贾卫丽
中铁十八局集团第四工程有限公司
摘要：当前桥梁结构的安全问题已成为社会关注的热点。本文详细介绍了桥梁检测技术的意义与内涵，对桥梁检测的荷载试验法进行了阐述，并在此基础上指出了桥梁检测方法的新趋势，包括结合神经网络、数字图像处理技术、光纤传感技术和测量机器人等方法。
关键词：桥梁；检测技术；试验
20世纪中叶以来，科学技术的快速发展推动了桥梁工程技术的飞跃。随着桥梁建设的规模越来越大，造价越来越高，大型桥梁在国民经济和社会生活中的作用越来越重要，人们对大型桥梁的安全性、耐久性与正常使用功能日渐关注。据专家介绍，桥梁使用超过25年则进入老化期，而我国桥梁中的40%属于“老龄”桥梁。全国每年花费在桥梁结构日常维修、加固和置换等方面的资金十分巨大。为了保证桥梁的安全运营，必须经常对桥梁结构进行检测，桥梁结构检测已成为桥梁结构安全养护和保障正常使用的主要技术手段。研究开发能及早、准确地检查诊断桥梁表面和内部的各种损伤(如裂缝、孔洞、磨损和钢的锈蚀等)，并对桥梁损伤的发展趋势和剩余寿命作出估计，为保护和维护好桥梁提供可靠的依据，且能长期实施、对桥梁结构无损的诊断技术成为人们孜孜不倦地追求的目标。
混凝土是一种多相复合材料,内部结构较为复杂。混凝土构件在投入使用前，其内部就已经有微裂缝存在，这种微裂缝首先在较大骨料颗粒与砂浆或水泥的接触面形成，主要是由于混凝土凝结和硬化过程中水泥的干缩而引起的。对钢筋而言，使用前同样存在缺陷，由于冶炼时杂质的存在，不仅在微观上破坏钢材的连续性，而且在一定条件下会成为导致钢材锈蚀的阳极，是钢材产生电化腐蚀的直接根源。另外，混凝土梁的主筋有时是由几根钢筋焊接而成，这也会制造出有利于损伤产生和发展的薄弱环节，如焊缝中的微裂缝、焊接过程中的残余应力等。当结构受力时，这些部位将导致应力集中而首先出现破坏，是桥梁损伤产生的根源。从结构受力的角度分析，桥梁投入使用后，要经历使用荷载、超常荷载、偶发荷载(如飓风、地震等)的作用，特别是竖向荷载的重复作用，还会经受各种环境因素，如日照、温差、冻融循环、风霜雨雪等，将会导致桥梁构件的抗力退化，特别是疲劳退化和主筋腐蚀引起的强度退化，从而导致结构受力损伤，形成裂缝。此外，由于结构基础沉降及构件预应力损失所引起的应力重分布，结构环境中不确定性因素的影响等原因，使损伤机理的分析日益多元化、微元化。特别是近年来，随着人们对大型悬挂体系结构中风致振动、温度应力等因素的日益关注，更是加剧了这一趋势的发展。
1. 桥梁检测常用技术
1.1 荷载试验法
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。但是，一般进行荷载试验要封闭路线，花费的资金较多，耗费时间长，只能对重要的大型桥梁进行荷载试验。
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（1）静力试验
荷载试验非常复杂，试验前应做充分的准备工作，试验准备直接关系到试验的成败，关系到试验是否能够取得理想的数据。静力试验的具体目的在于通过测定桥跨结构在试验荷载作用下控制截面应力和挠度，并与理论计算值比较，检验实际结构控制截面应力与挠度值是否与设计要求相符；通过现场加载试验以及对试验观测数据和试验现象的综合分析，对实际结构作出总体评价，为结构评估提供技术依据。
（2）动力试验
桥梁检测动载试验是动力测定评价方法的基本测试项目。动载试验的内容主要是结构动力特性和动载响应的试验与分析，量测的主要部位是结构动力效应最大构件的动应力及动变形的控制截面。一般来说，检测项目主要包括桥梁动力特性模态参数测试(频率、振型、阻尼比);桥梁动力响应测试(动挠度、动应力、加速度、冲击系数)。
2. 桥梁检测方法的新趋势
2.1 车桥耦合振动
车辆行驶过桥时会和桥梁间产生相互振动，即车桥耦合振动。在已知车辆参数(车速、车重、轴距等)与桥梁参数(截面参数、跨径、结构形式等)的前提下，对系统进行车桥耦合振动动力分析，可以得到车辆以不同车速行驶过桥时产生的车辆竖向加速度时程曲线，进而得到车辆竖向加速度的理论峰值。将该车辆理论竖向加速度峰值与车辆上预装的加速度传感器所测试到的竖向加速度实测峰值进行对比，即可大致评定出该桥梁的实际健康状况。
2.2 神经网络损伤识别
使用人工神经网络方法构造BP模型，在桥梁结构受力之间建立映射关系，在实际的桥梁检测过程中，只需要对部分桥索受力情况进行实地检测，通过BP模型的映射，就可以得到其余桥索受力值。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训练网络，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，如果学习过程是成功的，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。
2.3 数字图像处理技术
图像测量技术是近年来在测量领域中形成的新的测量技术。所谓图像测量就是测量被测对象时，把图像当作检测和传递信息的手段或载体加以利用的测量方法，其目的是从图像中提取有用的信号。这就避免了人工检测中存在的效率低、速度慢、重复可比性差、环境局限性大等弊端。而且，对于那些在检测人员所能触及到的范围以外的情况，通过传统方法量测其难度和危险性是相当大的。
2.4 光纤应变传感器测试系统
光纤传感技术是利用光纤对某些特定的物理量敏感的特性，将外界物理量转换成可以直接测量的信号的技术。将光纤传感器应用于桥梁测量中，可实现对桥梁钢索的索力及预应力连续混凝土梁内部应力、应变特性的测量和监测，构成所谓的光纤智能桥梁。系统中采用了波长扫描光源，并用了两个准直结构的法布里—珀罗干涉仪，一个作为参考干涉仪，另一个作为传感干涉仪。从而实现了较大范围的绝对距离测量，并放宽了对于光源稳定性、扫描重复性的要求，使系统在距离的长期监控测量方面较现有的其他测量方法具有更大的优势。
2.5 新型桥梁检测设备研制
检测设备研制主要有新型桥梁检测车和新型桥梁检测平台。其中，测量机器人是一种能够进行自动搜索、锁定、精确照准目标,并自动获取和记录角度、距离、坐标及影像信息的智能型测量仪器。它集成了光电测距系统、电子测角系统、伺服马达驱动系统、CCD影像传感器、ATR自动目标识别机构等装置，利用其内置的中央处理器,控制仪器的运行、输入、输出、计算。由于采用了ATR自动照准装置，其观测速度更快。仪器至目标的视距增加，解决了精密水准测量方法中视距受限的问题。
结语：
传统的桥梁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，为桥梁结构的施工质量性能做出更准确的评价。同时，学科交叉的现象日益普遍，特别是将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，必将推动该技术的飞速发展，这也是值得我们关注的一个方向。
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作者简介：
贾卫丽，中级工程师，中铁十八局集团第四工程有限公司，研究方向：建筑工程。电话：13343214733。 1980.12.12出生，一级注册建造师（建筑工程和市政工程）。
论文作者:贾卫丽
论文发表刊物:《基层建设》2016年3期
论文发表时间:2016/5/30
标签：桥梁论文; 结构论文; 荷载论文; 测量论文; 应力论文; 损伤论文; 系统论文; 《基层建设》2016年3期论文;