橋梁檢測技術研究

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,同時既有的許多橋梁亦逐漸進入了養(yǎng)護維修階段,橋梁管理者對橋梁的養(yǎng)護已日益重視。

通過對橋梁的全面檢測,系統(tǒng)地收集當前橋梁技術數(shù)據(jù),積累技術資料,為充實橋梁數(shù)據(jù)庫、加強橋梁科學管理和提高橋梁技術水平提供必要條件;通過合理設計檢測的方法,輔以布設長期監(jiān)測設備,逐步建立橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng),確保橋梁長期安全運營,以發(fā)揮其最佳經(jīng)濟效益和社會效益。

1 現(xiàn)行橋梁承載力檢測方法

目前對于橋梁承載力的評定可分為4類:病害調查經(jīng)驗評定法,綜合分析法,分析計算法,荷載試驗法。

1.1 病害調查經(jīng)驗評定法

這一方法的主要依據(jù)是JTJ 073-96公路養(yǎng)護技術規(guī)范。在橋梁檢查的基礎上,通過對橋梁的技術狀況及缺陷和損傷的性質、部位、嚴重程度和發(fā)展趨勢的調查,弄清出現(xiàn)缺陷和損傷的主要原因,分析和評價既存缺陷及損傷對橋梁質量和使用承載能力的影響,并為橋梁維修和加固設計提供可靠的技術數(shù)據(jù)和依據(jù)。這種方法要求現(xiàn)場檢查人員必須具有豐富的工程經(jīng)驗和專業(yè)知識。

1.2 綜合分析法

此方法是在橋梁檢查的基礎上,采用無破損方式測定混凝土強度、混凝土碳化深度、混凝土氯離子含量、混凝土電阻率、鋼筋混凝土保護層厚度和結構混凝土中鋼筋銹蝕狀況,進行折減后的結構承載力驗算,綜合分析計算結果和結構裂縫等外觀條件,評定結構材料狀況。

1.3 分析計算法

首先對被檢定的橋梁結構進行檢查(收集資料、現(xiàn)狀檢查、材質與地基的檢驗等),然后將檢查所得的有關資料和檢驗測量結果,運用橋梁結構計算理論及有關的經(jīng)驗系數(shù)進行分析計算,從而評定出橋梁的安全承載能力。分析計算法又分為經(jīng)驗系數(shù)折算和理論計算兩種做法。經(jīng)驗系數(shù)折算法是以橋梁原有設計荷載等級為基礎,同時考慮橋梁損壞程度、材料老化程度、橋面行駛條件、實際交通情況、橋梁建造使用期限等因素,經(jīng)過廣泛的調查研究確定出各項對應的系數(shù),從而折算出橋梁安全承載力。理論計算法是當原橋荷載等級不清楚或上述的各種系數(shù)較難確定時,應用結構計算理論,估算出橋梁結構可能承受的最大外力(如彎矩);然后,再與實際檢定的荷載相比較,從而判定出橋梁安全承載力的方法。此法應注意的問題是:荷載計算應根據(jù)實際荷載,即采用需通過的荷載等級進行驗算;材料強度以實測結果為準,應正確地把結構的缺陷估計到計算中去。

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

1.4 荷載試驗法

橋梁結構荷載試驗是對橋梁結構物工作狀態(tài)進行直接測試的一種檢定手段,是對橋梁結構性能最直觀、最可靠的檢測方法,按施加荷載的類型可分為靜載試驗和動載試驗,我國在這方面有成熟的方法和標準。橋梁結構靜載試驗是按照橋梁的設計荷載等級,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)橋梁結構的控制內(nèi)力確定荷載及其位置,對橋梁結構進行加載,靜載試驗的加載量一般為設計荷載的0.8倍～1.0倍,試驗前應先進行估算。

橋梁結構動載試驗采用車輛通過、沖擊或環(huán)境激振等加荷方式,通過采集設備獲得橋梁結構的振動響應信號,對這些信號進行處理得到橋梁結構的頻率、模態(tài)等動力特性,進而得到橋梁結構特性。對橋梁結構施加荷載(靜載或動載),通過相應的儀器設備獲得橋梁結構的響應,可以根據(jù)這些響應進行分析,得到橋梁結構的性能參數(shù),通過這些參數(shù)的變化,對橋梁結構進行損傷識別與性能評價。

基于結構靜態(tài)響應,進行損傷識別主要有系統(tǒng)識別、神經(jīng)網(wǎng)絡等方法,其中系統(tǒng)識別方法更為實用。

橋梁結構動力響應損傷識別在理論上被大家認可的是融合振動理論、振動測試技術、信號采集與分析等跨學科技術的試驗模態(tài)分析法,其識別方法有系統(tǒng)識別、神經(jīng)網(wǎng)絡、遺傳算法等,系統(tǒng)識別方法的分析概念和分析過程同靜力響應損傷識別,其中主要是神經(jīng)網(wǎng)絡方法。橋梁動力特性測試簡便易行,對測試條件要求少,因而被認為是在橋梁結構損傷識別領域最有前途的橋梁無損檢測技術。

2 橋梁檢測新技術

1)基于GPRS實現(xiàn)橋梁檢測遠程數(shù)據(jù)傳輸。早期的遠程監(jiān)測是利用專線或專用網(wǎng)絡,將設備現(xiàn)場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,缺點是需要單獨布設通信線路,當距離很遠時,將大大增加工程的成本。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的不斷發(fā)展、公用通信網(wǎng)絡的進一步完善,利用GPRS來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程傳輸已成為一種非常便捷的信息傳遞手段而應用于遠程監(jiān)測技術中。2)神經(jīng)網(wǎng)絡在橋梁檢測中的應用。在實際橋梁檢測過程中,要隨時知道橋梁的受力情況是很難做到的,不僅要耗費巨大的人力、物力,而且在測量過程中,由于測量人員在技術上的差異性以及在繁重工作下引發(fā)的疲勞性,必然會在檢測結果中引入較大的人為誤差。如果使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡方法構造BP模型,在橋梁結構受力之間建立映射關系,在實際的橋梁檢測過程中,只需要對部分橋索受力情況進行實地檢測,通過BP模型的映射,就可以得到其余橋索受力值。3)數(shù)字圖像處理技術在橋梁檢測中的應用。圖像測量技術是近年來在測量領域中形成的新的測量技術。所謂圖像測量就是測量被測對象時,把圖像當作檢測和傳遞信息的手段或載體加以利用的測量方法,其目的是從圖像中提取有用的信號。這就避免了人工檢測中存在的效率低、速度慢、重復可比性差、環(huán)境局限性大等弊端。而且,對于那些在檢測人員所能觸及到的范圍以外的情況,通過傳統(tǒng)方法量測,其難度和危險性是相當大的,且可能測不準。4)光纖應變傳感器測試系統(tǒng)在橋梁檢測中的應用。在橋梁工程中常用的無損檢測方法是應變片電測技術,但常規(guī)電阻應變片的測試結果受溫度、濕度、導線長短等環(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電性、體積小、抗電磁干擾強等優(yōu)點,而且能實時對一維連續(xù)空間作多點測量,因而能對許多大型設備或物體(如發(fā)電機組、智能大廈等)進行實時多點監(jiān)測。采用光纖傳感器測試系統(tǒng)既大大降低了單點檢測成本,又消除了檢測盲區(qū)。5)新型橋梁檢測設備研制。新型橋梁檢測設備研制主要有:新型橋梁檢測車以及新型橋梁檢測平臺。這些先進的檢測設備為橋梁工程檢測提供了有力的技術支持。

3 結語

橋梁檢測是一項復雜而細致的工作,不僅要求工作人員有豐富的實際現(xiàn)場經(jīng)驗,而且同時需要堅實的理論基礎作為指導。只有把理論和實際充分結合起來,再加上指揮者與各試驗人員之間的默契配合,才能做好檢測工作并取得滿意的數(shù)據(jù),也只有這樣才有可能做出準確的評估。

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