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加强桥梁检测确保桥梁安全

发布时间:2019-02-02 09:54

  【摘要】梁的结构和构件在长期的自然环境和外界荷载作用下,内部结构会产生一定程度的损坏、老化等现象。所导致的一系列桥梁安全事故的频繁发生,更使桥梁无损检测技术的研究工作显得越来越重要。为此,本文通过介绍现阶段桥梁无损检测技术的研究工作及其取得的最新进展,探究了桥梁无损检测技术的现状,以期能够给予广大人员在研究桥梁无损检测技术方面一些参考和帮助。


  【关键词】桥梁;无损检测技术;发展


  1桥梁无损检测技术的形成与发展情况


  桥梁无损检测是指在不破坏桥梁结构和性能的基础上,通过测定桥梁工程的某些物理量,以此判断其结构和构件性能的检测方法。从当前来看,由于现代材料学、应用物理学等现代科学领域的发展,为桥梁无损检测技术打下了坚实的基础。同时,随着现代电子通信技术以及计算机网络技术的蓬勃发展,为现阶段的桥梁无损检测技术提供了必要的新型测试工具。


  从桥梁无损检测技术的形成与发展来看,桥梁无损检测技术与混凝土无损检测技术有着极为密切的关系。混凝土无损检测技术,从20世纪30年代发展至今,先后经历了表面压痕技术、共振测量技术、超声波脉冲检测技术等重要技术,促使混凝土工程逐渐形成了一个较为完整的无损检测体系。同时,也让混凝土无损检测技术在此发展过程中,有了更为重要的技术基础。桥梁无损检测技术由此而形成并获得发展。特别是在新形势的冲击下,桥梁无损检测技术先后研发出了微波吸收、雷达扫描、红外热谱,以及脉冲回波等先进技术。随着桥梁无损检测技术的发展和逐渐成熟,当前无损检测技术标准主要有美国的ASTM、英国的BSI等颁布的标准。在规范桥梁无损检测技术的应用上,这些现有标准起着很好的推动作用。新时期下的桥梁无损检测技术正朝着智能化、自动化、系统化的方向转变。


  2桥梁无损检测技术的应用内涵


  桥梁无损检测技术的研发及发展应用,在评定桥梁既有结构损伤等检测工作上,越来越显示出其重要性。一般来说,桥梁无损检测技术在桥梁工程的检测工作中主要与以下几个方面有关:


  1)桥梁主体材料及其结构特性方面;2)能够准确反映桥梁整体及其局部性能的物理量,以及各物理量之间存在的函数关系;3)桥梁检测过程、方式和桥梁检测仪器设备的更新。作为一个涵盖多种材料,并由各种复杂结构组合而成的大型综合系统,桥梁工程需要考虑到整体系统的成分、应力情况、易损性、刚度、动力等多种特性,检测范围既广泛又复杂。为了便于无损检测技术发挥出对桥梁整体结构状况和局部构件的损伤情况的识别能力,大多数时候人们是采取分类探讨的方式进行的。目前,现有的分类标准大概有神经网络法、层次分析法等几种。


  此外,在桥梁损伤的识别上,一般桥梁的损伤主要有两大类,即材料损伤和结构受力损伤。就材料损伤来讲,最常见的材料损伤主要发生在钢筋和混凝土材料两方面。当桥梁的工作性质受到影响,或是桥梁的受力状况发生改变,会对桥梁的施工材料造成不同程度上的疲劳损伤、钢筋锈蚀等,导致桥梁材料损伤。无损检测技术重点在于对这方面的桥梁损伤的识别上。一方面,在桥梁工程中主要使用的混凝土材料中,通常在投入使用前,混凝土构件由于在凝结与硬化的过程中,会发生水泥干缩现象,致使在混凝土内部较大的骨料颗粒、砂浆以及水泥接触面等方面首先产生微裂缝。另一方面,在桥梁工程使用的钢筋材料中,受到冶炼阶段的某些杂质影响,在微观上会对钢材的连续性造成破坏,甚至可能会形成钢材锈蚀的阳极,导致钢材电化腐蚀。此外,受焊缝微裂缝、焊接残余应力等因素影响,在混凝土梁主筋等部位,会由于结构受力而致使应力集中,首先引发桥梁损伤。就桥梁结构受力来讲,通常桥梁在使用期间,会受到各种环境、内部结构因素的影响而导致结构受力损伤,包括使用荷载、超常荷载、偶发荷载,以及日照、温差、风雪等因素造成的损伤。一般表现为桥梁构件抗力退化、疲劳退化、强度退化等。除此之外,在结构基础沉降、构件预应力损失等因素的影响下导致的桥梁应力重分布,以及其他不确定性因素(例如大型悬挂体系结构的温度应力、风致振动等),都会导致桥梁的结构受力损伤。


  3现阶段桥梁无损检测技术的研究情况


  1)现阶段无损检测技术的研究工作。


  在以往的桥梁检测技术中,通常是采取动静载试验、目测、混凝土硬度试验、超声波探测和腐蚀作用试验等几种桥梁检测技术。其中,静载试验往往用于测试桥梁的挠度和应变,并结合相关的检测专家的目测,来达到综合评定桥梁状况的作用。同时,在对桥梁裂纹的检测过程中,最常用到的无损检测技术包括液体渗透方法、磁分子方法、涡流仪方法和超声波技术,以及声发射技术等几种。在对钢桥体积损伤的检测过程中,可以采用X射线摄像的方式,探测其中存在的缺陷。在对混凝土桥的检测过程中,可以采用荷载试验与模态分析的方式探测其整体结构,采用超声波技术、冲击反射技术、磁电阻抗技术、锈蚀势能技术和远红外热像技术,以及地面渗透雷达和x射线摄像方法等,对桥梁的局部构造进行检测。


  此外,现阶段的桥梁无损检测技术,还包括激光雷达检测法、全系干涉仪检测法、激光斑纹检测法、双波长远红外成像检测法和磁漏摄动检测法等。广泛应用于桥梁下部结构挠度、表面变形状况、混凝土层损伤程度,以及钢索、钢梁及混凝土内部钢筋等各个方面的检测工作上。


  2)现阶段研究无损检测技术的工作进展。


  近年来,随着桥梁无损检测技术的研究工作不断深入和发展,在振动测试数据的检测技术上获得了更加充分的发展。在建立桥梁结构动力模型的基础上,结合使用振动测试数据对桥梁模型的参数进行修正,能够更为直观、全面地反映该技术在桥梁损伤上的识别能力。在对振动模态分析检测技术的研究工作上,结构的动力响应能够起到度量桥梁整体状况的作用。在桥梁结构的质量、刚度及其阻尼特性改变时,以桥梁结构振动模态作为研究的权数,并采用模态前后的变化量对桥梁结构损伤实行加权处理,很大程度上有利于识别和定位结构单元损伤。从现阶段研究无损检测技术取得的工作进展来看,美国联邦启动的公路桥梁无损检测技术的研究项目,比以往无损检测技术的研究工作,涉及到更多的先进技术,研究课题相对较为广泛,研究与开发计划要更为大型。主要包括了桥面板检测系统、桥梁测试及健康监视系统、疲劳裂纹探测及评估磁铁方法、锈蚀探测及评估技术、强迫振动响应法和激光振动计测量法等几种。


  a.桥面板检测系统。包括双带远红外热成像系统、地面渗透雷达等在内。双带远红外热成像系统通过借助两种不同的红外波长,实现对桥面板的裸露混凝土、沥青覆盖的混凝土剥落情况等同时检测。地面渗透雷达则是通过借助脉冲雷达、人工光栅技术和信号处理与成像的方式,构建二维和三维的桥面板内部图像。


  b.桥梁测试及健康监视系统。该系统通过发送无线电进行全桥监测,并采用GPS对桥梁变形进行测量,以及用TRIP钢传感器监测桥梁超载等情况,起到对桥梁的整体测试以及监视桥梁健康的重要作用。


  c.疲劳裂纹探测及评估磁铁方法。该系统主要由新型超声波及磁分析仪系统、热成像系统、便携式声发射系统、无线应变测量系统、微波探测及定量分析,以及无源疲劳荷载测量设备、电磁一声发射传感器等构成。能够更好地实现对桥梁裂纹的检测。


  d.锈蚀探测及评估技术。主要包括磁漏探测技术、探测先张法压浆空隙的冲击一反射系统、埋入式锈蚀微传感器,以及磁测量系统等在内。


  e.强迫振动响应法和激光振动计测量法。在该项目研究上,主要是用于对桥梁下部结构的评估,以及对斜拉索索力的测量及无损检测上。本文来自《世界桥梁》杂志

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