有关桥梁检测技术的研究

郑磊

摘要：作者针对桥梁检测技术做了一些理论和实践的探讨，内容主要包括桥梁检测工作的主要内容、测试方法与仪器和桥梁损伤的识别与检测，最后对新型桥梁无损检测技术进行了介绍。

关键词：桥梁检测；技术

Abstract: the author for bridge test technology do some theory and practice, this paper mainly includes the main content of the bridge test, the test methods and instruments and bridge damage identification and testing, finally to new bridge nondestructive testing technology are introduced in this paper.

Keywords: bridge detection; technology

中圖分类号： V448.15+1 文献标识码：A文章编号：

在过去的几十年里，许多发达国家公路的现代化建设如火如荼。与目前我国的情况相近，新桥梁的建设成为重中之重，新建桥梁占去了大量的建设资金。然而桥梁安全事故的屡屡发生，使我们不得不对桥梁安全引起极大的关注。改变投资比重，加大桥梁安全检测和桥梁维护的力度。成为目前的重要议题，国际、国内在公路法案中纷纷加入了桥梁检测规范，并开始实施。

我国桥梁大多建于20世纪60~80年代，设计标准有汽-15挂-80和汽-20挂-100，限于当时施工水平和材料工艺桥梁的施工质量不是很高。随着国民经济的发展，交通量不断增长，车辆轴载不断提高，超载车辆对桥梁的损坏也愈发严重。例如：京沈高速公路是东北地区进京的主要干线之一，目前车辆超载十分严重。可是对桥梁检测，主要是通过人工目测检查、手工记录打分，来判定桥梁结构状况。面对这种严峻的形势，原始的手段已不能与之适应。

要更准确判断桥梁实际工作状况，为桥梁加固或大修提供依据，在桥梁外观病害检查的基础上，则有必要进行深一步应用必要的检测仪器、设备对桥梁结构材料的检测和荷载试验。这些检测工作涉及面广，技术复杂，难度较高，技术性强，参检人员必须了解桥梁检测的工作程序、检测项目及检测方法，掌握试验数据处理和分析方法。这样才能得到真实可靠的信息[1]。

1桥梁检测工作的主要内容

1.1桥梁检测工作的阶段划分

第一阶段：准备阶段。其包括收集资料、现场勘察以及编制桥梁检测方案等内容。第二阶段：外业检测阶段。主要是设备安装和数据采集。第三阶段：分析报告阶段。即根据外业采集的数据，进行统计分析和计算，并编写桥检报告。

1.2桥梁检测的具体项目

依据交通部《公路养护技术规范》及《公路桥梁定期检查技术》（交通部公路所），对桥梁进行外观病害检查打分，其目的是对桥梁结构的外观损坏状况，有一个初步和基本的了解，并根据桥梁损坏状况打分、评定类别，为下一步桥梁结构材料检测提供依据[2]。

桥梁外观检查，检查方法主要是现场人工检测，根据损坏状况打分。检查重点是桥梁主要承重构件的裂缝和破损情况。

在桥梁外观病害检查的基础上，对外观损坏较严重的桥梁做进一步的桥梁结构材料检测，其目的是深入了解桥梁结构材料的工作状态及潜在的不利影响，并预测发展趋势，为判断桥梁耐久性和可靠性提供技术依据。桥梁结构材料检测的重点是桥梁结构钢筋锈蚀情况和混凝土强度检测。

1.2.1混凝土强度检测。主要采用回弹法或超声—回弹法进行。混凝土强度检测是通过用回弹仪检测混凝土表面回弹值，用超声仪检测混凝土内声速，再根据混凝土强度（R）与回弹值和超声波在混凝土中的传播速度（V）之间的相关关系，推算混凝土强度。采用回弹法时，要考虑碳化深度的影响。混凝土强度是进行桥梁结构评定的重要指标。

1.2.2钢筋锈蚀检测。期检测内容包括钢筋锈蚀电位、混凝土氯离子含量、混凝土电阻率以及混凝土碳化深度。钢筋锈蚀检测是通过对钢筋所处环境情况（如混凝土中氯离子含量、混凝土电阻率和碳化深度等）和钢筋本身自然电位的检测结果，综合评定桥梁结构中钢筋锈蚀状况。其同样是评定桥梁结构的重要参数。

1.2.3钢筋分布及混凝土保护层厚度检测。结构材料的检测，是用各种专用仪器设备，对桥梁结构的钢筋和混凝土材料，进行现场采样、记录检测数据，再依据桥梁结构材料检测评定标准及桥梁结构材料的工作状态进行评定，同时对其原因进行初步分析。

2测试方法与仪器

一般测试内容:控制截面在试验荷载下的应变;控制截面在试验荷载下的挠度;裂缝开展、振型、冲击系数、自振频率等。一般测试方法:强度—取芯法;混凝土均匀性、密实性—超声波检测;钢筋锈蚀—钢筋锈蚀仪;钢筋保护层厚度—钢筋保护层厚度检测仪等。测试仪器的分类方法有很多，按仪器的工作原理分为:机械式测试仪器、电测仪器、光学仪器、声学仪器、复合式仪器、侍服式仪器等;按仪器的用途分为:测力计、应变计、位移计、倾角仪、测振仪等;按测定方法分为:平衡式和非平衡式;按结果的显示与记录方式分为:直读式、自动记录式、模拟式、数字式;按仪器与结构的相对关系分为:附着式、接触式、手持式、遥测式。

而试验中使用频率较高的仪器有应变仪、挠度仪、水准仪、全站仪、百分表等，有时候由于现场条件的限制无法直接使用仪器测试出所需要的参数，则要求测试人员有一定的经验，采用一定的措施解决[3]。

3桥梁损伤的识别与检测

3.1桥梁损伤识别方法

(1)动力指纹法:通过分析与结构动力特性相关的动力指纹法的变化来判断结构的真实情况。(2)模型修正法:主要利用直接或间接测得的资料，通过条件优化约束，不断的修正结构模型的刚度分布，从而得到结构刚度变化的信息，实现结构的损伤判别与定位。(3)人工神经网格法:是在研究神经网格中对人脑神经网格的某种简化、抽象和模拟。它具有集体运算能力、自适应的学习能力，还有较强的容错性、鲁棒性，能进行联想、综合和推广。

3.2桥梁损伤检测方法

(1)实验模态分析方法(振动模态测量方法):通过桥梁动态特性的测试，检测损伤造成的结构参数变化，来评估损伤。检测的要素为:合适的激振方法、传感器及振动测点网络、数据采集系统和模态分析软件。常用的激振方法大概有自振法、共振法和随机激励法，即利用行驶在桥上的车辆引起的振动，或是风及环境因素形成的脉动使桥跨结构产生振动。(2)应变模态测量:对应于每一阶位移模态，则必有其对应的固有应变分布状态，这种与位移模态相对应的固有应变分布状态称之为应变模态，也反映了结构的固有特征。针对桥梁结构损伤，振动模态测量方法是一种比较好的测量评估方法，而采用应力应变参数作为结构损伤敏感参数是目前桥梁结构损伤检测的一种趋势。用应变模态方法进行实桥结构损伤评估虽然还是存在一定的困难，但不失为一个值得探索的方向。采用振动位移检测确定桥梁力学状态的方法，克服了应变测量系统的弊病，为桥梁结构损伤提供了一种新的途径[3]。

4新型桥梁无损检测技术

传统的检测方法一般可以对桥梁的外观及部分结构特性进行检测，虽然能对桥梁局部关键构件、节点进行较为合理的损伤判断，然而难以全面反映桥梁的整体健康状况，对于桥梁结构的安全度、剩余寿命难以作出系统评估且对桥梁结构有一定的损坏。因此，近些年桥梁的无损检测技术得到了较大的发展，目前已有超声检测、红外检测、声发射、自然电位检测、冲击回波检测、磁试验或x射线检测、光干涉、脉冲雷达、振动试验分析等。

4.1新式桥梁无损检测方法

(1)机敏混凝土是指在混凝土中掺入短切碳纤维或(和)纳米粒子，从而使混凝土同时具有压敏特性和良好的力学性能。机敏混凝土的压敏特性是指机敏混凝土电阻随压应变或压应力变化而变化的特性，通过测量碳纤维混凝土或纳米混凝土的电阻变化，就可预测混凝土的应变或应力。机敏混凝土具有较高的强度和较大的变形能力，因此，机敏混凝土既可以作为传感器埋在混凝土桥梁和隧道结构中，监测结构的受力状态，它的耐久性与桥梁和隧道结构相同，因此称为长寿命传感器;也可以作为结构材料制作桥梁和隧道的结构构件。

(2)声发射(Acoustic Emission，简称AE)技术作为一门新型技术和科学研究课题，是德国科学家凯瑟(Kaiser)在1950年开始进行研究的。他还发现了声发射现象的不可逆效应，即凯瑟效应(Kaiser Effect)。AE技术是根据结构内部发出的應力波来判断内部损伤程度的一种新型动态无损检测方法。它可以在构件或材料的内部结构、缺陷或潜在缺陷处于运动变化的过程中进行检测[4]。

4.2桥梁无损检测方法的发展趋势

(1)光纤和其他微传感器，已研究出一种光纤测量系统，以对新浇筑混凝土内的空隙进行无损检测。光纤光栅也已被用作遥测变形，对结构混凝土构件进行监测。它还能被用来测量材料的失效、混凝土结构的碳化深度、碱反应、氯渗透和裂纹的开展等。(2)先进的桥面板检测系统，包括双带远红外热成像系统、地面渗透雷达等。(3)先进的疲劳裂纹探测和评估系统，包括测桥梁裂纹的新型超声波和磁分析仪系统、热成像系统、便携式声发射系统、无线应变测量系统、微波探测和定量分析、无源疲劳荷载测量设备和电磁声发射传感器等。(4)先进的锈蚀探测和评估技术，包括磁漏探测技术探测先张法压浆空隙的冲击—反射系统埋入式锈蚀微传感器以及以磁为基础的测量系统。(5)先进的桥梁测试和健康监测系统，包括全桥监测系统的无线电发送、精确的差分式全球定位系统(CPS)测量桥梁变形等。(6)磁力控制传感器的研究，磁铁材料的物理尺寸几乎不会受磁场的影响，通过线圈与偏磁的混合能制作出一种别致的很有用的传感器。这种传感器可能是低成本、简单并结实的，可用在预应力筋的锈蚀或断裂、混凝土养护的监测以及埋入式声发射传感器等方面。(7)用强迫振动响应法定量评估桥梁下部结构、用激光振动计测量斜拉索索力以及量化的无损检测方法与桥梁处理系统的结合。

5 结语

桥梁检测是一项复杂而细致的工作 ,不仅要求工作人员有丰富的实际现场经验 ,而且同时需要坚实的理论基础作为指导。只有把理论和实际充分结合起来 ,再加上指挥者与各试验人员之间的默契配合 ,才能做好检测工作并取得满意的数据 ,也只有这样才有可能做出准确的评估。

参考文献

[1]毕卫红，郎利影．光纤传感技术在桥梁检测中的应用[J]．研究与开发，2006(2):49-50．

[2]潘松林，张红阳．公路桥梁检测概述[J]．城市道桥与防洪，2003(5):8．

[3]余天庆，陈开利，彭苗．桥梁结构的损伤现代检测与评估[J]．世界桥梁，2004(2):17．

[4]王毅娟．桥梁检测与监测技术的开发与应用[J]．北京建筑工程学院学报，2003(6):9-10．