公路桥梁结构的损伤检测技术研究

公路桥梁结构的损伤检测技术研究

黎灿锋

黎灿锋

东莞市杰高建设工程监理有限公司广东东莞523000

摘要：随着时代的不断发展，尤其是近些年来交通事业的蓬勃发展，桥梁的重要性日益凸现出来，但有一点值得我们注意的是，随着汽车交通量不断增大，外加重车交通增加等一系列综合因素，使得现役桥梁的质量越来越劣化。鉴于此，233位以及工作人员就必须根据实际需要对其健康状况进行损伤检测及安全评估。本文将会分为局部技术和整体技术两个方面对其进行研究，希望能够得到一些借鉴和参考。

关键词：公路桥梁；检测技术；局部检测；整体检测

众所周知，桥梁结构在运营过程中很多时候都会受到各种自然灾害的影响而产生损伤（知识损伤的程度不同而已），结构损伤经过时间的不断推移会不断降低结构的使用性能，严重的话甚至发生结构破坏。就目前而言，我国大量公路桥梁已经出现了程度不同的损伤，如果我们还是听之任之而不采取相应的措施予以处理，许多桥梁将很快就会寿终正寝。据相关数据统计显示，广东省内有超过一万八千座公路桥梁，其中三、四类桥梁有超过四千座已经发生了损坏，超过总数的百分之二十。从这一点上来看，当前进行桥梁检测、维修以及相应的加固改造问题已经成为我国各个地区面临的共性问题。我们必须引起高度重视。

一、局部检测技术

所谓的局部检测技术指的是集中重点的检查结构目标部位，通常情况下以无损检测技术为主要工具，用于结构的局部损伤探测，相对而言可较精确地对结构缺陷部位进行探查、定位、甚至进行必要的定量分析，下面为主要的几种局部检测技术。

1、超声波法。

这是一种利用应力波在固体介质中传播是否受到干扰的基本原理来材料、结构是否受到损伤进行诊断的有效方法。该方法是如何实现的呢？具体地说，就是把发射探头和接收探头置于结构的表面，接收探头可以接收通过发射探头发射出来的超声波，根据超声波的波速、相位、频率、振幅等声学参数进行诊断的过程。除此之外，在检测结构的内部损伤过程中，超声波法又可以分为反射法和透射法，其中反射法主要是通过测定透射结构超声波的传播速度来诊断是否存在损伤及损伤的具体位置，透射法则通过测定反射波到达接收探头的传播时间，通过这种方式来检测与诊断结构是否发生了损伤。事实证明，超声波法在目前而言应用范围是极其广泛的，不仅可以测定各向同性材料，与此同时还能够测定各项异性材料的使用性能能否达标。

2、红外线法。

当结构内部有孔洞、缺陷或者结构表面混凝土存在剥离的情况下，损伤部位位置的温度在很多时候会与正常部位产生不同程度的差异，也就是形成一个温度差。我们通常所说的红外线法就是当物体内部存在缺陷的情况下，改变物体的热传导，通过这些变化来探测结构缺陷与损伤的具体位置。总的来说，红外线法具有可远离观测物，全天候检测的优点，但也有不足之处，那就是设备复杂，所需耗费的成本比较高，且测量的过程中需要将交通关闭掉，这也是阻碍其广泛应用的重要原因之一。

3、射线法。

射线法主要包括两种：X射线法和射线法。其工作原理是通过利用射线极强的穿透性（物体）来获得结构的射线谱相，然后根据射线谱相来诊断结构的损伤情况。值得注意的是，由于X射线和射线穿透物体的过程中，被物体吸收的比例会因不同的物质而变得不同，在这种情况下通过密度的形式反映在摄影胶片上同样会呈现出一定程度的差异，因此最好的办法就是通过图形进行观测。从最终的检测结果上来看，结构物的厚度对射线法的诊断结果影响相对而言是最大的，

利用X射线照片获得的损伤尺寸比实际情况要大，除此之外，该方法具有一定的放射性危险，在使用上要特别注意。

二、整体检测技术

所谓的整体检测是从全局上把握整个结构的实际工作状态，可连续（或间隔）地检查结构安全状态，与此同时可评估以及指导损伤可疑部位进行定位和损伤程度，以此来提高检测效率。就目前而言整体检测方法可分为以下几种方法。

1、时域法。

时域法属于基于状态空间的现代控制理论的重要分支之一。在早期的研究中，相关工作人员需要同时知道系统的输入和输出信号，建立在系统的运动方程基础上，在很多时候需要建立有限元的动力平衡方程，由系统假设或测量的已知条件推导正确合理的辨识公式，再运用已经成熟的各种动态系统辨识方法辨识结构参数。但是有一点值得我们注意的是，在实际操作过程中，系统的输入数据通常难以量测到，因此很容易出现一些只利用输出数据识别结构模态参数的方法，比方说现在较为流行使用到的神经网络法。总的来说，时域法能够在绝大多数辨识结构的均无需经过数据的变换，采集到的信号往往也不需要变换，就这一点而言它几乎不受变换函数假定条件的限制。但是它也存在着一些不足之处，主要是时域内响应信号在变换过程中的许多信号特征容易被过滤掉，与此同时有用信号有可能被幅值较大的无用信号覆盖和掩饰掉。

2、模型修正法。

该方法最主要的用途是用实验结构的振动响应数据与原有模型的计算结果来加以综合比较，利用直接（或间接）方法测得的模态参数、频响函数、加速度记录等，通过一定的条件进行优化，不断地修正和调整模型中的刚度分布，通过这种方式得到结构刚度变化的相关信息，从而实现结构损伤检测与诊断。通过大量的事实证明，该方法在划分和处理子结构上优越性是很大的，但与此同时由于测试模态不完备、测试自由度不足、测量噪声比较高等原因，往往导致有多个解。此外，采用参数估计的方法时如果没有经过特殊处理在很多时候会产生病态方程，但可以采用动态边界条件来修正子结构模型，或合理划分子结构及最优布置测点来解决这些问题。

3、频域法。

在过去很长一段时间里我们所使用的结构模态分析方法是建立在传递函数的频域分析方法，通过功率谱、频响函数和相关分析得到结构的模态振型、频率、阻尼等。目前绝大多数基于振动的损伤检测方法都是利用频域数据来检测与诊断结构的损伤。总的来说，频域法的主要优点是信号的谱图非常明显并且容易提取，也正是因为这样在当前结构损伤检测方法中应用得较为广泛。但是也有自身的一些不足，主要缺点是离散傅里叶变换对信号所做的周期性假设可能导致信号失真。

三、结束语

综上所述，随着科技的大力发展的时代的进步，人们发现了在公路桥梁结构中如果能够科学合理的使用到损伤检测技术能够大大延长其使用寿命。由于结构损伤检测识别技术具有坚实的理论基础（包括数学、物理等），与此同时现代电子技术和计算机科学的发展将会在很大程度上为其提供一个现代化的测试工具，这将会在很大程度上有力推动该项技术的快速发展。但是就目前而言这项技术还并未发展的特别成熟，尤其是我们应当如何采用合理的方式来进行结构损伤检测识别是一个我们在今后需要着重研究的问题。就这一点而言，结构损伤检测识别是一个具有广阔研究前景的领域。

参考文献：

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