橋梁檢測(cè)技術(shù)研究

潘 理

隨著我國公路、市政橋梁事業(yè)的發(fā)展,新建高速公路及市政橋梁越來越多,同時(shí)既有的許多橋梁亦逐漸進(jìn)入了養(yǎng)護(hù)維修階段,橋梁管理者對(duì)橋梁的養(yǎng)護(hù)已日益重視。

通過對(duì)橋梁的全面檢測(cè),系統(tǒng)地收集當(dāng)前橋梁技術(shù)數(shù)據(jù),積累技術(shù)資料,為充實(shí)橋梁數(shù)據(jù)庫、加強(qiáng)橋梁科學(xué)管理和提高橋梁技術(shù)水平提供必要條件;通過合理設(shè)計(jì)檢測(cè)的方法,輔以布設(shè)長期監(jiān)測(cè)設(shè)備,逐步建立橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng),確保橋梁長期安全運(yùn)營,以發(fā)揮其最佳經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 現(xiàn)行橋梁承載力檢測(cè)方法

目前對(duì)于橋梁承載力的評(píng)定可分為4類:病害調(diào)查經(jīng)驗(yàn)評(píng)定法,綜合分析法,分析計(jì)算法,荷載試驗(yàn)法。

1.1 病害調(diào)查經(jīng)驗(yàn)評(píng)定法

這一方法的主要依據(jù)是JTJ 073-96公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范。在橋梁檢查的基礎(chǔ)上,通過對(duì)橋梁的技術(shù)狀況及缺陷和損傷的性質(zhì)、部位、嚴(yán)重程度和發(fā)展趨勢(shì)的調(diào)查,弄清出現(xiàn)缺陷和損傷的主要原因,分析和評(píng)價(jià)既存缺陷及損傷對(duì)橋梁質(zhì)量和使用承載能力的影響,并為橋梁維修和加固設(shè)計(jì)提供可靠的技術(shù)數(shù)據(jù)和依據(jù)。這種方法要求現(xiàn)場(chǎng)檢查人員必須具有豐富的工程經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)。

1.2 綜合分析法

此方法是在橋梁檢查的基礎(chǔ)上,采用無破損方式測(cè)定混凝土強(qiáng)度、混凝土碳化深度、混凝土氯離子含量、混凝土電阻率、鋼筋混凝土保護(hù)層厚度和結(jié)構(gòu)混凝土中鋼筋銹蝕狀況,進(jìn)行折減后的結(jié)構(gòu)承載力驗(yàn)算,綜合分析計(jì)算結(jié)果和結(jié)構(gòu)裂縫等外觀條件,評(píng)定結(jié)構(gòu)材料狀況。

1.3 分析計(jì)算法

首先對(duì)被檢定的橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查(收集資料、現(xiàn)狀檢查、材質(zhì)與地基的檢驗(yàn)等),然后將檢查所得的有關(guān)資料和檢驗(yàn)測(cè)量結(jié)果,運(yùn)用橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算理論及有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算,從而評(píng)定出橋梁的安全承載能力。分析計(jì)算法又分為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)折算和理論計(jì)算兩種做法。經(jīng)驗(yàn)系數(shù)折算法是以橋梁原有設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為基礎(chǔ),同時(shí)考慮橋梁損壞程度、材料老化程度、橋面行駛條件、實(shí)際交通情況、橋梁建造使用期限等因素,經(jīng)過廣泛的調(diào)查研究確定出各項(xiàng)對(duì)應(yīng)的系數(shù),從而折算出橋梁安全承載力。理論計(jì)算法是當(dāng)原橋荷載等級(jí)不清楚或上述的各種系數(shù)較難確定時(shí),應(yīng)用結(jié)構(gòu)計(jì)算理論,估算出橋梁結(jié)構(gòu)可能承受的最大外力(如彎矩);然后,再與實(shí)際檢定的荷載相比較,從而判定出橋梁安全承載力的方法。此法應(yīng)注意的問題是:荷載計(jì)算應(yīng)根據(jù)實(shí)際荷載,即采用需通過的荷載等級(jí)進(jìn)行驗(yàn)算;材料強(qiáng)度以實(shí)測(cè)結(jié)果為準(zhǔn),應(yīng)正確地把結(jié)構(gòu)的缺陷估計(jì)到計(jì)算中去。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)特別是鋼筋混凝土有限元理論的發(fā)展,有限元計(jì)算法引起了各國學(xué)者的重視。編制有限元計(jì)算程序或采用通用的有限元分析軟件,用計(jì)算機(jī)模擬實(shí)際橋梁的荷載試驗(yàn),計(jì)算橋梁的實(shí)際承載力,評(píng)定步驟如下:1)橋梁調(diào)查;2)確定加載形式并劃分單元;3)分級(jí)加載計(jì)算;4)評(píng)定承載力。

1.4 荷載試驗(yàn)法

橋梁結(jié)構(gòu)荷載試驗(yàn)是對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)物工作狀態(tài)進(jìn)行直接測(cè)試的一種檢定手段,是對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)性能最直觀、最可靠的檢測(cè)方法,按施加荷載的類型可分為靜載試驗(yàn)和動(dòng)載試驗(yàn),我國在這方面有成熟的方法和標(biāo)準(zhǔn)。橋梁結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)是按照橋梁的設(shè)計(jì)荷載等級(jí),根據(jù)荷載的最不利位置布置靜載(通常是載重汽車),或者根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的控制內(nèi)力確定荷載及其位置,對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行加載,靜載試驗(yàn)的加載量一般為設(shè)計(jì)荷載的0.8倍～1.0倍,試驗(yàn)前應(yīng)先進(jìn)行估算。

橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)載試驗(yàn)采用車輛通過、沖擊或環(huán)境激振等加荷方式,通過采集設(shè)備獲得橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào),對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理得到橋梁結(jié)構(gòu)的頻率、模態(tài)等動(dòng)力特性,進(jìn)而得到橋梁結(jié)構(gòu)特性。對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)施加荷載(靜載或動(dòng)載),通過相應(yīng)的儀器設(shè)備獲得橋梁結(jié)構(gòu)的響應(yīng),可以根據(jù)這些響應(yīng)進(jìn)行分析,得到橋梁結(jié)構(gòu)的性能參數(shù),通過這些參數(shù)的變化,對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷識(shí)別與性能評(píng)價(jià)。

基于結(jié)構(gòu)靜態(tài)響應(yīng),進(jìn)行損傷識(shí)別主要有系統(tǒng)識(shí)別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法,其中系統(tǒng)識(shí)別方法更為實(shí)用。

橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)損傷識(shí)別在理論上被大家認(rèn)可的是融合振動(dòng)理論、振動(dòng)測(cè)試技術(shù)、信號(hào)采集與分析等跨學(xué)科技術(shù)的試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法,其識(shí)別方法有系統(tǒng)識(shí)別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等,系統(tǒng)識(shí)別方法的分析概念和分析過程同靜力響應(yīng)損傷識(shí)別,其中主要是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法。橋梁動(dòng)力特性測(cè)試簡(jiǎn)便易行,對(duì)測(cè)試條件要求少,因而被認(rèn)為是在橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別領(lǐng)域最有前途的橋梁無損檢測(cè)技術(shù)。

2 橋梁檢測(cè)新技術(shù)

1)基于GPRS實(shí)現(xiàn)橋梁檢測(cè)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。早期的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)是利用專線或?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò),將設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)和控制中心連接起來,傳感器采集到的狀態(tài)信息按照一定的協(xié)議傳送給控制中心。這種方式自成系統(tǒng),數(shù)據(jù)傳送快、安全,缺點(diǎn)是需要單獨(dú)布設(shè)通信線路,當(dāng)距離很遠(yuǎn)時(shí),將大大增加工程的成本。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展、公用通信網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步完善,利用GPRS來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸已成為一種非常便捷的信息傳遞手段而應(yīng)用于遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)技術(shù)中。2)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在橋梁檢測(cè)中的應(yīng)用。在實(shí)際橋梁檢測(cè)過程中,要隨時(shí)知道橋梁的受力情況是很難做到的,不僅要耗費(fèi)巨大的人力、物力,而且在測(cè)量過程中,由于測(cè)量人員在技術(shù)上的差異性以及在繁重工作下引發(fā)的疲勞性,必然會(huì)在檢測(cè)結(jié)果中引入較大的人為誤差。如果使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法構(gòu)造BP模型,在橋梁結(jié)構(gòu)受力之間建立映射關(guān)系,在實(shí)際的橋梁檢測(cè)過程中,只需要對(duì)部分橋索受力情況進(jìn)行實(shí)地檢測(cè),通過BP模型的映射,就可以得到其余橋索受力值。3)數(shù)字圖像處理技術(shù)在橋梁檢測(cè)中的應(yīng)用。圖像測(cè)量技術(shù)是近年來在測(cè)量領(lǐng)域中形成的新的測(cè)量技術(shù)。所謂圖像測(cè)量就是測(cè)量被測(cè)對(duì)象時(shí),把圖像當(dāng)作檢測(cè)和傳遞信息的手段或載體加以利用的測(cè)量方法,其目的是從圖像中提取有用的信號(hào)。這就避免了人工檢測(cè)中存在的效率低、速度慢、重復(fù)可比性差、環(huán)境局限性大等弊端。而且,對(duì)于那些在檢測(cè)人員所能觸及到的范圍以外的情況,通過傳統(tǒng)方法量測(cè),其難度和危險(xiǎn)性是相當(dāng)大的,且可能測(cè)不準(zhǔn)。4)光纖應(yīng)變傳感器測(cè)試系統(tǒng)在橋梁檢測(cè)中的應(yīng)用。在橋梁工程中常用的無損檢測(cè)方法是應(yīng)變片電測(cè)技術(shù),但常規(guī)電阻應(yīng)變片的測(cè)試結(jié)果受溫度、濕度、導(dǎo)線長短等環(huán)境因素的影響很大。光纖傳感器是近10多年來迅速發(fā)展的一種新型傳感器,由于它不僅具有非導(dǎo)電性、體積小、抗電磁干擾強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),而且能實(shí)時(shí)對(duì)一維連續(xù)空間作多點(diǎn)測(cè)量,因而能對(duì)許多大型設(shè)備或物體(如發(fā)電機(jī)組、智能大廈等)進(jìn)行實(shí)時(shí)多點(diǎn)監(jiān)測(cè)。采用光纖傳感器測(cè)試系統(tǒng)既大大降低了單點(diǎn)檢測(cè)成本,又消除了檢測(cè)盲區(qū)。5)新型橋梁檢測(cè)設(shè)備研制。新型橋梁檢測(cè)設(shè)備研制主要有:新型橋梁檢測(cè)車以及新型橋梁檢測(cè)平臺(tái)。這些先進(jìn)的檢測(cè)設(shè)備為橋梁工程檢測(cè)提供了有力的技術(shù)支持。

3 結(jié)語

橋梁檢測(cè)是一項(xiàng)復(fù)雜而細(xì)致的工作,不僅要求工作人員有豐富的實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn),而且同時(shí)需要堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)作為指導(dǎo)。只有把理論和實(shí)際充分結(jié)合起來,再加上指揮者與各試驗(yàn)人員之間的默契配合,才能做好檢測(cè)工作并取得滿意的數(shù)據(jù),也只有這樣才有可能做出準(zhǔn)確的評(píng)估。

[1] 潘松林,張紅陽.公路橋梁檢測(cè)概述[J].城市道橋與防洪,2003(5):5-8.

[2] 劉雪平.應(yīng)用于橋梁檢測(cè)中光纖應(yīng)變傳感器測(cè)試系統(tǒng)[J].安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2005,13(4):14-16.

[3] 曹 軍,金福寶.基于GPRS實(shí)現(xiàn)橋梁檢測(cè)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸[J].森林工程,2006,22(2):25-28.

[4] 齊 巖,盧德唐,晏忠良,等.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在橋梁檢測(cè)中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2003,39(28):227-229.

[5] 張萬軍,吳智玲.舊橋病害檢測(cè)和加固技術(shù)[J].山西建筑,2008,34(5):334-335.