fā)，對(duì)現(xiàn)有橋梁工程中的智能檢測(cè)技術(shù)做了簡(jiǎn)要分析，并著重闡述了測(cè)量機(jī)器人在橋梁檢測(cè)中的應(yīng)用方式和應(yīng)用前景；王晉耀等[10]則著重論述了光纖維傳感器技術(shù)在實(shí)際橋梁結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)中的應(yīng)用范圍和前景。

基于以上論述，本研究以無損檢測(cè)技術(shù)為依托，針對(duì)其在橋梁工程的應(yīng)用和發(fā)展前景作出簡(jiǎn)要論述，并在此技術(shù)上，針對(duì)其損傷評(píng)估方式作出簡(jiǎn)要總結(jié)，研究成果對(duì)橋梁工程檢測(cè)效果的提升具有一定程度的指導(dǎo)意義。

1 無損檢測(cè)技術(shù)在橋梁檢測(cè)中的應(yīng)用

1.1 超聲波檢測(cè)

超聲波檢測(cè)技術(shù)著重通過低頻率應(yīng)力波的反射對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測(cè)，其原理如圖1所示。該技術(shù)可有效地確定橋梁結(jié)構(gòu)之中缺陷的具體位置，除此之外，由于其原理相對(duì)而言較為簡(jiǎn)單，操作性較易，因此，其檢測(cè)效率相對(duì)較高。除上述所存在的顯著優(yōu)勢(shì)外，超聲波檢測(cè)技術(shù)亦存在諸多不可忽視的缺點(diǎn)，一般而言，由于該技術(shù)具有較為敏感的信息檢測(cè)能力，因此，其檢測(cè)結(jié)果十分容易受到外部因素干擾，進(jìn)一步使得其檢測(cè)精度降低，從整體上影響檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)備性。

圖1 超聲波檢測(cè)原理

1.2 光纖傳感檢測(cè)

光纖傳感檢測(cè)技術(shù)一般利用光纖對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)中所存在的缺陷進(jìn)行檢測(cè)和傳送，通過將其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)直接轉(zhuǎn)換為光信號(hào)并進(jìn)行直接傳送，可以十分直觀地對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)。相比較于一般檢測(cè)技術(shù)而言，該技術(shù)具有較多優(yōu)勢(shì)，其在作業(yè)過程中，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，除此之外，由于傳感器自身的特點(diǎn)，其具有抵抗外部高應(yīng)力以及高腐蝕性的能力，在惡劣檢測(cè)環(huán)境之中，仍可取得精度相對(duì)較高的檢測(cè)結(jié)果。除此之外，在實(shí)際操作過程中，由于所采用的傳感器具有質(zhì)輕且體積小等特點(diǎn)，其實(shí)用性能較好，但由于其制造成本較高，因而其應(yīng)用仍不夠?qū)挿骸?/p>

1.3 探地雷達(dá)檢測(cè)

探地雷達(dá)檢測(cè)是采用電磁脈沖波作為檢測(cè)手段對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行檢測(cè)分析的一種方法，其檢測(cè)精度相對(duì)而言較好，并能對(duì)特定位置的裂縫信息進(jìn)行定量化表征，可有效地獲取檢測(cè)點(diǎn)缺陷的形狀以及大小等具體信息。除此之外，其操作較為簡(jiǎn)便，可認(rèn)為該方法檢測(cè)效率較高，并且其抗干擾程度較好，在實(shí)際作業(yè)過程中，由于其技術(shù)優(yōu)勢(shì)的存在，可使得檢測(cè)資源消耗大幅度降低。一般而言，其主要應(yīng)用于橋梁缺陷檢測(cè)、道路橋梁的含水情況測(cè)定、密實(shí)程度測(cè)定以及其厚度測(cè)定。就目前發(fā)展趨勢(shì)而言，由于該檢測(cè)方法具有高分辨率、高抗干擾能力以及低資源消耗等特點(diǎn)，其應(yīng)用范圍十分廣泛。

1.4 無損傷檢測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

近年來，無損傷檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)得到飛速發(fā)展，并已逐步應(yīng)用到橋梁工程的質(zhì)量安全檢測(cè)之中，且取得了較好的效果。與此同時(shí)，其亦存在諸多不足，為解決其所存在的問題，使得其能得到進(jìn)一步完善和發(fā)展，目前已從多個(gè)方面著手對(duì)無損檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，主要分為以下方面：①在實(shí)際無損檢測(cè)的過程中，僅可初步對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部進(jìn)行定性化表征，難以實(shí)現(xiàn)其三維可視化定量化分析，因此，在無損檢測(cè)技術(shù)后續(xù)發(fā)展過程中，其精度的提升以及三維可視化技術(shù)仍有待進(jìn)一步發(fā)展；②通常而言，在針對(duì)某一特定橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)過程中，其檢測(cè)識(shí)別時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，并將同時(shí)耗費(fèi)大量的人力、物力資源，針對(duì)該問題，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期遠(yuǎn)程檢測(cè)可作為一種有效解決手段；③一般而言，針對(duì)橋梁工程進(jìn)行檢測(cè)作業(yè)往往在其服役后期進(jìn)行，基于此，有必要將損傷檢測(cè)進(jìn)一步引入到橋梁設(shè)計(jì)以及施工過程中，以確保其工程質(zhì)量以及工程安全性的提升；④由于檢測(cè)方式和相關(guān)理論自身的限制，使得現(xiàn)有無損檢測(cè)技術(shù)識(shí)別精度較大且其復(fù)現(xiàn)性較差，因此，在此技術(shù)上，應(yīng)當(dāng)從現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，對(duì)其檢測(cè)理論、檢測(cè)設(shè)備以及檢測(cè)方法進(jìn)行全方位更新。

2 損傷評(píng)估方式

2.1 結(jié)構(gòu)表觀及材料檢測(cè)評(píng)估

采用各類別方式對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)后，需進(jìn)一步利用檢測(cè)結(jié)果對(duì)其進(jìn)行評(píng)估處理，在整個(gè)評(píng)估體系中，需從兩個(gè)方面對(duì)整體橋梁結(jié)構(gòu)損傷特征進(jìn)行評(píng)價(jià)。首先，應(yīng)著重對(duì)其結(jié)構(gòu)以及構(gòu)件表觀特征進(jìn)行評(píng)定，主要應(yīng)側(cè)重于其表觀構(gòu)件尺寸、施工質(zhì)量以及裂縫發(fā)育情況等是否達(dá)到預(yù)期要求，橋梁結(jié)構(gòu)表觀裂隙對(duì)其結(jié)構(gòu)性能影響不容忽視，如圖2所示，因此，需著重進(jìn)行檢測(cè)。除此之外，不當(dāng)依據(jù)相關(guān)規(guī)定對(duì)其結(jié)構(gòu)表觀進(jìn)行質(zhì)量等級(jí)進(jìn)行定量化表征。除此之外，還應(yīng)當(dāng)針對(duì)其建筑所用材料進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)評(píng)估，除測(cè)定其質(zhì)量等級(jí)是否符合預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)外，還應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行微觀損傷檢測(cè)，針對(duì)鋼筋混凝土類橋梁而言，應(yīng)對(duì)其所使用混凝土材料以及所采用鋼筋質(zhì)量等級(jí)、耐久性特征等基礎(chǔ)力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，后應(yīng)對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)致的測(cè)定。

圖2 橋臺(tái)裂縫

2.2 特征結(jié)構(gòu)性參數(shù)評(píng)估

經(jīng)由上述表觀及材料檢測(cè)評(píng)估后，需著重對(duì)其構(gòu)件內(nèi)部缺陷發(fā)育情況進(jìn)行評(píng)定，應(yīng)著重對(duì)其裂隙發(fā)展位置、大小以及形狀進(jìn)行定量化測(cè)定。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步利用數(shù)值試驗(yàn)方法對(duì)橋梁整體結(jié)構(gòu)預(yù)期發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行評(píng)定。首先，需依據(jù)橋梁實(shí)際情況進(jìn)行數(shù)值模型構(gòu)建，并應(yīng)當(dāng)引入相關(guān)可表征橋梁結(jié)構(gòu)損傷的本構(gòu)模型，對(duì)其不同工況條件下橋梁結(jié)構(gòu)損傷情況進(jìn)行計(jì)算，以此獲取其相關(guān)損傷信息，進(jìn)一步以數(shù)值計(jì)算結(jié)果作為特征結(jié)構(gòu)性參數(shù)對(duì)橋梁整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步評(píng)定。

3 結(jié) 語

橋梁檢測(cè)問題是橋梁工程中安全性和健康狀況評(píng)估的一個(gè)重要問題，為進(jìn)一步提升橋梁檢測(cè)效果，本文以無損檢測(cè)技術(shù)為依托，對(duì)其在橋梁工程的應(yīng)用現(xiàn)狀和前景作出簡(jiǎn)要分析，研究結(jié)果對(duì)橋梁工程安全評(píng)估具有一定的指導(dǎo)意義。橋梁檢測(cè)問題是橋梁工程中安全性和健康狀況評(píng)估的一個(gè)重要問題，為進(jìn)一步提升橋梁檢測(cè)效果，本文以無損檢測(cè)技術(shù)為依托，對(duì)其在橋梁工程的應(yīng)用現(xiàn)狀和前景作出簡(jiǎn)要分析，并在此基礎(chǔ)上，著重針對(duì)其損傷評(píng)估類別和方式進(jìn)行闡述，認(rèn)為需從兩個(gè)層次對(duì)最終橋梁結(jié)構(gòu)損傷情況進(jìn)行評(píng)估，研究結(jié)果對(duì)橋梁工程安全評(píng)估具有一定的指導(dǎo)意義。

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