试论桥梁检测技术

试论桥梁检测技术

李爱容

李爱容（肇庆市公路工程总公司，广东肇庆526000）

摘要：桥梁检测是进行桥梁养护、维修与加固的前期工作，是决定维修与加固方案可行和正确与否的可靠基础。而且还能随时掌握结构的技术状况和安全状态，总结设计、施工、使用和维修的经验和教训，指导对桥梁的正确使用、管理和维修。

关键词：桥梁；检测；监测系统

1桥梁监测技术的适用性

在目前已建成或正在开发中的桥梁监测系统中，典型的监测项目有：

（1）环境和交通条件，如风、地面运动、交通荷载和温度等；

（2）桥梁整体状况，如基础沉降、变形、振动和索拉力等；

（3）桥梁局部状况，如应力场、局部缺陷和耐久性等。

1.1形变和变位

大跨度桥梁形变和变位监测的仪器主要有全站仪、GPS、液位计等。但是，从健康监测的要求出发，假如比较损伤所致的结构变位、仪器测量精度以及车辆等环境激励引起的桥梁变位，不难看出，从大桥的形变和变位测量结果来发现结构的损伤是非常困难的。

1.2应力和应变

振弦应变计和光纤光栅应变计是桥梁应力监测的常用设备。一般的损伤引起的应变变化与测量精度相当，但车辆等环境因素引起的应变比损伤引起的结构局部应变更大。

1.3索力

斜拉索索力测试的最可靠且实用的方法是振动频率法。对于大跨度斜拉桥的拉索，振动频率法的索力测量误差约为3％。新型的磁弹仪用于索力测试时误差为5％~15％。

1.4振动

在目前桥梁健康监测理论研究中，结构异常诊断和损伤识别方法主要依靠于振动信息。由于斜拉桥整体低频振动的空间波长通常远远大于损伤所蔓延的区域，因此桥梁振动频率受损伤的影响非常小，其变化与频率测量分辨率相当，甚至更小；而另一方面，交通荷载和环境温度变化却可能引起大桥振动频率在1d内的变化达1％。另外，由于测量误差的存在和测点不足，振型的测试精度通常较差。这些问题的存在使得从受多种因素影响的振动测量数据中提取反映结构损伤的信息变得更加困难。

2桥梁检测系统设计

2.1检测系统设计准则

检测系统的监测项目与规模存在很大差异。这种差异除了桥型和桥位环境因素外，主要是因为对各检测系统的投资额和（或）建立各个系统的目的（或者说是对系统的功能要求）不同。因此，桥梁检测系统的设计实际上有意或无意地遵循着某些准则。

2.2检测项目

不同的功能目标所要求的检测项目不尽相同。从目前桥梁工程的发展状况看，以下几方面的问题可以借助桥梁检测进行深入研究或论证。

2.2.1抗风方面

包括风场特性观测、结构在自然风场中的行为以及抗风稳定性。

2.2.2抗震方面

包括研究各种场地地面运动的空间与时间变化、土结构相互作用、行波效应、多点激励对结构响应的影响等。通过对墩顶与墩底应变、变形及加速度的监测建立恢复力模型对桥梁的抗震分析具有重要的意义。

2.2.3结构整体行为方面

包括研究结构在强风、强地面运动下的非线性特性，桥址处环境条件变化对结构动力特性、静力状态（内力分布、变形）的影响等。这对于发展基于监测数据的整体性评估方法非常重要。

2.2.4结构局部问题

例如边界、联接条件，钢梁焊缝疲劳及其他疲劳问题，结合梁结合面（包括剪力键）的破坏机制等等。索支承桥梁缆（拉）索和吊杆的振动与减振、局部损伤机制等也值得进一步观察研究。

2.2.5耐久性问题

桥梁结构中的耐久性问题尚有许多问题须要深入研究。缆（拉）索与吊杆的腐蚀、锈蚀问题尤须重视。

3桥梁检测技术

3.1红外热象仪检测技术

用于预测桥面病害的一般方法是：测量氯化物含量和电势，并进行肉眼观测，这样既费时又妨碍交通。更糟的是它不能就沥青桥面铺装的整个病害情况提供准确数据。因只把注意力集中在由于腐蚀而导致的顶面钢筋保护层的层裂上，而忽视了由于冻融循环造成的沥青铺装层下的混凝土裂崩的检测。使用雷达、红外热象仪、激光光学、超声波和其它一些新的技术手段可在仅仅一天之内就能准确地测量成百上千公里路面或几十座桥的桥面。

3.2无线电检测

对于年代较早的钢桥（旧钢桥）来说，“疲劳破坏”是一个大问题。因此，随时监测（测量）并描述桥梁所承受（发生）的随机振幅变化、周期性压力变化是（非常必须的）必不可少的。目前的检测技术已经发展到可以有助于控制钢桥疲劳破坏的阶段。例如，美国联邦公路局开发的无线电桥梁检测和评估系统，是一个便携的、电池供电、使用无线电遥控技术的数据收集系统。它非常像一个数字式多分支的电话网络，用以收集数据并传递到一个笔记本电脑上。这种特殊的无线电网络对静电和障碍物是“免疫”的（静电和障碍物对这种特殊的无线电网络没有影响）。除了收集数据之外，每个模块充当了地区无线电网络中无线电波上的一个结点。这对于钢桥是十分重要的，钢桥在长度上往往大于1.6公里，而较长的桥上往往有大量的电磁干扰和复合反射，用这种技术可以迅速地测量出一座钢桥上每个有疲劳倾向的部位、破损（危险）的部位，或者探测出桥梁在车载和风载作用下的工作状况。

3.3感应检测技术

桥梁的感应检测技术的应用是广泛的。考虑到周围的环境对技术要求和结构的部位，因此需要一种可靠而且便宜的感应器。在几周的时间内，非破坏性评估验证中心构思、设计、制造并安装了一种便宜的位移感应器。这个感应器由一个扁平的铝板粘到混凝土上并且相距铝板有很短一段距离设置了一个小的印刷电路板线圈。线圈和铝板形成感应的振荡器部分。振荡器的频率随铝板与线圈之间距离的改变而改变，百分之一英寸的距离都可以检测出来。感应器是温度补偿型的。对翼墙的监测已经进行两年多了，十分有效。当预应力混凝土梁中的高强钢筋由于锈蚀断裂时，会释放出突然且巨大的能量，其产生的应力波会在建筑物中向外传播。因此，根据这一原理，利用像加速计一类的感应器是可以探测到钢筋的断裂状况。通过分析信号到达的次数，可以确定出断裂发生状况，而且可以确定断裂发生的位置。这种方法很像利用地震仪的网络系统，确定地震发生的位置和地震的强度。这样的系统目前已经可以买到，并且已经开始在桥上使用了。探测到钢筋的断裂状况，无疑是非常有用的。而在破坏发生前，探测出并确定锈蚀程度的技术更有用。

3.4光纤传感网络检测

光纤传感以其独特优势居于中心地位，它灵巧、精度高、抗电磁干扰，且可靠耐久，易于光纤传输组成自动化遥测系统。光纤传感应用于结构工程监测始于20世纪90年代初，如航空航天器、桥梁等的温度、振动、应变检测等裂缝的发生可以用埋设在混凝土中光纤的光强变化监测，而裂缝的定位可用多模光纤在裂缝处的光强突然下降或诊断完成，通过衰减曲线上的裂缝损耗突变点，可以准确地确定裂缝的位置，针对混凝土裂缝检测的特点，研制出基于光时域反射技术的光纤裂缝传感网络，可实现桥梁混凝土结构的分布。

4结论

为了解桥梁结构的工作状态，确保其长期使用性能，必须使用监测设备。桥梁监测对于验证与改进结构设计理论与方法、开发与实现各种结构控制技术以及深入研究大型桥梁结构的未知问题具有重要意义。因此，桥梁监测为桥梁工程的发展开辟了新的空间。