淺析橋梁結(jié)構(gòu)無損檢測技術(shù)
2015-09-22
橋梁結(jié)構(gòu)的安全檢測是保證橋梁安全施工和運(yùn)營的重要手段,近年來,隨著大型橋梁建設(shè)的飛速發(fā)展,以及世界范圍內(nèi)橋梁結(jié)構(gòu)損傷、老化及病害事故的不斷增多,以及混凝土無損檢測技術(shù)的不斷提高,橋梁結(jié)構(gòu)的無損檢測技術(shù)越來越多的得到廣泛的應(yīng)用,它對確保橋梁施工和運(yùn)營的安全,延長橋梁使用壽命,有效的利用和維護(hù)資源起到十分重要的作用。
1 無損檢測技術(shù)的形成和發(fā)展
無損檢測技術(shù)是材料學(xué)、應(yīng)用物理學(xué)、現(xiàn)代電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)物。橋梁工程中無損檢測技術(shù)的形成和發(fā)展與混凝土無損檢測技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。1830年以來,人們就開始探索混凝土無損檢測技術(shù),并獲得迅速發(fā)展。1935年格里姆、艾德用共振法測量混凝土的彈性模量；1949年加拿大的萊斯利和奇斯曼、英國的瓊斯等運(yùn)用超聲脈沖法獲得成功, 1963年羅馬尼亞的費(fèi)格瓦洛提出超聲回彈綜合法。這些研究為混凝土無損檢測技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。1980年以來,隨著相關(guān)科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展,無損檢測技術(shù)又有取得了重大突破,出現(xiàn)了許多新的測試方法,無損檢測技術(shù)日臻成熟,英美等國開展了無損檢測技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作,頒布了BSI(英國)和ASTM(美國)等標(biāo)準(zhǔn),對無損檢測技術(shù)的工程應(yīng)用起到了良好的促進(jìn)和推動作用。1990年以來，隨著現(xiàn)代傳感與通信技術(shù)的發(fā)展,無損檢測技術(shù)更是出現(xiàn)了前所未有的發(fā)展勢態(tài),先后涌現(xiàn)出一大批新的檢測方法和檢測手段。
2 無損檢測技術(shù)的特點(diǎn)和應(yīng)用
橋梁的無損檢測技術(shù)主要是在不損傷橋梁整體結(jié)構(gòu)和構(gòu)件性能的前提下，直接在橋梁的構(gòu)件上進(jìn)行某種特定的檢測，用來評定橋梁的整體結(jié)構(gòu)或者某些構(gòu)件是否發(fā)生變化，進(jìn)而推斷出橋梁的內(nèi)部缺陷和耐久性能等性能現(xiàn)狀，并對橋梁的適用性、安全性和可靠性進(jìn)行科學(xué)的評價。技術(shù)不破壞被檢測橋梁的結(jié)構(gòu)，不影響其使用性能，而且方法非常簡捷；無損檢測在進(jìn)行檢測時，檢測工具可直接作用在構(gòu)件表面或者內(nèi)部，無損檢測既可對新建橋梁進(jìn)行檢測，也可以對既有橋梁進(jìn)行檢測；無損檢測方便、快捷；無損檢測對橋梁結(jié)構(gòu)的混凝土構(gòu)件不具有破壞性，也可以獲得破壞檢測所不能獲得的檢測效果。同時，無損檢測可在同一構(gòu)件上進(jìn)行反復(fù)和連續(xù)的檢測，從而使檢測結(jié)果具有一定的可比性。
無損檢測技術(shù)在橋梁檢測中的應(yīng)用十分廣泛,總體上可以概括為基于整體的結(jié)構(gòu)狀況識別和基于局部的構(gòu)件損傷識別。識別橋梁的損傷,我們應(yīng)該關(guān)注的是對結(jié)構(gòu)功能產(chǎn)生嚴(yán)重影響的那些損傷,因此，將橋梁的損傷歸結(jié)為材料損傷和結(jié)構(gòu)受力損傷兩大主要的損傷。由于公路橋梁無損檢測技術(shù)比較新，所以我們必須在其應(yīng)用加以不斷開拓，并努力解決好目前無損檢測技術(shù)所存在的問題。我們應(yīng)該努力達(dá)到以下幾個橋梁無損檢測技術(shù)的應(yīng)用目標(biāo)：
(1)運(yùn)用全球定位系統(tǒng)來更加精確的測量橋梁結(jié)構(gòu)的變形，同時應(yīng)用TRIP傳感器來實(shí)時監(jiān)測車輛超載的問題。
(2)在橋梁結(jié)構(gòu)的評估上，應(yīng)用強(qiáng)迫振動響應(yīng)法來進(jìn)行具體研究，并采用激光振動計(jì)來完成斜拉索拉力的檢測工作。
(3)采用微波技術(shù)對橋梁的各種裂縫進(jìn)行深入檢測。
3 無損檢測技術(shù)的主要方法
橋梁損傷的原因及類型
(1)橋梁在長期使用過程中會發(fā)生各種結(jié)構(gòu)損傷。損傷的原因主要有
?、偈褂?、維護(hù)不當(dāng)；
②車禍?zhǔn)鹿实热藶橐蛩兀?br />
?、鄣卣?、風(fēng)暴等自然災(zāi)害；
?、芙煌棵驮黾觿蛄航Y(jié)構(gòu)的自然老化。以上因素均導(dǎo)致了橋梁承載能力和耐久性的降低，甚至影響到運(yùn)營的安全。
(2)典型橋梁損傷種類
?、倩炷?br />
a混凝土開裂；
b混凝土缺陷；
c混凝土碳化。
?、阡摻钿P蝕
a先裂后銹：混凝土開裂后導(dǎo)致的鋼筋銹蝕；
b先銹后裂：混凝土開裂或表面混凝土成塊脫落。
3．1 光纖傳感器檢測技術(shù)
“光纖傳感器檢測”是用于混凝土橋梁結(jié)構(gòu)檢測的一種新興技術(shù)，它運(yùn)用了光纖的兩個特性來實(shí)現(xiàn)無損檢測。首先運(yùn)用光纖的第一個特性：光損矢量的測量。即利用纖維某些局部產(chǎn)生微小彎曲后所產(chǎn)生光矢量變化的效應(yīng)原理通過比較傳感器在拉緊或放松狀態(tài)下其出射光的密度，就可確定入射光在整個傳感器中所發(fā)生的變化，這種傳感器被稱為“股絞光纖傳感器”。多層反射傳感器運(yùn)用了光纖的第二個特征，就是利用光傳輸時問原理，即光沿傳感器到達(dá)反射鏡，然后再反射回到光源處的傳輸時間。
3．2 紅外熱像儀檢測技術(shù)
“紅外熱像儀檢測”是一種用于預(yù)測橋面病害的檢測技術(shù)，其基本原理是：利用紅外攝像機(jī)來生成一幅橋面溫度圖像，該溫度圖像揭示了在陽光照射下混凝土裂層之上的橋面溫度“熱點(diǎn)”。這種溫度較高的“熱點(diǎn)”是由于較薄的充滿空氣的裂層就像絕熱體一樣，使得其上的混凝土的溫度上升的更快些而形成的?？梢越柚t外熱像儀把來自目標(biāo)的紅外輻射轉(zhuǎn)變成為可見的熱圖像，通過熱圖像特征分析，直觀地了解物體的表面溫度分布，進(jìn)而達(dá)到推斷混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和表面狀態(tài)的目的。紅外熱像儀檢測技術(shù)可以非接觸的測量，具有快速、高穩(wěn)定性、設(shè)備輕便、后處理靈活的特點(diǎn)。
3_3 聲探測技術(shù)
(1)聲發(fā)射檢測技術(shù)。聲發(fā)射檢測技術(shù)方法已經(jīng)在能源和加工業(yè)中使用了很長時間。近期，聲發(fā)射檢測儀器已經(jīng)用于橋梁工程的疲勞裂縫檢測，大多數(shù)結(jié)構(gòu)材料在受力后出現(xiàn)如塑性變形、裂紋開裂、裂紋開展等微結(jié)構(gòu)損傷時，就以聲波的形式釋放能量，聲反射檢測儀可以對處于荷載作用狀態(tài)下的橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)部材料和結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行穩(wěn)定的監(jiān)視，并及時給出早期報警。
(2)超聲波檢測技術(shù)。利用超聲波檢測橋梁中的空隙位置是基于瞬間應(yīng)力波原理。用一種短促的機(jī)械撞擊產(chǎn)生低頻應(yīng)力波，傳導(dǎo)至結(jié)構(gòu)內(nèi)部，再由斷裂面或界面發(fā)射回來，以反射波的形態(tài)來進(jìn)行判斷。來自沖擊面、斷裂面以及其它面間的多種波會產(chǎn)生瞬間共振，可以用來測定結(jié)構(gòu)的完整性或裂隙的位置，記錄下來的信號(時間一頻率曲線)可以進(jìn)一步提供有關(guān)空隙位置的信息。
4無損檢測技術(shù)的前景和展望
無損檢測技術(shù)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展,是先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的結(jié)晶。無損檢測技術(shù)促進(jìn)了工業(yè)以致整個經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,從某種意義上講,無損檢測技術(shù)水平可以作為衡量一個國家工業(yè)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展程度,以及科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平高低的標(biāo)志之一。無損檢測技術(shù)是多學(xué)科綜合的一門應(yīng)用技術(shù),是建立在基礎(chǔ)學(xué)科的基礎(chǔ)之上的,只有從基礎(chǔ)理論中不斷吸收養(yǎng)分,才能不斷完善和發(fā)展。無損檢測技術(shù)的研究,應(yīng)善于把基礎(chǔ)理論與工程實(shí)踐結(jié)合起來,建立起理論研究與工程應(yīng)用聯(lián)系的橋梁,完善現(xiàn)有的方法和開辟新的途徑。
同時，高新技術(shù)在無損檢測領(lǐng)域中的廣泛滲透、應(yīng)用和衍生和發(fā)展,必將推動檢測手段和評估方法的深刻變革,促使橋梁結(jié)構(gòu)無損檢測與評估技術(shù)向集成化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化方向發(fā)展。
4 結(jié)束語
(1) 隨著我國大規(guī)模的道路橋梁交通建設(shè)，一些建成的高等級公路和大型橋梁、隧道等結(jié)構(gòu)的安全性問題也顯得日益突出。因此，無損檢測技術(shù)的研究和開發(fā)具有廣闊的前景。
(2) 橋梁檢測是一個多學(xué)科交叉的系統(tǒng)工作，涉及結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)、通訊和實(shí)驗(yàn)量測等多個領(lǐng)域，需要各個環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)配合才能達(dá)到一個有效的效果。
(3) 對橋梁結(jié)構(gòu)無損檢測技術(shù)的前景進(jìn)行了展望,指出集成化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化是未來的發(fā)展方向。
