淺論公路橋梁試驗檢測技術

橋梁在一個國家的交通運輸和經濟發(fā)展中占有重要位置。公路橋梁作為連接公路的紐帶與咽喉，對周邊地區(qū)的經濟發(fā)展起著十分顯著的作用。相比于其他基礎設施而言，公路橋梁造價相對較高、投資較大，社會效益影響巨大。因此，人們總是采取各種措施，千方百計地確保其工程質量，希望始終使其處于良好的工作狀態(tài)，而橋粱的試驗檢測工作則是保證橋梁安壘運營的重要手段。

1、橋梁檢測的背景

橋粱在長期的使用過程中難免會發(fā)生各種結構損傷。損傷的原因可以是使用、維護不當、車禍事故等人為因素，也可能是地震、風暴等自然災害。此外某些要道上交通量以大大高于預測流量的速度猛增也加劇了橋梁結構的自然老化。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。而這些維修、改造和加固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的進行。

2、橋梁檢測的特點

在目的方面，傳統(tǒng)橋梁檢測往往僅是為了確定橋梁的損傷狀況，最多是在一定程度上對橋梁的繼續(xù)工作能力提出評價。然而橋梁健康檢測不僅獲得橋梁的損傷狀況或健康狀況，而且利用其智能系統(tǒng)中開放的數(shù)據(jù)庫的數(shù)字化參數(shù)積累，對已用的橋粱設計理論提供長期的、及時的由足尺寸真實構件在真實環(huán)境下結構響應為基礎的設計驗證，繼而為研究發(fā)展橋梁理論提供低成本高效率的“試驗”支持。以橋梁健康檢測作為設計的驗證具有前所未有的優(yōu)越性，它比較模型試驗而言。成本低，模型就是已有的橋梁，省去了模型制作費用;效果真實，完全的足尺寸.真實的環(huán)境.真實的載荷，數(shù)據(jù)的采集具有長期性，只要橋梁“健在”，數(shù)據(jù)就可以長期地收集下去。

在實現(xiàn)的手段方面，傳統(tǒng)橋梁檢測的手段雖然有很大發(fā)展并且日趨成熟，但對這些手段的應用往往是孤立的、被動的。橋梁健康檢測通過現(xiàn)代的傳感與通信技術的運用使得橋梁健康檢測智能系統(tǒng)像人的神經系統(tǒng)將人體各部分協(xié)調起來一樣，將各種檢測手段通過計算機系統(tǒng)有機地組合在一起，利用內部數(shù)據(jù)庫和信號軟件接口實現(xiàn)參數(shù)的采集和存放，并借助于瑚代通信寬帶的不斷拓寬和高速高容量的計算機系統(tǒng)可以實現(xiàn)異地數(shù)據(jù)采集，便捷、準確、安全。在發(fā)展趨勢方面，橋梁健康檢測取代傳統(tǒng)的橋梁檢測已是大勢所趨。橋粱健康檢測可以為業(yè)主提供更加準確和全面的檢測評定，而且可為設計人員提供前所未有的設計驗證資料和理論研究依據(jù)。

3、常見的橋梁檢測技術

3.1 聲探測技術。聲探測技術主要包括超聲波探測技術、聲發(fā)散檢測技術和沖擊一回聲檢測技術。聲探測技術是目前發(fā)展最迅速的無損檢測。超聲波探測技術的基本原理是:超聲波能夠以一定的速度在某種材料中傳播，直至達到不連續(xù)點或抵達測試物的邊界時才反射回來。超聲波探測技術即利用聲脈沖在缺陷處發(fā)生特性變化的原理來進行檢測。聲發(fā)散技術的基本原理是:大多數(shù)結構材料在受力后出現(xiàn)諸如塑性變形、裂紋開裂、裂紋開展等微結構損傷時，就以聲波的形式釋放能量。它的優(yōu)點是可以對處干荷載作用狀態(tài)下的橋梁結構的內部材料和結構變化進行穩(wěn)定的監(jiān)視、并給出早期報警。沖擊——回聲是根據(jù)應力波能夠在材料中傳播的原理設計的，基本的測試方法和超聲波相似。應力波可以通過以下兩種方法產生:使用轉換器產生的應力波稱為脈沖——回聲法，使用機械沖擊器產生應力波稱為沖擊一回聲法。它同樣可以通過應力渡的強度和發(fā)生時間測定缺陷的程度和位置。

3.2 電磁渡探測技術。電磁探測技術主要包括探地雷達技術和渦流檢測技術。探地雷達是利用電磁脈沖波發(fā)射原理來實現(xiàn)探測目的，它是利用超高頻短脈沖(106-109H z)電磁渡探測地下介質分布的一種地球物理勘探方法。探地雷達是軍用技術民用化的典型代表，已經在建筑物、橋梁和其他結構評估中廣泛使用。其基本原理是將雷達脈沖傳進被檢測材料，然后測量材料表面的反射量確定損傷。在橋梁無損中的典型應用如混凝土中的鋼筋和孔道的定位以及缺陷和疲勞探測等。渦流的基本原理為電磁感應，主要應用于檢測表面損傷。當檢測線圈與導電材料的構件表面靠近，并通以交流電時，所產生的交變磁場將在構件表層產生感應電流，呈環(huán)形渦流狀。電渦流的大小與分布受構件材料介質和表層缺陷的影響，根據(jù)所測電渦流的變化量，就可以判定材料表層的缺陷怕況。

3.3 光纖傳感器檢測技術。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。由于光纖不僅可以作為光波的傳播媒質.而且光波在光纖中傳播時表征光波的特征參量(振幅、相位，偏振態(tài)、波長等)，因外界因素(如溫度、壓力、應變、磁場、電場、位移、轉動等)的作用而間接或直接的發(fā)生變化，從而可將光纖用作傳感元件來探測各種物理量。這就是光纖傳感器的基本原理。光纖傳感器可從光纖的作用、信號調制方式及被測對象等不同角度分類。從光纖作用角度可分為非功能型傳感器和功能型傳感器。非功能型傳感器中光纖僅起到傳光的作用，而功能型傳感器中光纖既起到傳光的作用又起到傳感的作用。目前開發(fā)的高精度、高分辨率及結構小型化的傳感器多以功能型傳感器為主。若從光信號調制方式角度分類則有光強調制型，相位調制型及偏振調制型。其中光強調制型在一般工程測量中因結構簡單、測量范圍大而應用較廣。而在對測量精度要求較高的場所中則采用相位和偏振調制。隨著科學技術的高速發(fā)展，對傳感器的精度、穩(wěn)定性及小型化的要求越來越高。因此相位調制型及偏振調制型傳感器是目前研究和開發(fā)的主要對象。目前應用橋梁檢測中的光纖傳感器主要是相位調制型。

3.4 紅外熱像儀檢測技術。紅外熱像儀檢測技術的原理在于幾乎所有的材料都會吸收很廣范圍的紅外線的波，而引起物體溫度的升高。而物體只要高于絕對零度都會發(fā)射紅外線。對橋梁的檢測就是當橋梁中有縫隙或損傷的時候，發(fā)出的紅外線與周圍的不一致，所以可以依靠紅外線成像的原理來檢測橋梁的損傷。簡單的說紅外熱像檢測技術就是依據(jù)物體的紅外輻射——表面溫度——材料特性三者間的內在關系，借助紅外熱像儀把來自目標的紅外輻射轉變?yōu)榭梢姷臒釄D像，通過熱圖像特征分析，直觀地了解物體的表面溫度分布，進而達到推斷混凝土粱內部結構和表面狀態(tài)的目的。紅外熱像儀檢測技術可以非接觸的測量，更具有快速便捷、穩(wěn)定性較高、設備輕便、后處理靈活的特點。不過熱成像圖雖然可以很好的反映溫度的信息，但是影響物體溫度的變量是相當多的，尤其天氣的變化是一個很重要的原因，相關的改善措施還在摸索階段。