桥梁监测技术的发展

1桥梁检测技术的最新进展摘要：随着科学技术的快速发展，特别是随着我国公路建设投资规模的加大，我国桥梁建设事业得到了突飞猛进的发展。由于桥梁建设规模越来越大，大型桥梁在国民经济和社会生活中的地位和作用越来越重要，人们对这些大型桥梁的施工质量、安全性以及正常使用功能日渐关注，围绕桥梁结构质量检测开展了大量的工作。桥梁检测的工作内容比较多，涉及到很多方面，其从检测方法上来分，可分为静载试验、动载试验和无损检测。本文就重点对以上几种检测方法做一下介绍，阐述以上几种检测方法的最新进展情况。关键词：荷载试验；无损检测；冲击回波法检测0绪论50多年来，我国的桥梁结构检测技术经历了从无到有、从单项到全面、从局部到整体的发展过程。特别是最近的20多年，结构的检测技术得到了快速的发展，其应用对象已经从开始阶段的单层的破旧民居扩展到建设工程中的各类结构。结构检测的发展与应用对于提高建设工程的质量起到了积极的作用，尤其是一些新技术的出现，更是让一些大型的桥梁结构得到了质量上的保证。在节省国家与企业的资金、保障企业生产安全和人民生命财产的安全方面也起到了一定的作用。本文主要介绍桥梁检测技术的发展历程和新技术的检测方法。1荷载试验在检测中的应用1.1静载试验静载试验又称静力荷载试验，其定义是将静止的荷载作用与桥梁上的指定位置，以便能够测试出结构的静应变、静位移以及裂缝等，从而推断桥梁结构在荷载作用下的工作状态和使用能力的试验。对于桥梁结构来说，静载往往是指一缓慢速度行驶到桥上指定的荷重级别的车辆荷载。桥梁结构静力荷载试验的目的：(1)、检验桥梁结构设计与施工质量；(2)、验证桥梁结构设计理论和计算方法；(3)、直接了解桥梁结构承载情况，借以判断桥梁结构实际的承载能力；2(4)、积累科学技术资料，充实与发展桥梁计算理论和施工技术。桥梁静载试验中梁截面挠度的激光测试方法：在桥塔架设一个自准直激光器，在桥梁的待测截面架设接收屏，利用数码摄像机拍摄接收屏上动静态激光光斑图象，在加载情况下，桥梁待测截面产生位移，激光光标随之产生移动，通过标定及图象中心法处理，可以计算出所测量截面的挠度，该方法检测精度高、方法简单实用。属于一种新型检测技术。1．2动载试验动载试验又称动力荷载试验，其定义是采用动力荷载，如行驶的汽车荷载或其他动力荷载作用与桥梁结构上，以测出结构的动力特性，如振动变形，从而判断出桥梁结构在动力荷载下受冲击和振动影响的试验。桥梁的动力荷载试验与静力荷载试验相比具有起特殊性。首先，引起结构产生的振源(如车辆、人群、阵风或地震力等)和结构的振动影响是随时间而变化的，而结构在动荷载作用下的响应与结构本身的动力特性有密切关系，动荷载产生的动力效应一般大于相应的静力效应；有时，甚至在一个不大的动荷载作用下，也可能使机构受到严重的损坏。桥梁结构动力荷载试验的目的：(1)、测定动荷载的动力特性，即引起机构产生振动的作用力的数值、方向、频率和作用规律等；(2)、测定结构的动力特性，如结构的自振频率，阻尼特性及固有振型等；(3)、测定结构在动荷载作用下的强迫振动的响应，如振幅、动应力、冲击系数及疲劳性能等。2无损检测技术在桥梁检测中的应用与发展桥梁工程中无损检测技术的形成和发展与混凝土无损检测技术的发展密切相关。所谓混凝土无损检测技术，是在不破坏混凝土内部结构和使用性能的情况下，利用声、光、热、电、磁和射线等方法测定有关混凝土性能的物理量，推测混凝土强度、缺陷等的测试技术。混凝土无损检测的优点：具有不破坏结构的构件、不影响其使用性能、可以探测机构内部的缺陷、可以连续测试和重点测试等特点。随着科学技术的发展，无损检测技术突破了原有的范畴，出现了许多新的测试方法，例如微波吸收、雷达扫描、红外热谱以及脉冲回波等新技术。2．1冲击回波法检测混凝土强度2．1．1冲击回波法检测意义3为了无破损地探测结构内部缺陷(空洞、剥离层、疏松层、裂缝等)，目前较多的无破损检测方法是超声法。这是因为该法可以穿透(传播)较远距离，且安全方便。但该方法目前采用的是穿透测试，需要两个相对测试面，这就限制了它的应用范围，另外，由于采用穿透测试，不能获得表明缺陷的明确信号，只能根据许多测点测试数据的相对比较，以统计概率法来处理数据、评断缺陷，因而不够直观，而且要测量许多测点后才能作出评断。另外这些结构往往还需要测量厚度，而现有的测量混凝土结构厚度的方法，包括超声脉冲法都还存在一些问题。长期以来，人们一直寻求以声波反射(回波)的方法来探测混凝土内部缺陷。这样可以有以下优点：(1)可单面测试，扩大应用范围；(2)可获得缺陷明确的反射信号、直观、测一点即可判断一点；(3)不用丈量测距,测试方便；(4)可以很方便地测量结构厚度。针对这些问题，国际上从20世纪80年代中期开始研究一种新型的无破损检测方法—冲击反射法。该法是在结构表面施以微小冲击，产生应力波，当应力波在结构中传播遇到缺陷与底面是，将产生来回反射并引起结构表面微小的位移响应。接收这种响应并进行频谱分析可获得频谱图。频谱图上突出的峰就是应力波在结构表面与底面及缺陷间来回反射形成的。根据最高峰的频率值可计算出结构厚度；根据其他频率峰可判断有无缺陷及其深度。2．1．2测试原理这种测试方法系单面反射测试，测试方便、快速、直观，且测一点即可判断一点。这种新型的检测方法可用于各类土木工程的混凝土和沥青混凝土结构的内部缺陷探测和厚度测量，而特别适合于单面结构。国外已将冲击反射法大量用于工程实测中，如探测混凝土结构内的疏松区。其测试原理为钢珠弹击(冲击)混凝土表面，形成一瞬间应力脉冲。该应力脉冲由压缩波(纵波、P)、剪切波(横波、S)和瑞利波(R波)组成.P波和S波沿圆形波阵面传入试体,R波沿表面传播.当P、S波在传播过程中遇到缺陷或边界时，由于两种介质的声阻抗率不同，应力波在这些界面外将发生反射。这样，在表面与界面(缺陷与边界)之间产生多重反射结果形成瞬时的类谐振条件。当把一个传感器置于冲击点附近时，即可测出该处由于多次反射波引起的表面位移响应。冲击反射测量中，主要关心的是P波，因为由P波所引起的表面位移比S波大得多。在传感器所获得的时间~位移曲线上可看到P波多次反射引起的表面位移变化情况。2．2雷达法检测技术相对于超声法检测技术，雷达法检测技术是一种新兴的建设工程无损检测技术。雷达法检测技术就是以微波作为传递信息的媒介，根据微波传播特性，对材料、结构和产品的性质、缺陷进行非破损检测与诊断的技术。微波对电磁衰减大的非金属材料具有较强的穿透能力，不穿4透导电性好的材料。由于雷达波对物体的电磁特性敏感，因此其主要的用途在于探测被测物的结构组成，内部缺陷等。例如：在桥梁施工中，利用雷达法检测技术可检测桥梁桩基础的质量。雷达扫描检测技术的特点：(1)、对混凝土有很强的穿透能力，可测较大的深度。(2)、可实现非接触探测，可作实时检测，探测速度快。(3)、以减小波长和增大频率宽度，实现高分辨力的探测。(4)、微波有极化特性，可确定缺陷的形成和探测。2．3回弹法检测混凝土强度2．3．1回弹法检测的基本原理回弹法是采用回弹仪的弹簧驱动重锤，通过弹击杆弹击混凝土表面，并以重锤被反弹回来的距离(称回弹值，指反弹距离与弹簧初始长度之比)作为强度相关指标来推算混凝土强度的一种方法。2．3．2测区选择要正确检测构件布置测区时,相邻两测区的间距应控制在2m以内,测区离构件端部或施工缝边缘的距离不宜大于0.5m且不宜小于0.2m;测区应选在使回弹仪处于水平方向检测混凝土浇筑面,并选在对称的两个可测面上,如果不能满足这一要求时,也可选在一个可测面上,但一定要分布均匀,在构件的重要部位及薄弱部位必须布置测区,并应避开预埋件。当遇到薄壁小构件时,则不宜布置测区,因为薄壁构件在弹击时产生的振动,会造成回弹能量的损失,使检测结果偏低。如果必须检测,则应加以可靠支撑使之有足够的约束力时方可检测。2．3．3建立本地区的专用测强曲线国家标准虽给出了全国通用回弹法检测的测强曲线并由此得到测定混凝土强度值换算表,但全国统一曲线仅综合考虑到全国各地的原材料使用情况,没有把碎、卵石普通混凝土区分开来,而实际上回弹法检测碎、卵石普通混凝土强度是有很大差异的。而地区测强曲线正是充分考虑本地区的混凝土原材料、气候条件和成型养分护工艺,通过试验、校核、修正所建立的曲线,与通用测强曲线相比较,该曲线比通用测强曲线更接近实验数据,能更好的推算本地区混凝土的实际强度。因此,建立本地区的专用测强曲线,能有效地提高回弹法的检测精度。52．3．4测试动作要规范回弹法本身是一种科学的操作方法,国家也专门制定了相应的规程,不容许操作人员随意操作。回弹的精度也取决于操作人员用力是否合适和均匀,是否垂直于结构或构件的表面,是否规范操作。但实际检测中却很少有人严格按照标准规定的技术要求进行检测操作,责任心不强,敷衍了事,这样的检测将带来较大的测试误差,无法保证回弹质量,为此,应加强检测人员的职业道德素养,提高检测责任心,也只有如此,才能真正提高回弹法的检测精度。2．3．5注意混凝土回弹值的修正近年来,随着城市泵送混凝土使用的普及,采用回弹法按测区混凝土强度换算值表推定的测区混凝土温度值将明显低于其实际强度值。这是因为泵送混凝土流动性大,粗骨料粒径较小,砂率增加,混凝土的砂浆包裹层偏厚,表面硬度较低所致。因此在运用回弹法检测混凝土强度时,必须要事先了解到施工单位浇注混凝土的方式,并注意修正。另外,当检测时回弹仪为非水平方向且测试面为非混凝土侧面时,一定要先按非水平状态检测时的回弹值进行修正,然后再按角度修正后的回弹值进行不同浇筑面的回弹值进行修正,这种先后修正的顺序不能颠倒,更不能用分别修正后的值直接与原始值相加或相减,否则将造成计算错误,影响对混凝土强度的推定。4结语从上世纪50年代后期到现在，我国的无损检测技术经历了从无到有、从小到大、从粗浅到深入、从低级到高级的发展过程。现在，桥梁结构的无损检测已推广普及到全国各个地区、各个土木工程行业，形成了一支浩浩荡荡的无损检测大军。世界各国的检测技术都在不断的更新和发展，一些新技术的出现使得正在服役的桥梁和新建桥梁受益非浅。参考文献『1』桥梁检测与加固北京：人民交通出版社2005年『2』吴新旋.混凝土无损检测技术手册[M]北京:人民交通出版社2003年『3』张美珍.桥梁工程检测技术北京：人民交通出版社2007年『4』吴慧敏.结构混凝土现场检测新技术-混凝土非破损检测[M]湖南:湖南大学出版社1998年『5』桥梁检测试验检测技术北京：人民交通出版社2004年