基于無損檢測技術(shù)的橋梁檢測與損傷評估

羅 利

(廣東交科檢測有限公司，廣東 廣州 510550)

0 前 言

隨著我國道路橋梁、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，需針對其進行有效的質(zhì)量檢測[1-5]。目前，已有許多學(xué)者針對該問題進行了詳細研究，高懷志等[6]針對橋梁結(jié)構(gòu)檢測和評估技術(shù)及其應(yīng)用現(xiàn)狀進行了簡要分析，并針對目前所存在相關(guān)問題給出了應(yīng)對措施；李建波等[7]從公路橋梁檢測的角度出發(fā)，對橋梁檢測中荷載試驗應(yīng)用狀況進行了完備闡述，并以此為基礎(chǔ)，提出了橋梁結(jié)構(gòu)損傷狀態(tài)評估辦法；戴松等[8]則結(jié)合具體實際工程案例，對鋼筋混凝土橋梁的檢測過程以及其災(zāi)害評估進行了詳細論述；余加勇等[9]從智能檢測技術(shù)角度出發(fā)，對現(xiàn)有橋梁工程中的智能檢測技術(shù)做了簡要分析，并著重闡述了測量機器人在橋梁檢測中的應(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)在實際橋梁結(jié)構(gòu)損傷檢測中的應(yīng)用范圍和前景。

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

1 無損檢測技術(shù)在橋梁檢測中的應(yīng)用

1.1 超聲波檢測

超聲波檢測技術(shù)著重通過低頻率應(yīng)力波的反射對橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷進行檢測，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，由于其原理相對而言較為簡單，操作性較易，因此，其檢測效率相對較高。除上述所存在的顯著優(yōu)勢外，超聲波檢測技術(shù)亦存在諸多不可忽視的缺點，一般而言，由于該技術(shù)具有較為敏感的信息檢測能力，因此，其檢測結(jié)果十分容易受到外部因素干擾，進一步使得其檢測精度降低，從整體上影響檢測結(jié)果的準(zhǔn)備性。

圖1 超聲波檢測原理

1.2 光纖傳感檢測

光纖傳感檢測技術(shù)一般利用光纖對橋梁結(jié)構(gòu)中所存在的缺陷進行檢測和傳送，通過將其結(jié)構(gòu)特點直接轉(zhuǎn)換為光信號并進行直接傳送，可以十分直觀地對橋梁結(jié)構(gòu)進行檢測。相比較于一般檢測技術(shù)而言，該技術(shù)具有較多優(yōu)勢，其在作業(yè)過程中，具有較強的抗干擾能力，除此之外，由于傳感器自身的特點，其具有抵抗外部高應(yīng)力以及高腐蝕性的能力，在惡劣檢測環(huán)境之中，仍可取得精度相對較高的檢測結(jié)果。除此之外，在實際操作過程中，由于所采用的傳感器具有質(zhì)輕且體積小等特點，其實用性能較好，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 探地雷達檢測

探地雷達檢測是采用電磁脈沖波作為檢測手段對橋梁結(jié)構(gòu)特征進行檢測分析的一種方法，其檢測精度相對而言較好，并能對特定位置的裂縫信息進行定量化表征，可有效地獲取檢測點缺陷的形狀以及大小等具體信息。除此之外，其操作較為簡便，可認為該方法檢測效率較高，并且其抗干擾程度較好，在實際作業(yè)過程中，由于其技術(shù)優(yōu)勢的存在，可使得檢測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、道路橋梁的含水情況測定、密實程度測定以及其厚度測定。就目前發(fā)展趨勢而言，由于該檢測方法具有高分辨率、高抗干擾能力以及低資源消耗等特點，其應(yīng)用范圍十分廣泛。

1.4 無損傷檢測技術(shù)發(fā)展趨勢

近年來，無損傷檢測技術(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)量安全檢測之中，且取得了較好的效果。與此同時，其亦存在諸多不足，為解決其所存在的問題，使得其能得到進一步完善和發(fā)展，目前已從多個方面著手對無損檢測技術(shù)進行改進，主要分為以下方面：①在實際無損檢測的過程中，僅可初步對結(jié)構(gòu)內(nèi)部進行定性化表征，難以實現(xiàn)其三維可視化定量化分析，因此，在無損檢測技術(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)仍有待進一步發(fā)展；②通常而言，在針對某一特定橋梁結(jié)構(gòu)進行檢測過程中，其檢測識別時間相對較長，并將同時耗費大量的人力、物力資源，針對該問題，實現(xiàn)長期遠程檢測可作為一種有效解決手段；③一般而言，針對橋梁工程進行檢測作業(yè)往往在其服役后期進行，基于此，有必要將損傷檢測進一步引入到橋梁設(shè)計以及施工過程中，以確保其工程質(zhì)量以及工程安全性的提升；④由于檢測方式和相關(guān)理論自身的限制，使得現(xiàn)有無損檢測技術(shù)識別精度較大且其復(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)，對其檢測理論、檢測設(shè)備以及檢測方法進行全方位更新。

2 損傷評估方式

2.1 結(jié)構(gòu)表觀及材料檢測評估

采用各類別方式對橋梁結(jié)構(gòu)進行檢測后，需進一步利用檢測結(jié)果對其進行評估處理，在整個評估體系中，需從兩個方面對整體橋梁結(jié)構(gòu)損傷特征進行評價。首先，應(yīng)著重對其結(jié)構(gòu)以及構(gòu)件表觀特征進行評定，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)育情況等是否達到預(yù)期要求，橋梁結(jié)構(gòu)表觀裂隙對其結(jié)構(gòu)性能影響不容忽視，如圖2所示，因此，需著重進行檢測。除此之外，不當(dāng)依據(jù)相關(guān)規(guī)定對其結(jié)構(gòu)表觀進行質(zhì)量等級進行定量化表征。除此之外，還應(yīng)當(dāng)針對其建筑所用材料進行質(zhì)量檢測評估，除測定其質(zhì)量等級是否符合預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)外，還應(yīng)當(dāng)對其進行微觀損傷檢測，針對鋼筋混凝土類橋梁而言，應(yīng)對其所使用混凝土材料以及所采用鋼筋質(zhì)量等級、耐久性特征等基礎(chǔ)力學(xué)指標(biāo)進行測定，后應(yīng)對其微觀結(jié)構(gòu)特征進行進一步細致的測定。

圖2 橋臺裂縫

2.2 特征結(jié)構(gòu)性參數(shù)評估

經(jīng)由上述表觀及材料檢測評估后，需著重對其構(gòu)件內(nèi)部缺陷發(fā)育情況進行評定，應(yīng)著重對其裂隙發(fā)展位置、大小以及形狀進行定量化測定。在此基礎(chǔ)上，進一步利用數(shù)值試驗方法對橋梁整體結(jié)構(gòu)預(yù)期發(fā)展?fàn)顩r進行評定。首先，需依據(jù)橋梁實際情況進行數(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，對其不同工況條件下橋梁結(jié)構(gòu)損傷情況進行計算，以此獲取其相關(guān)損傷信息，進一步以數(shù)值計算結(jié)果作為特征結(jié)構(gòu)性參數(shù)對橋梁整體結(jié)構(gòu)進行進一步評定。

3 結(jié) 語

橋梁檢測問題是橋梁工程中安全性和健康狀況評估的一個重要問題，為進一步提升橋梁檢測效果，本文以無損檢測技術(shù)為依托，對其在橋梁工程的應(yīng)用現(xiàn)狀和前景作出簡要分析，研究結(jié)果對橋梁工程安全評估具有一定的指導(dǎo)意義。橋梁檢測問題是橋梁工程中安全性和健康狀況評估的一個重要問題，為進一步提升橋梁檢測效果，本文以無損檢測技術(shù)為依托，對其在橋梁工程的應(yīng)用現(xiàn)狀和前景作出簡要分析，并在此基礎(chǔ)上，著重針對其損傷評估類別和方式進行闡述，認為需從兩個層次對最終橋梁結(jié)構(gòu)損傷情況進行評估，研究結(jié)果對橋梁工程安全評估具有一定的指導(dǎo)意義。

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