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摘要：简述了桥梁结构检测的主要内容与评定方法,结合目前桥梁检测技术发展的现状,对桥梁检测技术进行了综合评价,并介绍了桥梁检测技术的发展前景,从而确保桥梁长期安全运营, 还介绍了国内外一些新的桥梁检测技术的现状和最新发展趋势,以推动桥梁检测技术的发展.
关键词:桥梁检测；桥梁检查；荷载试验
中图分类号：K928.78 文献标识码：A 文章编号：
随着我国公路、市政桥梁事业的发展,新建高速公路及市政桥梁越来越多,同时既有的许多桥梁亦逐渐进入了养护维修阶段,桥梁管理者对桥梁的养护已日益重视。通过对桥梁的全面检测,系统地收集当前桥梁技术数据,积累技术资料,为充实桥梁数据库、加强桥梁科学管理和提高桥梁技术水平提供必要条件;通过合理设计检测的方法,辅以布设长期监测设备,逐步建立桥梁健康监测系统,所出现的一系列问题都需要相应的维修、改造和加固来解决,而这些工作又必须在对桥梁结构详细和系统的检测的基础上才能妥善进行。这样方能确保桥梁长期安全运营,以发挥其最佳经济效益和社会效益。
1 .桥梁检测准备工作
检测就是要根据实际情况对桥梁进行评估，因此检测前需要全面了解被检测桥梁的各方面情况。根据检测工作要求安排计划、准备各类检测和试验器具。另外一个重要的内容就是资料收集。资料收集不仅包括设计资料，还包括施工资料以及有关的养护、维修、加固资料。
2.桥梁表观检查分析与评价
桥梁从总体上可以分为上部结构、下部结构、附属结构。上部结构在梁式桥中主要是指主梁；下部结构包括桥墩、桥台、基础与承台、桩等；附属结构有桥面铺装、栏杆、伸缩缝等。每个部位都有其自己的受力特征，病害也有一些共性，如果出现的不是常规病害，应当仔细研究找出病因。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。表观检查要达到可以定量反映桥梁结构状况依据相关规范评定桥梁技术等级的要求。结构资料的调查包括了解桥梁的原结构设计、施工工艺及过程以及桥梁的结构维修养护历史等。材料检测主要是指桥梁结构材料的无损或微损检测。对于钢筋混凝土桥梁来讲,主要是混凝土与钢筋的相关检测,包括混凝土的强度等级、碳化深度、与耐久性有关的含碱量和氯离子含量,以及钢筋的锈蚀状况、保护层厚度测试等。表观检查和材料检测技术及相关测试仪器设备发展很快,是桥梁无损检测的重点研究领域。测试仪器设备及相关技术研究在国外桥梁无损检测研究方面占有很大的比重,相继研制成功或正在研制融合电、磁、雷达、数字信号处理等相关学科的高技术成套测试仪器和设备。如用于桥面板检测的双频带红外线自动温度成像系统;用于桥面板检测的探地雷达成像系统;整桥测量的激光雷达;整桥测量的无线电脉冲转发器等。
3.桥梁承载力的荷载检测法
桥梁结构荷载试验是对桥梁结构物工作状态进行直接测试的一种检定手段,是对桥梁结构性能最直观、最可靠的检测方法,按施加荷载的类型可分为静载试验和动载试验,我国在这方面有成熟的方法和标准。桥梁结构静载试验是按照桥梁的设计荷载等级,根据荷载的最不利位置布置静载(通常是载重汽车),或者根据桥梁结构的控制内力确定荷载及其位置,对桥梁结构进行加载,静载试验的加载量一般为设计荷载的0.8倍~1.0倍,试验前应先进行估算。桥梁结构动载试验采用车辆通过、冲击或环境激振等加载荷载方式,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,进而得到桥梁结构特性。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。桥梁结构动力响应损伤识别在理论上被大家认可的是融合振动理论、振动测试技术、信号采集与分析等跨学科技术的试验模态分析法,其识别方法有系统识别、神经网络、遗传算法等,系统识别方法的分析概念和分析过程同静力响应损伤识别,其中主要是神经网络方法。桥梁动力特性测试简便易行,对测试条件要求少,因而被认为是在桥梁结构损伤识别领域最有前途的桥梁无损检测技术。
4. 桥梁检测技术的发展趋势
(1)桥梁无损伤检测技术
传统的桥梁检测方法主要依赖于动静载试验和检测人员的现场目测,辅以混凝土硬度实验、超声波探测、腐蚀作用实验等多种检测手段。进入20世纪90年代,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势态,先后涌现出一大批新的检测方法和检测手段,使无损检测技术向着智能化、快速化、系统化的方向发展。近年来,致力于桥梁检测的研究人员提出了许多成功的方法对桥梁进行非破坏性评估。一些新的方法被广泛应用于橋梁检测,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。
(2)桥梁结构损伤识别技术
小波分析损伤识别法。由于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。小波分析在损伤识别中的应用是多方面的,如:奇异信号检测、信噪分离、频带分析等。神经网络在损伤识别中的基本思路是:首先,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。
5.结束语
桥梁检测是一项要求相当细致的工作，检测人员不仅要有丰富的实际现场经验，同时还要有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，做出准确的评估。
(1)通过对桥梁进行检测可以得知,桥梁的运营状态,确保其安全使用。传统检测方法在精度和简便性等方面有所不足，随着计算机和科学技术的快速发展,人工智能将广泛地运用在各类桥梁结构的检测试验和分析上。
(2)学科交叉现象日益普遍,一些高新技术的最新研究成果应用于桥梁无损检测技术的研究,必将推动桥梁检测技术的飞速发展。
参考文献
[1]谢开仲,曾倬信,王晓燕.桥梁工程检测技术研究[J].广西大学学报(自然版),2003(6).
[2]徐日昶,王博仪,赵家奎.桥梁检验[M].北京:人民交通出版社,1989.
[3]刘沐宇,袁卫国.桥梁无损检测技术的研究现状与发展[J].中外公路,2002,22:(6).
[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(2)：34—36．
[5]邓苗毅，王复明．钢筋混凝土桥梁检测与损伤评价[J]．交通科技。2004(4)：20—22．
[6]王建华，孙胜江．桥梁工程试验检测技术[M]．北京：人民交通出版社，2004．
关键词:桥梁检测；桥梁检查；荷载试验
中图分类号：K928.78 文献标识码：A 文章编号：
随着我国公路、市政桥梁事业的发展,新建高速公路及市政桥梁越来越多,同时既有的许多桥梁亦逐渐进入了养护维修阶段,桥梁管理者对桥梁的养护已日益重视。通过对桥梁的全面检测,系统地收集当前桥梁技术数据,积累技术资料,为充实桥梁数据库、加强桥梁科学管理和提高桥梁技术水平提供必要条件;通过合理设计检测的方法,辅以布设长期监测设备,逐步建立桥梁健康监测系统,所出现的一系列问题都需要相应的维修、改造和加固来解决,而这些工作又必须在对桥梁结构详细和系统的检测的基础上才能妥善进行。这样方能确保桥梁长期安全运营,以发挥其最佳经济效益和社会效益。
1 .桥梁检测准备工作
检测就是要根据实际情况对桥梁进行评估，因此检测前需要全面了解被检测桥梁的各方面情况。根据检测工作要求安排计划、准备各类检测和试验器具。另外一个重要的内容就是资料收集。资料收集不仅包括设计资料，还包括施工资料以及有关的养护、维修、加固资料。
2.桥梁表观检查分析与评价
桥梁从总体上可以分为上部结构、下部结构、附属结构。上部结构在梁式桥中主要是指主梁；下部结构包括桥墩、桥台、基础与承台、桩等；附属结构有桥面铺装、栏杆、伸缩缝等。每个部位都有其自己的受力特征，病害也有一些共性，如果出现的不是常规病害，应当仔细研究找出病因。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。表观检查要达到可以定量反映桥梁结构状况依据相关规范评定桥梁技术等级的要求。结构资料的调查包括了解桥梁的原结构设计、施工工艺及过程以及桥梁的结构维修养护历史等。材料检测主要是指桥梁结构材料的无损或微损检测。对于钢筋混凝土桥梁来讲,主要是混凝土与钢筋的相关检测,包括混凝土的强度等级、碳化深度、与耐久性有关的含碱量和氯离子含量,以及钢筋的锈蚀状况、保护层厚度测试等。表观检查和材料检测技术及相关测试仪器设备发展很快,是桥梁无损检测的重点研究领域。测试仪器设备及相关技术研究在国外桥梁无损检测研究方面占有很大的比重,相继研制成功或正在研制融合电、磁、雷达、数字信号处理等相关学科的高技术成套测试仪器和设备。如用于桥面板检测的双频带红外线自动温度成像系统;用于桥面板检测的探地雷达成像系统;整桥测量的激光雷达;整桥测量的无线电脉冲转发器等。
3.桥梁承载力的荷载检测法
桥梁结构荷载试验是对桥梁结构物工作状态进行直接测试的一种检定手段,是对桥梁结构性能最直观、最可靠的检测方法,按施加荷载的类型可分为静载试验和动载试验,我国在这方面有成熟的方法和标准。桥梁结构静载试验是按照桥梁的设计荷载等级,根据荷载的最不利位置布置静载(通常是载重汽车),或者根据桥梁结构的控制内力确定荷载及其位置,对桥梁结构进行加载,静载试验的加载量一般为设计荷载的0.8倍~1.0倍,试验前应先进行估算。桥梁结构动载试验采用车辆通过、冲击或环境激振等加载荷载方式,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,进而得到桥梁结构特性。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。桥梁结构动力响应损伤识别在理论上被大家认可的是融合振动理论、振动测试技术、信号采集与分析等跨学科技术的试验模态分析法,其识别方法有系统识别、神经网络、遗传算法等,系统识别方法的分析概念和分析过程同静力响应损伤识别,其中主要是神经网络方法。桥梁动力特性测试简便易行,对测试条件要求少,因而被认为是在桥梁结构损伤识别领域最有前途的桥梁无损检测技术。
4. 桥梁检测技术的发展趋势
(1)桥梁无损伤检测技术
传统的桥梁检测方法主要依赖于动静载试验和检测人员的现场目测,辅以混凝土硬度实验、超声波探测、腐蚀作用实验等多种检测手段。进入20世纪90年代,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势态,先后涌现出一大批新的检测方法和检测手段,使无损检测技术向着智能化、快速化、系统化的方向发展。近年来,致力于桥梁检测的研究人员提出了许多成功的方法对桥梁进行非破坏性评估。一些新的方法被广泛应用于橋梁检测,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。
(2)桥梁结构损伤识别技术
小波分析损伤识别法。由于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。小波分析在损伤识别中的应用是多方面的,如:奇异信号检测、信噪分离、频带分析等。神经网络在损伤识别中的基本思路是:首先,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。
5.结束语
桥梁检测是一项要求相当细致的工作，检测人员不仅要有丰富的实际现场经验，同时还要有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，做出准确的评估。
(1)通过对桥梁进行检测可以得知,桥梁的运营状态,确保其安全使用。传统检测方法在精度和简便性等方面有所不足，随着计算机和科学技术的快速发展,人工智能将广泛地运用在各类桥梁结构的检测试验和分析上。
(2)学科交叉现象日益普遍,一些高新技术的最新研究成果应用于桥梁无损检测技术的研究,必将推动桥梁检测技术的飞速发展。
参考文献
[1]谢开仲,曾倬信,王晓燕.桥梁工程检测技术研究[J].广西大学学报(自然版),2003(6).
[2]徐日昶,王博仪,赵家奎.桥梁检验[M].北京:人民交通出版社,1989.
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[6]王建华，孙胜江．桥梁工程试验检测技术[M]．北京：人民交通出版社，2004．