中交路橋科技是從事工程檢測(cè)監(jiān)測(cè)、城市安全監(jiān)測(cè)預(yù)警與評(píng)價(jià)、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復(fù)合型高新技術(shù)集團(tuán)企業(yè)。
隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和交通運(yùn)輸事業(yè)的日趨繁榮，橋梁建設(shè)的規(guī)模越來(lái)越大，結(jié)構(gòu)類(lèi)型越來(lái)越新穎、復(fù)雜。橋梁在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活中的作用越來(lái)越重要，人們對(duì)大型橋梁的安全性、耐久性與正常使用功能日漸關(guān)注。本文對(duì)現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外的橋梁檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，探討橋梁檢測(cè)技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。
關(guān)鍵詞：公路橋梁；檢測(cè)技術(shù)；發(fā)展趨勢(shì)
橋梁在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中不可避免會(huì)發(fā)生各種各樣的結(jié)構(gòu)損傷。根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)橋梁的損傷情況進(jìn)行原因調(diào)查的結(jié)果顯示，導(dǎo)致橋梁損傷的主要因素有3個(gè)方面：① 早期橋梁的設(shè)計(jì)理論較為保守且不夠全面，無(wú)法滿(mǎn)足目前的交通量以及荷載要求，橋梁長(zhǎng)期處于超負(fù)荷工作狀態(tài)；②早期對(duì)橋梁養(yǎng)護(hù)維修的重要性認(rèn)識(shí)不足，部分橋梁長(zhǎng)期處于帶病工作狀態(tài)導(dǎo)致病害進(jìn)一步擴(kuò)大；③外部環(huán)境因素對(duì)橋梁產(chǎn)生的影響，如洪水、溫度變化、地震、海水腐蝕、撞擊等。這些損傷橋梁的使用輕則導(dǎo)致交通受阻、人們生活不便、重則可能造成嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。因此，橋梁檢測(cè)技術(shù)對(duì)橋梁的安全運(yùn)營(yíng)具有重要意義。
1、紅外熱像儀與雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)
在橋梁的質(zhì)量檢測(cè)中采用超生波、紅外熱像儀以及雷達(dá)等檢測(cè)技術(shù)，一天內(nèi)可對(duì)幾十種橋梁的橋面或是上千公里路面進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量。紅外熱像儀是通過(guò)紅外攝影機(jī)而獲取橋梁的溫度圖。其中溫度較高的點(diǎn)（熱點(diǎn)）則是由于橋梁薄得仿佛是充滿(mǎn)空氣的絕緣體般，因此熱點(diǎn)部分的混凝土，其溫度上升速度相比其他點(diǎn)更快些。雷達(dá)是借助電磁波對(duì)受測(cè)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)。其工作原理是想受測(cè)目標(biāo)發(fā)射電磁脈沖，使發(fā)射出的電磁脈沖構(gòu)成電磁波并從混凝土的異質(zhì)界面中反射回來(lái)，形成回波。回波對(duì)混凝土而言具有密切的關(guān)系，其交替變化的波形可將混凝土中的損害情況以及裂縫情況檢測(cè)出來(lái)。紅外熱像儀與雷達(dá)聯(lián)合使用可有效檢測(cè)公路橋梁現(xiàn)有的大部分病害種類(lèi)。
2、光纖傳感器檢測(cè)技術(shù)
現(xiàn)階段，光纖傳感器的應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛，可遍及全世界，此種檢測(cè)技術(shù)所涉及的物理量檢測(cè)種類(lèi)已超出 100 種，常見(jiàn)的有輻射、液位、水聲、磁場(chǎng)、電壓、電流、電場(chǎng)、位移、振動(dòng)、壓力以及溫度等物理量。橋梁質(zhì)量檢測(cè)所用傳感器的工作原理是，光纖在經(jīng)受了拉壓影響后，應(yīng)變位置的布里淵散射光也會(huì)相應(yīng)的發(fā)生改變。通過(guò)對(duì)頻率的觀察，光纖軸向的應(yīng)變量與布里淵散射頻移呈正比關(guān)系。
通過(guò)檢測(cè)設(shè)備對(duì)布里淵散射頻移以及光纖溫度的測(cè)量結(jié)果，進(jìn)一步計(jì)算橋梁的變形情況。根據(jù)“光損”的測(cè)量情況而計(jì)算橋梁的變形詳細(xì)數(shù)據(jù)，其計(jì)算結(jié)果可精確到0.02mm。通過(guò)光脈沖反射的傳輸時(shí)間可明確橋梁發(fā)生變形的具體位置，其誤差大小在0.75m 內(nèi)。在橋梁檢測(cè)中結(jié)合這兩種方法可了解一定長(zhǎng)度內(nèi)橋梁的變形大小與變形位置分布詳情。光纖傳感器處于狹窄的范圍內(nèi)依舊可實(shí)現(xiàn)測(cè)量效果，因此施工期間可將傳感器埋藏于橋梁內(nèi)，通過(guò)兩端的接收儀器可起到長(zhǎng)期監(jiān)控橋梁質(zhì)量的效果。
3、無(wú)線電檢測(cè)技術(shù)
美國(guó)聯(lián)邦的公路管理局曾針對(duì)鋼橋疲勞損傷情況的檢測(cè)而開(kāi)發(fā)了橋梁檢測(cè)設(shè)備，該檢測(cè)設(shè)備的主要原理認(rèn)為導(dǎo)致鋼橋構(gòu)件產(chǎn)生裂縫的原因是由于橋梁長(zhǎng)期承受具有周期性特點(diǎn)的荷載。橋梁結(jié)構(gòu)的裂縫的擴(kuò)大程度較細(xì)微，而橋梁結(jié)構(gòu)表面的擴(kuò)大會(huì)隨著釋放出的能量為產(chǎn)生應(yīng)力波。無(wú)線電檢測(cè)技術(shù)可確定一定數(shù)量的應(yīng)力波以及相應(yīng)的準(zhǔn)確位置。此外，美國(guó)聯(lián)邦的公路管理局還為此開(kāi)發(fā)了其他的檢測(cè)技術(shù)，即聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)，此技術(shù)原先常用檢測(cè)礦山地壓的施工質(zhì)量，如今其檢測(cè)范圍以及普及到其他行業(yè)，例如高架橋梁、水壩、化工容器、造船業(yè)、飛機(jī)等行業(yè)。
現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)已生產(chǎn)出聲發(fā)射類(lèi)型的橋梁檢測(cè)設(shè)備，并以在現(xiàn)有橋梁的檢測(cè)工作中成功應(yīng)用。
聲發(fā)射類(lèi)型的檢測(cè)設(shè)備可對(duì)橋梁各項(xiàng)材料的內(nèi)部情況進(jìn)行了解，例如裂紋分布情況、裂紋發(fā)展情況等，通過(guò)對(duì)材料內(nèi)部情況的了解，對(duì)橋梁的施工技術(shù)進(jìn)行深入研究，從而預(yù)測(cè)橋梁的使用壽命。聲發(fā)射監(jiān)測(cè)設(shè)備的原理是，掌握聲波在各類(lèi)材料內(nèi)部的縱波傳播速度以及傳播方向，然后結(jié)合縱波與各傳感器接觸時(shí)的時(shí)差，對(duì)材料內(nèi)部存在缺陷的位置進(jìn)行判斷。小波分析是指小波形的分析，常用于分析橋梁結(jié)構(gòu)以及樁基的檢測(cè)結(jié)果。
4、感應(yīng)檢測(cè)技術(shù)
感應(yīng)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛，針對(duì)檢測(cè)橋梁當(dāng)中的物理量而研發(fā)的傳感器種類(lèi)相當(dāng)多。例如加速計(jì)，主要用于測(cè)量由于橋梁鋼筋斷裂所引起的應(yīng)力波；小型感應(yīng)裝置，可埋藏于橋梁梁體內(nèi)部，主要測(cè)量鋼筋銹蝕情況與混凝土的氯離子含量、導(dǎo)電率；位移傳感器，主要用于橋梁翼墻的位移。這幾類(lèi)設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，可在各種在建橋梁與在用橋梁中大量使用。
5、其他橋梁檢測(cè)技術(shù)
5.1．激光系統(tǒng)。該技術(shù)使采用激光系統(tǒng)對(duì)受測(cè)目標(biāo)的三維坐標(biāo)進(jìn)行即時(shí)測(cè)量。該系統(tǒng)在測(cè)量木材、混凝土以及普通鋼材中可起到良好的測(cè)量效果。激光系統(tǒng)可快速而準(zhǔn)確的對(duì)橋梁中因汽車(chē)通過(guò)而產(chǎn)生變形的部分進(jìn)行測(cè)量，借助長(zhǎng)時(shí)間的檢測(cè)還可對(duì)坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，從而判斷橋梁有無(wú)產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力或是沉降等損傷。
5.2．新型傳感器。國(guó)內(nèi)外已開(kāi)發(fā)的傳感器有多種，例如光纖光柵問(wèn)題傳感器、三向加速度計(jì)、磁通量傳感器與超聲波三向風(fēng)速儀等。伴隨著國(guó)內(nèi)大量早期建設(shè)橋梁均步入了病害爆發(fā)的時(shí)期，突出了橋梁檢測(cè)工作量大、檢測(cè)設(shè)備功能單一、檢測(cè)設(shè)備昂貴以及設(shè)備不完善等問(wèn)題。與國(guó)外的橋梁檢測(cè)技術(shù)相比，國(guó)內(nèi)檢測(cè)技術(shù)仍存在許多不足，可進(jìn)步空間還很大，國(guó)內(nèi)橋梁檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息化、智能化以及自動(dòng)化還須進(jìn)行長(zhǎng)期的努力發(fā)展。
5.3．智能支座。智能支座內(nèi)部設(shè)有多個(gè)光學(xué)纖維傳感器，主要用于測(cè)量橋梁的剪力與壓應(yīng)變。該測(cè)量設(shè)備可借助預(yù)設(shè)在內(nèi)部的光學(xué)纖維傳感器對(duì)橋梁恒載以及活載的分布情況進(jìn)行采集，為橋梁技術(shù)狀況的判斷提供依據(jù)。
6、橋梁檢測(cè)未來(lái)發(fā)展方向
①將通過(guò)無(wú)線電通訊方式進(jìn)行的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用到實(shí)踐中去，開(kāi)發(fā)出能夠適應(yīng)風(fēng)荷載和交通荷載等的最優(yōu)傳感器測(cè)試技術(shù)，以便于更加快速、精確、便利的采集相關(guān)數(shù)據(jù)。②組裝能進(jìn)行自動(dòng)損傷識(shí)別的系統(tǒng)，及時(shí)快速的自動(dòng)進(jìn)行識(shí)別、反饋信息至控制中心。③把現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到橋梁工程檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)中，雙雙結(jié)合，發(fā)揮各自?xún)?yōu)勢(shì)，進(jìn)而達(dá)成網(wǎng)絡(luò)技術(shù)資源的共享。④建立設(shè)計(jì)、施工到營(yíng)運(yùn)的各個(gè)環(huán)節(jié)的完備數(shù)據(jù)資料統(tǒng)計(jì)庫(kù)，方便隨時(shí)進(jìn)行校對(duì)及安全檢測(cè)等。 可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)關(guān)于橋梁工程檢測(cè)技術(shù)的研究將會(huì)伴隨新材料、新技術(shù)的更新不斷前進(jìn)，朝著實(shí)用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、可靠性強(qiáng)、高效智能化、信息化等多個(gè)方面研究發(fā)展，做到盡量減少橋梁工程中的不安全因素，進(jìn)而保證橋梁工程的質(zhì)量。
7、結(jié)束語(yǔ)
隨著公路交通建設(shè)的發(fā)展，以及橋梁使用年齡的增長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)老化的數(shù)量越來(lái)越多，橋梁檢測(cè)的需求會(huì)越來(lái)越強(qiáng)烈。雖然目前已有不少可以應(yīng)用的檢測(cè)技術(shù)，但有些技術(shù)仍需進(jìn)一步完善才能達(dá)到普遍應(yīng)用的階段。因此，橋梁檢測(cè)領(lǐng)域需不斷研究更新的橋梁檢測(cè)技術(shù)，借助不斷優(yōu)化的檢測(cè)技術(shù)，發(fā)現(xiàn)在用橋梁的現(xiàn)存問(wèn)題，及早掌握處理橋梁中的病害，從而保持橋梁的長(zhǎng)期健康狀態(tài)，維護(hù)正常的交通運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)：
[1]李曉元，陳晨，王金川．淺談橋梁檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用、研究和發(fā)展[J]．科協(xié)論壇（下半月），2010，（10）：01-02．
[2]肖天超．低應(yīng)變反射波法在某工程橋梁樁基淺部缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用分析.科技信．2009，（21）：289-290．
[3]韓雨，楊偉．聲波透射法在橋梁樁基檢測(cè)中的案例分析[J]．科學(xué)技術(shù)與工程。2011，（07）：1617-1619．
