橋梁在長期的營運過程中不免會發(fā)生各種損傷，有外觀損傷及結(jié)構(gòu)損傷，在此僅探討結(jié)構(gòu)損傷。損傷的原因有人為因素，也可能是自然災(zāi)害。此外隨著我國交通建設(shè)的迅速發(fā)展，交通運輸量大幅度增加，行車密度及車輛載重越來越大，這也可能因為超載而造成橋梁結(jié)構(gòu)的損傷繼而加劇其自然老化。這些因素均導(dǎo)致了橋梁承載能力和耐久性的降低，甚至影響到運營的安全，由此而引起的一系列問題都需要相應(yīng)的維修、改造和加固來解決，筆者通過多年的檢測工作，對橋梁結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的檢測技術(shù)作初步的探討。

 　?。保畼蛄罕碛^檢查分析與評價

 　　表觀檢查包括橋梁整體與局部構(gòu)造幾何尺寸的量測、結(jié)構(gòu)病害的檢查與量測等，表觀檢查的項目和要求對不同的橋型有不同的側(cè)重點。表觀檢查要達到可以定量反映橋梁結(jié)構(gòu)狀況，依據(jù)相關(guān)規(guī)范評定橋梁技術(shù)等級的要求。結(jié)構(gòu)資料的調(diào)查包括了解橋梁的原結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工工藝及過程以及橋梁的結(jié)構(gòu)維修養(yǎng)護歷史等。

 　　材料檢測主要是指橋梁結(jié)構(gòu)材料的無損或微損檢測。對于鋼筋混凝土橋梁來講，主要是混凝土與鋼筋的相關(guān)檢測，包括混凝土的強度等級、碳化深度、與耐久性有關(guān)的含堿量和氯離子含量，以及鋼筋的銹蝕狀況、保護層厚度測試等。表觀檢查和材料檢測技術(shù)及相關(guān)測試儀器設(shè)備發(fā)展很快，是橋梁無損檢測的重點研究領(lǐng)域。測試儀器設(shè)備及相關(guān)技術(shù)研究在國外橋梁無損檢測研究方面占有很大的比重，相繼研制成功或正在研制融合電、磁、雷達、數(shù)字信號處理等相關(guān)學(xué)科的高技術(shù)成套測試儀器和設(shè)備。如用于橋面板檢測的雙頻帶紅外線自動溫度成像系統(tǒng)；用于橋面板檢測的探地雷達成像系統(tǒng)；整橋測量的激光雷達；整橋測量的無線電脈沖轉(zhuǎn)發(fā)器等。

 　　2.橋梁承載力的荷載檢測法

 　　2.1靜載試驗檢測方法

 　　靜載試驗檢測法通過對橋梁進行靜載試驗，量測與橋梁結(jié)構(gòu)性能相關(guān)的參數(shù)，與橋梁工作性能相關(guān)的主要參數(shù)有變形、撓度、應(yīng)變、裂縫等。通過靜載試驗，可測出這些參數(shù)，從而分析得出結(jié)構(gòu)的強度、剛度及抗裂性能，據(jù)此判斷橋梁的承載能力?；炷翗蛄旱撵o載試驗，一般需進行以下測試內(nèi)容：

 　?。?）結(jié)構(gòu)的豎向撓度、側(cè)向撓度和扭轉(zhuǎn)變形。每個跨度內(nèi)至少有3個測點，并取得最大的撓度及變形值，同時觀測支座下沉值。有時測試也為了驗證所采用的計算理論，要實測控制截面的內(nèi)力、撓度縱向和橫向影響線。

 　?。?）記錄控制截面的應(yīng)力分布，并取得最大值和偏載特性。沿截面高度不少于5個測點，包括上、下緣和截面突變處。有些結(jié)構(gòu)需測試支點及附近、橫隔板附近剪應(yīng)力和主拉應(yīng)力，此時需將應(yīng)變計布成應(yīng)變花。

 　　（3）支座的伸縮、轉(zhuǎn)角，支座的沉降；墩頂位移及轉(zhuǎn)角。

 　?。?）仔細觀察是否已出現(xiàn)裂縫，出現(xiàn)初始裂縫時所加的荷載，仔細表明裂縫出現(xiàn)的位置、方向、長度、寬度及卸載后閉合情況。如果結(jié)構(gòu)的控制截面變形、應(yīng)力或裂縫擴展，在尚未加到預(yù)計最大試驗荷載前，已提前達到或超過設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的允許值，應(yīng)立即停止加載，同時注意觀察裂縫擴展情況，撤離儀器和人員。

 　　（5）細觀察卸載后的殘余變形。對于特殊結(jié)構(gòu)而言，如懸索橋和斜拉橋，尚需觀察索力和塔的變位并進行支座的測定。

 　　2.2動載試驗檢測方法

 　　動力荷載試驗的目的在于研究橋梁結(jié)構(gòu)的動力性能，該性能是判斷橋梁運營狀況和承載能力的重要標(biāo)志之一。比如，動力系數(shù)是確定車輛荷載對橋梁動力作用的重要技術(shù)參數(shù)，直接影響到橋梁設(shè)計的安全與經(jīng)濟性能；橋梁過大的振動可引起乘客和行人的不舒適；橋梁自振頻率處于某些范圍時，可由外荷載引起共振的危險。這是以前動力檢測的主要目的。但是最近10年以來，研究者試圖擴大動力檢測方法的范圍和功能，原理主要如下：結(jié)構(gòu)損失的發(fā)生必然導(dǎo)致結(jié)構(gòu)參數(shù)（剛度、阻尼和內(nèi)部荷載）的改變。如果恰當(dāng)?shù)毓烙嬤@些變化，就能給結(jié)構(gòu)損傷狀態(tài)的評估提供一個量化的方法。利用振動方法對橋梁進行損傷檢測的基礎(chǔ)是從橋梁振動模態(tài)的變化中能夠估計出橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化。橋梁振動模態(tài)通?？捎贸Ｒ?guī)的試驗?zāi)B(tài)分析測試方法得到。在橋梁的不同位置布置測點，通過結(jié)構(gòu)損傷前后由這些測點記錄的信息可提取出的橋梁振動模態(tài)特性參數(shù)的變化，以此來確定結(jié)構(gòu)損傷發(fā)生的位置、大小及結(jié)構(gòu)損傷的類型。

 　　橋梁的動力試驗，主要是圍繞沖擊系數(shù)做文章，實際的動力試驗包括以下內(nèi)容：

 　　（1）測定橋跨結(jié)構(gòu)在車輛荷載下的強迫振動特性，如沖擊系數(shù)、強迫振動頻率、動位移和動應(yīng)力等。

 　?。?）測定橋跨結(jié)構(gòu)的自振特性，如自振頻率、振型和阻尼特性等。

 　　3.橋梁檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢

 　　3.1橋梁無損傷檢測技術(shù)

 　　傳統(tǒng)的橋梁檢測方法主要依賴于動靜載試驗和檢測人員的現(xiàn)場目測，輔以混凝土硬度實驗、超聲波探測、腐蝕作用實驗等多種檢測手段。進入20世紀(jì)90年代，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，使無損檢測技術(shù)向著智能化、快速化、系統(tǒng)化的方向發(fā)展。

 　　近年來，致力于橋梁檢測的研究人員提出了許多成功的方法對橋梁進行非破壞性評估。一些新的方法被廣泛應(yīng)用于橋梁檢測，如利用相干激光雷達測試橋梁下部結(jié)構(gòu)的撓度，利用全息干涉儀和激光斑紋測量橋體表面的變形狀態(tài)，利用雙波長遠紅外成像檢測橋梁混凝土層的損傷，利用磁漏攝動檢測鋼索、鋼梁和混凝土內(nèi)部的鋼筋等。隨著振動實驗?zāi)B(tài)分析技術(shù)的發(fā)展，運用振動測試數(shù)據(jù)進行結(jié)構(gòu)動力模型修正理論得到了充分的發(fā)展，為橋梁結(jié)構(gòu)的安全檢測開辟了新的途徑。基于振動模態(tài)分析技術(shù)，人們研究發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)是整體狀態(tài)的一種度量，當(dāng)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、剛度和阻尼特性發(fā)生變化時，選用結(jié)構(gòu)振動模態(tài)作為權(quán)數(shù)，對結(jié)構(gòu)損傷前后的模態(tài)變化量進行加權(quán)處理，從而實現(xiàn)對單元損傷的識別和有效定位。

 　　3.2橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別技術(shù)

 　　（1）小波分析損傷識別法。由于小波分析適合分析非平穩(wěn)信號，因此可作為損傷識別中信號處理的較理想的工具，用它來構(gòu)造損傷識別中所需要的特征因子，或直接提取對損傷有用的信息。小波分析在損傷識別中的應(yīng)用是多方面的，如：奇異信號檢測、信噪分離、頻帶分析等。

 　?。?）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)損傷識別法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在損傷識別中的基本思路是：首先，用無損傷系統(tǒng)的振動測量數(shù)據(jù)來構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)，用適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)方法確定網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)；然后，將系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)送入網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)就有對應(yīng)的輸出，如果輸入過程是成功的，當(dāng)系統(tǒng)特性無變化時，系統(tǒng)的輸出和網(wǎng)絡(luò)的輸出應(yīng)該吻合；相反，當(dāng)系統(tǒng)有損傷時，系統(tǒng)的輸出和網(wǎng)絡(luò)的輸出就有一個差異，這個差異就是損傷的一種測度。

 　　4.結(jié)語

 　　通過對橋梁進行檢測可以得知橋梁的運營狀態(tài)，以確保其安全使用。傳統(tǒng)檢測方法在精度和簡便性等方面有所不足，隨著計算機和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，人工智能將廣泛地運用在各類橋梁結(jié)構(gòu)的檢測試驗和分析上。同時，學(xué)科交叉現(xiàn)象日益普遍，一些高新技術(shù)的最新研究成果應(yīng)用于橋梁無損檢測技術(shù)的研究，必將推動橋梁檢測技術(shù)的飛速發(fā)展。

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標(biāo)簽：橋梁檢測、結(jié)構(gòu)損傷

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文章名稱：《橋梁檢測技術(shù)發(fā)展初步探討》

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