浅谈公路桥梁的检测技术及其发展趋势

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[摘 要] 文章分析了我国公路桥梁建设规模的发展趋势，指出了在役桥梁存在损伤问题的严重性，重点介绍了工程中常见的公路桥梁检测技术，指出了该项技术的发展趋势，为今后更好的使用这些技术奠定了一定的基础。

[关键词] 公路桥梁 损伤 检测

1.引言

近年来，随着我国国民经济的飞速发展，公路桥梁基础设施建设不断发展，为了增加运力，各类桥梁结构数量不断增加，对我国交通运输状况的改善起到了强有力的作用。但是，随着公路桥梁负荷日益加重，在役桥梁出现承载力不足、通行能力降低、结构构件受损等问题。桥梁的损伤问题日益严重。究其原因，包括以下三点：首先，早期的桥梁设计理论偏于保守，没有系统性，大量桥梁设计中难免会出现偏差，且实际施工细节与设计也不能完全一致，以至于质量难以保证；其次，在风、雨、洪水、冰冻、温度变化和湿度等自然因素侵蚀下，桥梁的材料不断降低，当桥梁发生较小程度损伤时，加之其设计荷载标准较低，桥面宽度小，甚至在地震、撞击和超载运营的严重损害下，许多桥梁的结构性能发生了巨大的变化；另外，我国城市中大跨度桥梁、立交桥工程和复杂高架桥梁大量涌现。然而由于桥梁建设发展速度过快，其施工质量、设计技术等还不能令人满意，给我国的桥梁增加了新的事故隐患。对桥梁进行必要的检测及加固工作就显的尤为必要。

2.公路桥梁的主要检测项目及方法

钢筋混凝土桥梁检测的工作内容比较多，涉及到很多方面，可分为表观检查、测试试验和无损检测等几个方面。

2.1 表观检查

表观检查包括桥梁整体与局部构造几何尺寸的量测、结构病害的检查与量测等。表观检查的项目和要求对不同的桥型有不同的侧重点。通过表观桥梁检查，可对桥梁的技术状况及缺陷和损伤的性质、部位、严重程度和发展趋势的调查，弄清出现缺陷和损伤的主要原因，分析和评价既存缺陷及损伤对桥梁质量和使用承载能力的影响，并为桥梁维修和加固设计提供可靠的技术数据和依据。这种方法要求现场检查人员必须具有丰富的工程经验和专业知识表观检查要达到可以定量反映桥梁结构状况，并依据相关规范评定桥梁技术等级。

2.2 结构测试试验

结构测试试验属于整体检测技术。它主要采用对桥施加可控荷载的试验方法，对桥梁结构的应变分布、变形量和加速度等响应进行检测，以此对桥梁结构性能作出评估。桥梁荷载试验可分为静载试验和动载试验。桥梁静载试验是将静止的荷载作用在桥梁的指定位置，对桥梁的静力位移、静力应变、裂缝等参数进行测试。静载试验可以直接了解桥梁结构承载情况，验证桥梁结构设计理论和计算方法，确定和判断桥梁结构实际的承载能力。可以通过某项结构响应、位移、应变或应力等实测值与理论计算值的对比，得到该项响应的校验系数 ,从而对桥梁的结构性能进行评价。桥梁结构动载试验常采用车辆通过、冲击或环境激振等加荷方式，通过采集设备获得桥梁结构的振动响应信号，对这些信号进行处理得到桥梁结构的频率、模态等动力特性，进而对桥梁结构性。对桥梁结构施加荷载静载或动载，通过相应的仪器设备获得桥梁结构的响应，可以根据这些响应进行分析，得到桥梁结构的性能参数，通过这些参数的变化，对桥梁结构进行损伤识别与性能评价。

2.3 无损检测技术及损伤识别

近年来，随着现代传感与通信技术的发展，无损检测技术更是出现了前所未有的发展态势，先后涌现出一大批新的检测方法和检测手段，使桥梁的检测技术向着智能化、快速化、系统化的方向发展。一些新的方法被广泛应用于桥梁检测，如利用相干激光雷达测试桥梁下部结构的挠度，利用全息干涉仪和激光斑纹测量桥体表面的变形状态，利用双波长远红外成像检测桥梁混凝土层的损伤，利用磁漏摄动检测钢索、钢梁和混凝土内部的钢筋等。随着振动实验模态分析技术的发展，运用振动测试数据进行结构动力模型修正理论得到了充分的发展，为桥梁结构的安全检测开辟了新的途径。基于振动模态分析技术，人们研究发现结构的动力响应是整体状态的一种度量，当结构的质量、刚度和阻尼特性发生变化时，选用结构振动模态作为权数，对结构损伤前后的模态变化量进行加权处理，从而实现对单元损伤的识别和有效定位。

损伤识别技术是无损检测的关键环节。在损伤识别技术中经常小波识别方法和神经网络识别方法被采用。小波分析适合分析非平稳信号，因此可作为损伤识别中信号处理的较理想的工具，用它来构造损伤识别中所需要的特征因子，或直接提取对损伤有用的信息；神经网络在损伤识别中的基本思路是用无损伤系统的振动测量数据来构造网络，用适当的学习方法确定网络的参数，然后将系统的输入数据送入网络，网络就有对应的输出,如果输入过程是成功的，当系统特性无变化时，系统的输出和网络的输出应该吻合。相反当系统有损伤时，系统的输出和网络的输出就有一个差异，这个差异就是损伤的一种测度。

3.桥梁结构健康监测

结构的健康监测指利用现场的无损传感技术，通过包括结构响应在内的结构系统特性分析，达到检测结构损伤或退化的目的。结构健康监测就是通过一系列传感器得到系统定时取样的动力和静力响应测量值，从这些测量值中抽取对损伤敏感的特征因子，并对这些特征因子进行统计分析，从而获得结构当前的健康状况。所谓桥梁结构健康监测技术，是指利用一些设置在桥梁关键部位的测试元件、测试系统、测试仪器，实时、在线地量测桥梁结构在运营过程中的各种反应，并将这些数据传输给中心控制系统，按照事先确定的评估方法与反应限值，实时地评估桥梁结构的健康状况，必要时提出响应的处理措施，并在极端情况下给出警示信号或关闭交通。目前，桥梁结构健康监测主要用于大跨度的重要桥梁，是传统检测技术的发展和延伸。它的特点表现在监测内容广泛全面、测试诊断、评估实现了自动化，能够实时发现桥梁病害或不良反应并及时进行处理。结构健康监测技术是跨学科的综合性技术，它包括工程结构、动力学、信号处理、传感技术、通讯技术、材料学和模式识别等多方面的知识。可以说，结构健康监测技术是安全监控、减灾防灾领域的一场革命，是未来桥梁检测技术的发展趋势。

4.结语

近年来，随着我国经济的迅速发展，交通运输事业也进入了一个快速发展的阶段。随着公路通行压力的逐年增加，对桥梁的承载能力要求越来越高，很多既有桥梁已经不能满足承载力的要求，桥梁检测技术已得到广泛应用。随着科学技术不断进步，相信桥梁检测技术必将得到不断改善，必将更好的为国家经济建设服务。