桥梁监测技术的发展

桥梁检测技术的最新进展

摘要：随着科学技术的快速发展，特别是随着我国公路建设投资规模的加大，我国桥梁建设事业得到了突飞猛进的发展。由于桥梁建设规模越来越大，大型桥梁在国民经济和社会生活中的地位和作用越来越重要，人们对这些大型桥梁的施工质量、安全性以及正常使用功能日渐关注，围绕桥梁结构质量检测开展了大量的工作。桥梁检测的工作内容比较多，涉及到很多方面，其从检测方法上来分，可分为静载试验、动载试验和无损检测。本文就重点对以上几种检测方法做一下介绍，阐述以上几种检测方法的最新进展情况。

关键词：荷载试验；无损检测；冲击回波法检测

0 绪论

50多年来，我国的桥梁结构检测技术经历了从无到有、从单项到全面、从局部到整体的发展过程。特别是最近的20多年，结构的检测技术得到了快速的发展，其应用对象已经从开始阶段的单层的破旧民居扩展到建设工程中的各类结构。

结构检测的发展与应用对于提高建设工程的质量起到了积极的作用，尤其是一些新技术的出现，更是让一些大型的桥梁结构得到了质量上的保证。在节省国家与企业的资金、保障企业生产安全和人民生命财产的安全方面也起到了一定的作用。本文主要介绍桥梁检测技术的发展历程和新技术的检测方法。

1 荷载试验在检测中的应用

1.1 静载试验

静载试验又称静力荷载试验，其定义是将静止的荷载作用与桥梁上的指定位置，以便能够测试出结构的静应变、静位移以及裂缝等，从而推断桥梁结构在荷载作用下的工作状态和使用能力的试验。对于桥梁结构来说，静载往往是指一缓慢速度行驶到桥上指定的荷重级别的车辆荷载。

桥梁结构静力荷载试验的目的：

(1)、检验桥梁结构设计与施工质量；

(2)、验证桥梁结构设计理论和计算方法；

(3)、直接了解桥梁结构承载情况，借以判断桥梁结构实际的承载能力；

(4)、积累科学技术资料，充实与发展桥梁计算理论和施工技术。

桥梁静载试验中梁截面挠度的激光测试方法：在桥塔架设一个自准直激光器，在桥梁的待测截面架设接收屏，利用数码摄像机拍摄接收屏上动静态激光光斑图象，在加载情况下，桥梁待测截面产生位移，激光光标随之产生移动，通过标定及图象中心法处理，可以计算出所测量截面的挠度，该方法检测精度高、方法简单实用。属于一种新型检测技术。

1．2 动载试验

动载试验又称动力荷载试验，其定义是采用动力荷载，如行驶的汽车荷载或其他动力荷载作用与桥梁结构上，以测出结构的动力特性，如振动变形，从而判断出桥梁结构在动力荷载下受冲击和振动影响的试验。桥梁的动力荷载试验与静力荷载试验相比具有起特殊性。首先，引起结构产生的振源(如车辆、人群、阵风或地震力等)和结构的振动影响是随时间而变化的，而结构在动荷载作用下的响应与结构本身的动力特性有密切关系，动荷载产生的动力效应一般大于相应的静力效应；有时，甚至在一个不大的动荷载作用下，也可能使机构受到严重的损坏。

桥梁结构动力荷载试验的目的：

(1)、测定动荷载的动力特性，即引起机构产生振动的作用力的数值、方向、频率和作用规

律等；

(2)、测定结构的动力特性，如结构的自振频率，阻尼特性及固有振型等；

(3)、测定结构在动荷载作用下的强迫振动的响应，如振幅、动应力、冲击系数及疲劳性能等。

2 无损检测技术在桥梁检测中的应用与发展

桥梁工程中无损检测技术的形成和发展与混凝土无损检测技术的发展密切相关。

所谓混凝土无损检测技术，是在不破坏混凝土内部结构和使用性能的情况下，利用声、光、热、电、磁和射线等方法测定有关混凝土性能的物理量，推测混凝土强度、缺陷等的测试技术。

混凝土无损检测的优点：具有不破坏结构的构件、不影响其使用性能、可以探测机构内部的缺陷、可以连续测试和重点测试等特点。

随着科学技术的发展，无损检测技术突破了原有的范畴，出现了许多新的测试方法，例如微波吸收、雷达扫描、红外热谱以及脉冲回波等新技术。

2．1 冲击回波法检测混凝土强度

2．1．1 冲击回波法检测意义

为了无破损地探测结构内部缺陷(空洞、剥离层、疏松层、裂缝等)，目前较多的无破损检测方法是超声法。这是因为该法可以穿透(传播)较远距离，且安全方便。但该方法目前采用的是穿透测试，需要两个相对测试面，这就限制了它的应用范围，另外，由于采用穿透测试，不能获得表明缺陷的明确信号，只能根据许多测点测试数据的相对比较，以统计概率法来处理数据、评断缺陷，因而不够直观，而且要测量许多测点后才能作出评断。另外这些结构往往还需要测量厚度，而现有的测量混凝土结构厚度的方法，包括超声脉冲法都还存在一些问题。

长期以来，人们一直寻求以声波反射(回波)的方法来探测混凝土内部缺陷。这样可以有以下优点：(1)可单面测试，扩大应用范围；(2)可获得缺陷明确的反射信号、直观、测一点即可判断一点；(3)不用丈量测距,测试方便；(4)可以很方便地测量结构厚度。

针对这些问题，国际上从20世纪80年代中期开始研究一种新型的无破损检测方法—冲击反射法。该法是在结构表面施以微小冲击，产生应力波，当应力波在结构中传播遇到缺陷与底面是，将产生来回反射并引起结构表面微小的位移响应。接收这种响应并进行频谱分析可获得频谱图。频谱图上突出的峰就是应力波在结构表面与底面及缺陷间来回反射形成的。根据最高峰的频率值可计算出结构厚度；根据其他频率峰可判断有无缺陷及其深度。

2．1．2 测试原理

这种测试方法系单面反射测试，测试方便、快速、直观，且测一点即可判断一点。这种新型的检测方法可用于各类土木工程的混凝土和沥青混凝土结构的内部缺陷探测和厚度测量，而特别适合于单面结构。国外已将冲击反射法大量用于工程实测中，如探测混凝土结构内的疏松区。其测试原理为钢珠弹击(冲击)混凝土表面，形成一瞬间应力脉冲。该应力脉冲由压缩波(纵波、P)、剪切波(横波、S)和瑞利波(R波)组成.P波和S波沿圆形波阵面传入试体,R波沿表面传播.当P、S波在传播过程中遇到缺陷或边界时，由于两种介质的声阻抗率不同，应力波在这些界面外将发生反射。这样，在表面与界面(缺陷与边界)之间产生多重反射结果形成瞬时的类谐振条件。当把一个传感器置于冲击点附近时，即可测出该处由于多次反射波引起的表面位移响应。

冲击反射测量中，主要关心的是P波，因为由P波所引起的表面位移比S波大得多。在传感器所获得的时间~位移曲线上可看到P波多次反射引起的表面位移变化情况。

2．2 雷达法检测技术

相对于超声法检测技术，雷达法检测技术是一种新兴的建设工程无损检测技术。雷达法检测