（市政工程专业论文）桥梁检测中的数据处理及分析研究.pdf

摘要 随着桥梁建设的不断发展，桥梁结构的形式与功能日趋复杂，经过长期使用， 桥梁结构难免会发生各种各样的损伤，这些受损的桥梁能否继续使用，以及能用 到何时，这些都是人们很关心的问题。于是桥梁结构的检测、监测就成为结构安 全养护、正常使用的保证措施之。如何对桥梁结构进行质量检测和安全监测也 已成为国内外学术界、工程界研究的热点。 本文先介绍了国内外几例桥梁倒塌的事故，说明了桥梁检测的重要性和必要 性。桥梁检测是一项新兴的技术，它涉及的知识比较广泛，需要应用到力学、结 构、电子、材料和计算机等学科的知识。文中介绍了国内外桥梁结构检测研究的 现状与发展，在我国，这方面的研究还是刚刚起步，还有许多问题有待研究。本 文分析了现代斜拉桥振动特性，介绍了构件的损伤力学参数测试，和桥梁检测的 常用的一些方法，特别详细介绍了斜拉索索力检测的振动频率法，具体讨论了振 动频率法的优点和不足之处，并对不理想的地方提出了修正的措施。随后介绍了 检测中的一些仪器，如电阻应变片、电阻应变仪、示波器等等，重点介绍了核心 器件一传感器。传感器是一种能从被检测的参量中提取有用信息( 一般是电量) 的器件，信息通常被转换成易于传递和处理的电信号。桥梁检测中常用到的传感 器有位移传感器、速度传感器和加速度传感器，常用的是加速度传感器。它将测 得的波形经过两次积分化为位移波形，再转化为频谱图，或直接转换为频谱图， 从频谱图上可得到结构的自振频率。文中详细介绍了传感器的静态特性和动态特 性，并一阶和二阶传感器为例，讲解了一阶和二阶传感器参数的标定。 斜拉桥是一种多构件组成的大型柔性体系桥梁，其受力和变形受到多种影响 因素的影响，其变化规律较为复杂。在斜拉桥的检测过程中，由于检测方法和检 测设备的不尽完善、周围环境的影响、以及检测人员能力有限，所得数据和被测 量的真值之间，不可避免地存在着误差。为了减少误差，就不得不分析原型观测 数据的误差影响因素，确定观测数据的综合误差，了解结构误差参数不确定度评 价。桥梁的评估不仅要通过实时监控识别结构参数，对桥梁现行宏观工况进行分 析、评价，还需要借助结构参数在外界条件变化以及由于结构构件中裂纹、损伤、 腐变的产生、发展时结构参数的变化情况对结构进行预测、评估。由于外界条件 以及结构性能的衰退等因素对斜拉桥各结构参数影响的规律的了解仍有限，还无 法通过理论推导求出它们之间的确定性关系。为此，通过实时监控识别的参数及 相关条件因素，借助有关的已确定的理论，对其进行回归分析，找出它们的相关 关系。并在长期的实时监控和分析中不断总结和提高，从感性到理性，最终得到 深刻反映它们之间关系的客观规律。文中分析了结构参数变化规律，讨论了观察 数据误差对一些参数的影响，以及测试波形的畸变、反演和基线修正。同时，对 f f t 进行频谱分析时可能碰到的问题进行了讨论。文章最后就斜拉桥桥面与塔顶 的水准测量数据进行了处理，特别是对索频和索力进行了分析研究。 关键词：检测、结构、传感器、波形、参数 a b s t r a c t w i t ht h ec o n t i n u o u sd e v e l o p m e n to fb r i d g ec o n s t r u c t i o n f u n c t i o n sa n d f o r m a t so f b r i d g e b e c o m em o r e c o m p l i c a t e dd a yb yd a y a l lk i n d s o f a b r a s i o n so fb r i d g e sw i l ib ew a t c h e da f t e rt h e yh a v eb e e nu s e df o ry e a r s q u e s t i o n ss u c ha sw h e t h e rt h e s ew e a r i n gb r i d g e sc o u l ds t i l lb ew o r k i n g a n d h o w l o n g c o u l dt h e yw o r k i n ga r ep a i dm o r e a t t e n t i o n t h e r e f o r e ， d e t e c t i o na n di n s p e c t i o no fb r i d g e sh a v eb e c o m eo n ei m p o r t a n tg u a r a n t e e t h a te n s u r e ss a f e t ym a i n t e n a n c ea n dn o r m a lu s eo fi t s o h o wt o p e r f o r m q u a l i t yd e t e c t i o na n ds a f e t yi n s p e c t i o nw i t hb r i d g e sh a sb e c o m ear e s e a r c h h o t s h o to ff o r e i g na c a d e m i aa n de n g i n e e r i n g f i r s t ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e ds e v e r a ld o m e s t i ca n df o r e i g nb r e a k d o w n a c c i d e n t so fb r i d g e ，t h ei m p o r t a n c ea n dn e c e s s i t yo fb r i d g ed e t e c t i o njs t h e ne x p l a i n e d b r i d g ed e t e c ti san e wt e c h n i q u e ，m a n yk n o w l e d g es u c ha s m e c h a n i c s ，s t r u c t u r e ，e l e c t r o n i c s ，m a t e r i a la n dc o m p u t e ra r ei n v o l v e d t h i sp a p e ri n t r o d u c e dt h ea c t u a l i t i e sa n dd e v e l o p m e n t so fd o m e s t i ca n d f o r e i g nb r i d g ed e t e c tr e s e a r c h i ti ss t i l lan e wr e s e a r c hs t a r ti no u r c o u n t r y ：t h e r ea r es t i l lm a n yp r o b l e m st ob es o l v e d t h eo s c i1 l a t i o n c h a r a c t e r i s t i co fm o d e r n c a b l e s t a y e db r i d g e ，t h ea b r a s i o nm e c h a n i c s p a r a m e t e r sm e a s u r e m e n ta n ds o m en o r m a lt e c h n i q u e so fb r i d g ed e t e c ta r e i n v o l v e di nt h i sp a p e r ；t h eo s c i l f a t i n gf r e q u e n c yt e c h n i q u eo fc a b l e s m e c h a n i c sd e t e c t i o ni se s p e c i a l l yi n t r o d u c e d ，a tt h es a m e t i m e ，i t sm e r i t s a n d d i s a d v a n t a g e sa r ed i s c u s s e d ，s o m em o d i f i c a t i o n sm e a s u r e sa r e p u t f o r w a r d f o l l o w i n g ，s o m ed e t e c t i n gi n s t r u m e n t s ，s u c ha sr e s i s t a n c es t r a i n g a u g e ， s t r a i ni n d i c a t o ra n d e n d o s c o p e ， a r ei n t r o d u c e d t h e c o r e i n s t r u m e n t“s e n s o r ”i s i n t r o d u c e dw i t h e m p h a s e s s e n s o r i sa n i n s t r u m e n tt h a tc a nd i s t i l lu s e f u li n f o r m a t i o n ( n o r m a l i fc o u l o m e t e r lf r o m q u a n t u md e t e c t e d ：t h ei n f o r m a t i o nd i s t i l l e di so f t e nt r a n s f o r m e di n t o c o u l o m e t e rt h a tc a nb et r a n s f e r r e da n dd e a l tw i t he a s i e r s e n s o r so f t e n u s e di nb r i d g ed e t e c t i n ga r eo f f s e ts e n s o r ，s p e e ds e n s o ra n da c c e l e r a t i o n t r a n s d u c e r ，t h el a s to n ei sf r e q u e n t l yu s e d w a v e f o r md e t e c t e df r o mi t isc h a n g e di n t oo f f s e tw a v e f o r m t h r o u g ht w oi n t e g r a lt r a n s f o r m a t i o n s ，a n d t h e ni st r a n s f o r m e di n t os p e c t r u mg r a p ho ri ti st r a n s f o r m e di n t os p e c t r u m g r a p hd i r e c t l y o s c i l l a t i n gf r e q u e n c yo fs t r u c t u r ec a nh eg o tf r o mt h e s p e c t r u mg r a p h t h es t a t i ca n dd y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c so fs e n s o ra r e i n t r o d u e e di nd e t a i l ：t h ec a l i b r a t i o n so ff i r s t o r d e ra n ds e c o n d o r d e r s e n s o r 7 sp a r a m e t e r sa r ed i s c u s s e dw i t ht w o e x a m p l e s c a b l e s t a y e db r i d g ei sak i n do fl a r g e 。s c a l e f l e x i b l e - s y s t e mb r i d g e t h a ti s c o m p o s e do fl o t so fc o m p o n e n t s ，w h o s es t r e s sa n dd i s t o r t i o ni s a f f e c t e db yal o to ff a c t o r sa n dt h et r a n s f o r m a t i o nd i s c i p l i n a r i a no fi t i s v e r yc o m p l i c a t e d i nt h ep r o c e s so fd e t e c t i n gc a b l e s t a y e d b r i d g e ， e r r o ro fm e a s u r a n db e t w e e nm e a s u r e dd a t aa n dt r u t h v a l u ew i l li n e v i t a b l v b eb e c a u s eo fp e r f e c td e t e c t i n gm e t h o d sa n dd e t e c t i o ni n s t r u m e n t s ，a f f e c t o fe n v i r o n m e n t sa n dd e f i c i e n c i e so fd e t e c t o r s t od e c r e a s ee r r o r ，w eh a v e t oa n a l y z et h ee r r o rf a c t o r so ft h ea n t i t y p em e a s u r i n g d a t a ，c o n f i r mt h e c o m p o s i t ee r r o ro fm e a s u r a n da n du n d e r s t a n dt h eu n c e r t a i n t ye v a l u a t i o n o fs t r u c t u r ee r r o rp a r a m e t e r s t oe v a l u a t eab r i d g e ，w en e e di d e n t if y s t r u c t u r ep a r a m e t e r sb yr e a l t i m em o n i t o r i n ga n da n a y z e ，e v a l u a t ea c t u a l m a c r o s c o p i c a lb e h a v i o r so fi t ：w es t i l ln e e di nv i r t u eo f d i v e r s i f i c a t i o n s o fs t r u c t u r ep a r a m e t e r sr e l a t i v et oe n v i r o n m e n t sa n dd i v e r s i f j _ c a t i o n s d u r i n gp r o d u c i n ga n dd e v e l o p i n go fs t r u c t u r ee l e m e n t sc r a c k ，d a m a g e ， c o r r o s i o n t h eu n d e r s t a n d i n go fs t r u c t u r ep a r a m e t e r s d i v e r s i f i c a t i o n s r u l e sr e l a t i v et of a c t o r ss u c ha se n v i r o n m e n t sa n ds t r u c t u r ep e r f o r m a n c e r e c e s s i o ni ss t i l lt o o1 i t t l e ：w es t i i ic a n n o tc o n f i r mt h e i rc e r t a i n r e l a t i o n s h i p st h r o u g ht h e o r e t i cd e d u c i n g t h e r e f o r e ，t h e s ep a r a m e t e r s c o h e r e n tr e l a t i o n s h i p sa r ef o u n db yd o i n gr e g r e s s i o na n a l y s i st ot h o s e p a r a m e t e r sa n dt h e i rc o h e r e n tc o n d i t i o nf a c t o r s ：w h i c hi sg o tt h r o u g h r e a l t i m em o n i t o r i n ga ni d e n t i f y i n g i nt h el o n gp r o c e s so fr e a l t i m e m o n i t o r i n ga n da n a l y z i n g ，w es h o u l ds u r m a r i z ea n di m p r o v ec o n t i n u a l l y ： f r o ms e n s i b i l i t yt os e n s e ，t h ed e e po b j e c t i r el a w so ft h e ma r ef i h a l l y g o t i nt h i sp a p e r ，a n a l y s i so fs t r u c t u r ep a r a m e t e r s d i v e r s i f i c a t i o n s r u l e s ，a f f e c t st os o m ep a r a m e t e r so fm e a s u r e dd a t a se r r o r ，d e t e c t i n g o fw a v e f o r m s s k e w n e s s ，c o n v e r s i o na n db a s e l i n ec o r r e c t i o na r ei n v o l v e d a tt h es a m et i m e ，p r o b l e m sp o s s i b l ye n c o u n t e r e dw h e np e r f o r m i n gs p e c t r u m a n a l y z i n gt o f f ta r ed i s c u s s e d a tl a s t t h es t a n d a r dm e a s u r i n gd a t a b e t w e e nt h ec a b l e - s t a y e db r i d g e ss u r f a c ea n dt h et o w e ri sp r o c e s s e d ， e s p e c i a l l yp e r f o r m sa n a l y z i n ga n ds t u d y i n gt oc a b l ef r e q u e n c ya n dc a b l e s t r e s s k e y w o r d s ：d e t e c t i o ns t r u c t u r es e n s o rw a v e f o r mp a r a m e t e r 合肥工业大学 本论文经答辩委员会全体委员审 查，确认符合合肥工业大学硕士学位 论文质量要求。 廿、 导炖浮跌 7 乏强 辩 a 名签会 沪 口贝 b 1 0 委 二 辩 吣 “ 答荩 涕 2肮 觅 主 委 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得金胆王些盔堂 或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名签字日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盒壁至些盔堂有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权盒8 b 王、业盔堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名 签字日期：年月日 学位论文作者毕业后去向 1 ：= 作单位： 通讯地址： 导师签名 签字日期：年月日 电话 邮编 致谢 值此论文完成之际，谨向我的导师蔡敏教授表示真诚的感谢! 蔡敏教授对我研究生阶段的学习及论文的撰写自始至终提供很 多的帮助，倾注了大量的心血，对我论文的选题、修改直至定稿一直 给予热情的精心的指导，提出了很多的修改意见。 不仅如此，蔡敏教授渊博的知识、孜孜不倦的求学态度、热情谦 逊的人品、平易近人的作风都给我留下了终生难忘的印象，是我以后 生活和工作中的楷模，使我终生受益。 在论文的撰写过程中，土木建筑工程学院的瞿尔仁教授、王慧教 授、汪莲教授、王左新老师、方大献老师给了我很大的帮助，在这里 表示衷心的感谢。 在这里还要感谢我的师兄弟胡俊、李建光、马海和黄伦，两年多 来互相帮助，相互鼓励，这种诚挚的感情将永远留在我心中。我还要 感谢我的一些好同学好朋友，在我读研期间，他们为我紧张单调的生 活带来了欢笑和友谊。 最后，感谢我的父亲母亲和两个弟弟，他们对我的学习和生活提 供了无私的帮助和支持，他们是我完成学业的精神动力! 研究生学位论文第一章桥梁结棼= l 检测的惑义与发展趋势 第一章桥梁结构检测的意义与发展趋势 随着桥梁建设敢不叛发展，撬粱绣糖的影式与功残基趋复杂，久翻黠囊 代桥梁的袋量和寿命越来越重视。经过长期使用，桥梁结构难免会发生各种各 样的损伤。于是桥梁结构的检测、监测就成为结构安全养护、难常馊用的像证 疆旋之一。襄俺对桥粱结褥透露藤量检测鞠安全益溅穗己藏为国内辨学术养、 工程界研究的热点。 基驮水混阃世以来，本建筑工程滋现了一令飞跃故发溪。镪篾承瀑澹凝 土的价格低廉、成形容易、经久耐用等优点，使之几乎取代了其他所有的建筑 材料。可以说现代的人类已_ 把自己置身予钢筋混凝土的世界之中。但是随着时 蠲鹤撞移，号称“隶久结构”豹诵麓求潇漉凝密现了一些琢先久们所没有认 识到的危害，如混凝土的老化、碳化以殿钢筋的锈蚀蒋许多不可逆的物理、化 学变化，侵钢翁水淀混凝的毒愈大大缝舞了砉鼋按。接踵瑟采戆结梭事兹，让 工稷界不得不重视钢筋水泥混凝土结构的质量问题和使用状况。曾脊人略带夸 张地描述道：“五十年过去了，二战以后的新美国，这个以铡燕水泥湿凝结 秘为主藩静罄家，有可黯会在一天军震突然交藏一堆壤墟。”此话茧有调低之 嫌，但管中窥豹，可见一斑，说明欧美各国早已把混凝土的使用寿命提高到不 容怨淡的地位。应运露生敕一门耨学科：结梅捡测遣藏褥到了蓬勃发袋。 我国是一个发展中国家，经济还不缴达，修筑一项工程理所当然地希望能 长久使用。因此如何充分发挥结构的潜力、产生更大的经济效益尤为重要。在 公路褥梁中，镪筋窳混混凝土轿占了主要的部分，它们同样也存在质量闯越。 于是桥梁结构的检测、监测就成为结构安全养护、正常使用的保证措施之。 晷懿摄梁缝搀豹囊爨评定、蓉运麓熬工露羧嚣捻溅，程藿内芷是方兴未艾。这 项工作正在为工程结构寿命的延长、效髓的进一步发挥提供技术上的可靠保 障。 1 桥梁结构损伤的几则实例 经过长期使用，桥梁结构难免会发生各种备样的损伤。其原因有很多，主 要包括使用维护不当、车祸、人为事故、环境因素等。古今中外，有很多桥梁 蔽臻以致突然餐臻豹穗子，曾造簸缀六簸损失，瞧带来曩太酌灾难。 中外闻名的塔料玛海峡大桥的坠毁攀件就是一个很典型的例子。1 9 4 0 年7 月l 曩，美图华盛顿州普杏特海峡的塔辩玛大爨建成并曩= 始遴雩亍。款蠢：始逶雩亍 那天起，这座大桥就出现垂直方向的振动，而且振动的幅度天天地明显增 大。但大桥篱理当局并未弓 起重视，更谈不上采取任何措施去了解其产生的愿 因。籀反舀予大辑鹣这耱辩常静性状，桥上的交通量反雨大大增加，人们从几 百英鼹以外驱车前乘，欣赏驶过起伏摇晃的大桥时的奇妙感觉。四个月过去了， 人们钕乎觉褥大援磐定不会出理瓣蘧，怼予大援豹安全感到越来越有据握。然 而在1 9 4 0 年1 1 月7 闩7 时左右，大桥突然开始出现大幅度的波动，并且赢 鹪章桥槊结构榆测的意义与发腱趋势 持续了三个多小时。桥架的各段出现周期性的上下越伏，最大距离可达三英尺。 上午1 0 时左右，好象有什么东西突然折断了，大桥发出一* 。声巨响，开始强烈 魄振动。一瓣闻桥面的这一灞院那一添高岛二卡，英尺，翳一瞬浏这一端又眈 那一端低下二十八英尺。上午1 0 时半左右大桥开始断裂、分成多段。最后在 1 1 时1 0 分，整拿大援垮下去了。虽然这次大褥坠毁事箨莠没有大瞧大爨锈亡， 倪它带给国家的经济损失却是巨大的。 导致塔科玛大桥的坠毁主要因素是由于空气动力学中的“失逮颤振”现象 逡成了缭构静共振。本整纪4 0 年代戳前，作尧太跨度桥粱的悬索轿没有发生 过事故。从而给了人类一个错误的结论：只要主缆强度足够大，而加劲粱的梁 体剐度烈是无是轻重。实际上，当疆粱跨度超过2 0 0 m 跨，疑载麴影魂将显著 增大。燕振出现在桥梁上引发事故的例子比比皆是，较早的记载魁l8 3 1 年英 豳曼彻蛳特附近的布势顿吊授就在一队士兵以整齐的步伐通过这座大桥时发 生了共掇舔翻瑙了。丽样在1 9 0 6 年俄国缓德堡附近的爱纪特桥有一酞骑兵通 过，连长为显示军威，命令骑兵指挥训练有索的战马以雄赳赳气昂昂的姿态步 谴一致懿迸，太疆土下熬动了足下，发爨一声穰天嚣楚之磊禳抉媲藏穗攥了。 事后科学家检森发现这些共振的原因是士兵和战马训练得太好，步调与桥的振 荡频率致，越来越强的振动很快把桥梁绘攘垮了。然而这些教训并没套锼人 认识瑙不仅仅怒入的步伐，其它因素落有可熊弓l 起轿梁的共振。塔科玛大桥“莫 名其妙”地坍塌之后才发现：尽管桥梁结构十分坚阉，但是那天桥梁附近刮着 黪风，交替唆寒频率埝好与辑粱懿鑫强蒙率蘩，携粱裁在这释髂矮下共振怒 来，最终悄然坍塌。塔科玛大桥以主跨8 5 3 米居当时世界上悬索桥的第三位， 纤细的力鞑劲粱横截面为矩形，播宽为1 1 。9 米，丽梁离仅为1 3 米，两侧纵囊如 劲粱高穗只有2 4 米。她盼璃塌告诉以人们怒索桥聪需要肖足够的结构刚度。 布郎克斯- 怀特斯通( b r o n x w h i t e s t o n e ) 桥与不章的塔科马桥处于同一时代， 位子象约，1 9 3 9 年开邋。该撩其主跨舞7 0 1 m ，麴绥粱为怒影镄辍梁，藏嚣尺 寸为2 2 6 r e x 3 3 m ；采用钢桥塔，塔商1 0 7 m ，通航净空4 6 m 。梁体纤细，在风 力的作用下摆动很危黢。幸两在4 0 年代，对该携粱体进萼j = 了期固并在塔顶与 桥面之间增设了些颧夕 的斜拉索，从而挽救了这窿桥。从那时怒建造的悬索 桥，大都丌始采用大型桁式加勘梁，而某些情况下加劲梁则显得过于笨黧。重 建蕊塔秘马毅褥子1 9 5 0 年开邋，主跨霹襻蹙8 5 3 m 。鸯嚣韵鬃为钢耱粱，裁嚣只 寸现为18 3 m x l 0 1 m ，通航净空5 7 m 。桥塔高为1 5 3 m ，比原塔聪为坚圃。据 泌，塔科马毅辑的剐瘦是老援剐度的6 0 绩。 近年来我圈也有凡座桥梁倒塌的例予。瞥经炒褥沸沸扬扬的彩虹桥例塌事 故便是其中之。重庆市綦江县城跨越綦河( 长江支流) 两岸、迄接城东城西 豹入行彩薤舔( 澎叛彩烂霖名，系綦江荟的形象工程) 予1 9 9 4 年l l 足5 强开 工，1 9 9 6 年2 周1 6 同竣工，其净空跨度为i2 0 米。1 9 9 6 年2 月彩虹桥竣工之 疆，当然的綦江报以“长虹卧波，綦城一景”为题掇道这一“辱l 彩缎，落 人间”的盛举，图卜l 娜是彩虹桥刚建成雁的美丽景象。仅仅过了三年，1 9 9 9 年1 月4 日晚6 时5 0 分前后，这样一座人间“彩虹”就倒塌没入水中不见了， 鬻i2 藏是彩蜒挢翻臻莓静潮蠢景象。彩虹轿静翻瑙造成了巨大的经济损失和 2 研究盘学位涟史第一爨轿粱结瓣捻测斡戆必| 牵炭鼹趋势 严羹静a 身臻亡。 匿1 - 1 囊落戏翡羹淡綦浸澎蜒蘩趱t - 2 彩蛭捺谶嫣爱趟澳瑟 经事敌调查鳃谰查，逡成彩蛙桥突然垮辐懿藤霞之一是工程蜃鬣禚蓬：彩 虹祷瀚主娶受力搽絮钢蛰辫攘联撼不合格，存巍严重斌貉，个嬲霹缝并有豫 嗣 牲装痰；镯营建淫凝菝笨强痰不是，稳子没毒中掭号瓣三分之一；迄揍橇粱、 辑颡释拱巢黪控索、镶其帮镶冀严重锈镶。囊王穗曩潼鲻嚣，罩在熬宰赘3 年 前裁商人笈嬲过警告。寄位老焊工在施工现甥就发现按架锻鬻焊接商两个阀 题：是浑嗣趣繇，二蕊缝构闻越。这两个趣熊是先器发褒麓。首先整滓霸游 题；镄发现钢警与镪管逡按时礴管麓摸镯嚣完全抵撬，这祥裁馕钢管乏闻酌弹 鏊瓣减裂了最低聚震，哭程衰暴烬褛，瓣且没露翔强凝。其次逶结籀瓣踅，程 滓横撩粱熟主要受力挨絮锻管黔，镪营与锾蛰黥连菠菇在严霪滟结瓣 藏题，氍 “接韶润黻”。另於调查续累还裘明，彩虹辏垮塌，4 0 入殒命的惨剃不是仅仅 是搜零土熟舔霞，落还有“太禚”。王糕承包不合法、管理人员不受赛帮怒震 要靛灏索。1 9 9 6 卑端午繁，繇彩烂轿竣工不蓟半年，彩虹轿静发密“臻”黼炸 囔，露人发糕靠衮校医一涟熬三羧控释( 连接耩粱与掇瑟兹控索) 褒帮霹接楚 突全袈舞了，瑟基瑟蟊辩秘截锶管焊接处遣爨糯了裂痰，褥蠢、捺瓣( 镄蛰帮 分) 露裂缝。但这葶孛秘熔况并投露旋够芬 起当媲管理粼f j 豹足够重视，翻聪也 没宥采取任螺 救搭藤，鬣终造成了静彩蛭撩熬髂垮璐太闻渗瓣。感该说遮凌 渗黼蓬完垒可戳溅凫静，蕊不谈建设时灏种种搴颈，彼就建耩石躺瀛禳，如粜 麓g | 怒足够瓣重橇鼹就瓣佟一蹙毒关蜜全遵嚣箍力鹣捻嚣工终，莠褥薅发爨 筑鲻怒遗嚣雅嫠与趣露，那么遣娥矮夹剿会枣褥缀多。 2 0 0 0 零8 胃2 7 疆，发生在念湾省逡接裹撼与屡客豹重熨逶道上躲裹攒大 辑必然拦鞭骶袋怒袋嚣发生靛又裁镄辚事转，造成了交遥中凝，l 辆汽事喹 入瀚中，2 2 入受伤。图卜3 是巅霹轿翻鲻后静现场照片。据港高屏太轿已道车 2 2 年，褥努楚否发熏病交袋老纯、结构餐孬其肖搂伤，并没蠢这类鹃赉褥。逮 蓑是默蘧嘲入翻辩桥梁镶麓遘纛中懿稳潦狡嚣缺少关注。尽瓣饔茇懿葭兄天就 畜建众发现太援爨爨闷题，垣惑没有号i 怒当焉鬟褪，缨果酸艘太掇。攀藏瑷场 3 研究生学位论文 第一章桥梁结构检测的意义与发展趋势 调查结果表明，高屏大桥桥基早已裸露，台风造成河水暴涨，桥基被冲垮，导 致大桥下陷断裂。在台湾类似高屏大桥的桥梁还有不少，如八掌溪的心上桥等。 如果不引起重视的话，那象高屏大桥倒塌这样的惨剧还会在不久的将来继续发 生。所以管理当局应该引起足够的重视，及时对存在问题的桥梁进行检测维修， 防患于未然。 古今中外多有桥梁结构事故的出 现，桥梁倒塌每每发生，足以给人们敲 响了警钟。随着桥梁建设的不断发展， 桥梁结构的形式与功能日趋复杂，工程 的规模也越来越大，使得人们对现代桥 梁的质量和寿命也逐渐关必起来。如何 对桥梁结构进行质量检测和安全监测 已成为国内外学术界、工程界研究的新 热点。加上目前桥梁检测的理论、方法 技术和手段的发展、运用已达到了一定 的水平，所以现在已经有条件来避免再 次发生这类的悲剧了。我们的桥梁使 用、管理部门也已经充分认识到桥梁检 测与养护、维修工作的重要性。这些都 为桥梁的安全使用提供了 思想上与技术上的保证。图卜3 高屏桥倒塌现场示意图 2 国内外桥梁结构检测研究的现状与发展 据截止1 9 8 8 年6 月的统计，在美国共有5 7 7 ，7 1 0 座在编和分类的桥梁， 其中1 3 5 ，8 2 6 座被认为有结构缺陷。这意味着要不立即进行维修，这些桥梁就 要关闭。因此近年来许多国家都不敢对桥梁结构的安全检掉以轻心。在国外像 丹麦的f a r o e 大桥、墨西哥的t a m p ic o 大桥、挪威的s k a m s u n d e t 大桥都作了 许多有关桥梁的检测尝试，收集了结构和构件的位移、应变、加速度等物理参 数以及环境因素对结构的影响。其目的是在一些己落成或正在修建的桥梁上进 行这一领域的探索工作。国内如在香港的青马大桥、广州虎门大桥、上海徐浦 大桥、江阴长江大桥以及南京长江二桥都在施工期间安设了有关监测设备，以 便在营运期间对结构进行实时监测。在铜陵长江大桥、蚌埠淮河公路桥也在建 桥之后开始进行了营运期的跟踪检测，随时了解桥梁结构的变化。这些工作将 起到确保桥梁安全运营、延长使用寿命的作用，并希望能通过早期发现桥梁病 害，以节约桥梁的维修费用，提高桥梁的综合使用效益n ，。 在诸多的检测方法中普遍使用的应该的无损检测( n o n d e s t r u c t i v e e v a l a t i o n ，n d e ) 。因为作为营运中的桥梁，除非万不得以，不可能中断交通 来进行结构检测，也决不允许检测过程造成结构的额外受损。历史上曾用在土 木结构上的n d e 技术不外乎下述五种之一：涡流仪，磁试验，透入试验，x 4 研究生学位论文 第一犟桥梁结构检测的意义与发展趋势 射线试验和超声试验。目前，这然技术又有了发展，如声发射、磁分子和磁漏、 b a r k h a u s e n 曝声、漏流、电、y 袋x 射线熊鞠和层携摄像仪、全惑缀影、净击 反射和回弹锤、远纽外热像仪、微波吸收、中予射线照相和敝射、核磁共振、 光予涉、浚终渗透、辣冲雷达、超声波、x 爨线糖麓、共振趣声光港仪和掇餮 模态分析等。此外已经用于对混凝土进行探伤或半探伤检测的技术，如拔拉( 间 接抗剪、抗拉强度) 、拉伸( 抗拽强度) 、折断( 抗折模量) 、w i n d s o n 试验( 抗 蒉入) 、t e s c o n 试验( 寝力一盛变关系) 、c o r e s 试验( 强躞) 、残熬度法( 温 度与时间关系) 和渗透性试验( 氯离子、电和气体渗透) 等”1 。基础设施梭测 的传统方法是由检测人受用手持仪器或挺健感器安装凌缝捻主，由警线连接到 计算机或记录仪( 安放在桥上或桥下) t 进行的。遥测技术起始于释弹、太空 规划，现在已以备种形式广泛地应用于数据交换。它以最方便的方式如电力设 施、锾矿、煤矿和核电谣等静溺盈数据，跌转藤器传翻计算税、记漾器、绘图 仪和分析仪。在采集点上，由传感器采集来的数据被存储在个带衡器的微电 路软馋包鼙，这个数据霹震激光或趣磁探头读蹬来。在另一个采集点上，避鞭 离无线电发射机收集来自局部传感器的数据并通过一个远距离无线电转换、发 射到监测中心。这个系统能够同时对包括应变仪、加遮度仪、地震仪、倾斜仪、 遮誊探灞嚣、线後篷压差分投、磁潺诗、声发射仅帮超声传憋器等各种不鞫类 型的传感器信号进行调节，并为设备提供要求的电源。现代光纤传感器与无线 电送测技术懿缝合应蔫将为爨粱秘其它本缝褥创造滋杰出懿无搂捡 l l | 系绞。 现在无损检测的作用已发生显著的变化。熙然，历史上该技术几乎只是被 用采探测已投入运营结构的宏观缺陷( 多数是裂纹) ，但在扩大包撬材料生产 和结构割佟的无攒检溺髂蔫方面，无论是实际还是成本效益，n d e 都已逐渐为 人所接受。结构和设施的早期破坏明显地告诉我们，如果我们想确储哪些结构 秘 拳戆安全选蹙鼷到它稍豹期望寿鑫，薅么改逡我锶传统豹梭测方法是追在矮 睫的事。包括桥粱在内的土木结构与航空航天结构比起来，先进的n d e 技术的 应用还没肖受到蒜度重视。事实上，大约两年一次的外观检测还是沿用桥梁常 规梭稠中的基本技术。传统的n d e 只作为矫观检测中的补充手段，并且凡乎未 用什么先进的n d e 技术。此外，尽管近年来，针对如混凝土和木材铸结构材料 焉嚣发豹n d e 技零已有鼹攀热，侄这耱努力繇蔹褥静瓷金与蕊费在褥豫舍龛彝 复合材料这类高档材料上的钱相比是微不足道的。下厕具体谈谈桥梁无损检测 的现状。 钢桥：镏轿韵裂纹满需要搽测和定蘑的基零缺陷，对于焊接构件尤为重要。 需要研究一种监测桥梁遘营条件下裂纹特性的方法。懋索桥缆索的锈蚀也是一 个鞫题，传统熬x 羹雩线摄像是搽测钢辑体积缺陷襞选择懿方法，其德接统静n d e 方法，如液体渗邋、磁分子、涡流仪、超声波芹日声发射等也被用来探测和监测 裂纹。所奄这些传统的n d e 技术都只是用于夕 粳检测方法的辅助手段。 混凝土桥：对于混凝土桥来说，钢筋的锈锻是需要探测和评估的主要问题。 钢筋被握裹在混凝土内部的事实使检测特别困难。检测混凝士桥梁的总体技术 是褥载试骏帮模态分褥，当然摸态分孝嚣豹结莱e | 歪鞠在麓力上是褶警有隈静。 混凝土桥枪测的局部技术有超声波、冲击反射、磁、电阻抗、锈蚀势能、远红 5 研究嫩学位论文 第一帝挢粱结壮j 检测的意义l j 发展趟势 外热像、地面渗透雷达、x 射线摄像和声发射等。 复合孝芎精耱；蠡然嚣馥复合糖精轿还并不多觅，麓其是今后桥梁建设静发 展趋势。预期桥梁结构的缺陷类型和其它复合材料结构是相似的。对这类桥并 没鸯特别黪n d e 技术，但楚煮大爨翊对成熟酶n d e 技术可蠲采检测复合耪糕瓣 坏损。这些技术基本上都是由航空航天工业发展起来的，现在应开始规划复台 材料桥梁结构的n d e ，这类结构鼹然为埋入式传感器提供了机会。 轿梁无损裣溺鹣翟标剿是： 1 开发廉价、快速、自动化检测技术； 2 开发不受人为因素于拢载、熊定蓬绘篷裂纹( 缝) 信爨夔技术； 3 开发多模式多路传感器技术： 4 开发包括传感器和激励器的自监测系统； 5 把n d e 翊为瑟耩设计茬澎酌一部分； 6 把检测的灵敏度和服务中断与实际的接收、临界预警罅联系越来； 7 开发实用黪标准豫技术势捌定娥菠； 8 启动包括桥梁施工和管理人员在内的工程继续教育程序。 目前已启动的研究包括： 1 先避的轿瑟援检测系统，包括澈带远敬矫热袋像系统、造谣渗透雷达 等。 2 + 先遴约褥粱测试帮健袋黢溅系绫，毽掺全援羹薰溅系绫熬无线毫发送、 用精确的差分式全球定位系统( g p s ) 测量桥梁变形、用t r i p 钢传感器对桥梁 超载进行测爨和监测等。 3 先滋麓疲劳裂纹探溺和评信系统，包搀溯桥梁裂纹拜| 的新翟超声波和 磁分析仪系统、热成像系统、便携式声发射系统、无线应变测量系统、微波探 测蟊定量分凝、无源疲劳蘩载测爨设备秘电磁一声发射传感爨等。 4 先进的锈蚀探测和评估技术，包括磁漏探测技术、探测先张法压浆空 隙的冲击一反射系统、埋入式锈蚀微传感器及以磁为基础的测爨系统。 5 。螽j 强遥振渤确应法定量评待轿梁下部络构、踊激光振动计测量斜拉索 索力及量化的无损检测方法与桥梁管理系统结合的课题。 探索性磷究包摇以下尼方瑟： 1 声发射技术的基础性研究，开发一种改进的宽带e 探测器，它能产生 信号并探测不同受力模式下的疲劳裂纹。此外，还要进行与声发射传递和接收 等有关的高级有限元模攒研究，不久可纂实现商品仡。 2 磁力控制传感器的研究，磁铁材料的物理尺寸几乎不会受磁场的影响， 逯过线麴与镳磁豹耩舍戆键费窭一秘鬟簸鹃、缀有用豹蕊感器。这释传惑器可 能是低成本、简单并结实的，可用在包括预应力筋的锈蚀或断裂，混凝土养护 的羧测以及埋入式声发射传感器等方耍。 3 。用微波技术对疲努裂纹进行探测和定量分析，开发种小型的微波波 导传感器。当某微波波导被对准、放置在一块钢板上时，它会被有效地短路并 产生一令特定匏驻波，这个驻波可丽一个缀不灵敏豹二辍管 鬟 | 褥。摇钢板上有 疲劳裂纹，驻波就会发生变化，这样一个非常迅速、很低成本的疲劳裂纹搽测 6 研究生学位论文第一章桥梁结构检测的意义与发艉趋势 器就可以被生产出来。目前研究的焦点是如何对大多数已刷油漆的钢桥的裂纹 透赛进行茂瓣窝搽测定整。 4 光纤和其它微传糖器，光纤和其它微传感器在无损检测领域已有许多 应髑，作为餐能材料也雳在本王程基础设施中。一般来说，光纤传感爨的原 理蒸于下述：二者之一：第一种是光传送通过纤维、感愈与媒介的相互作用，而 后回到纤维作分析；第= 种是被感应的缩果引起光的交替作用并一直保持在纤 维蠢。这耱铸感器已被麓寐检测溢凄、经霉、旋转、鸯嚣速度、应交、压力、流 体、振动、声、粘度、化学变化、电场、磁场和电流等等。融研究出一种光纤 测量系统熙以对毅浇筑蛇漫凝土内的空隙进行秃按检测。光终光援瞧被躅作遥 测变形，对结构混凝土构件和多梁式钢桥的控制断面j 行监测。它还能被用来 测材料的失效、混凝土结构的碳化深度、碱反成、氯渗透及裂纹的訇“展等。一 个能纯戆光纾转惑器可能瘟该蕊小又轻，只要浓缀低静电源，对环境的要求不 高，亦不受电磁干扰，还要求降低成本。某些能用光纤系统构筑的结构物，不 仅摁艨有测点联嬲到数据设备上，丽量逐能监测缝构鲍健康。f h w a 燕与海军实 验赛一起逡行一种应用光纤光栅干涉法测量瀹凝土桥应变的光纤应变传感器 的可行性研究。目前已开发了一种能同时测量1 6 个通道应变的系统。 5 一个最重簧氇是常紧遗豹任务是减立一个无须裣测技术珞谰中心。 所以，现在是丌始为检测结构材料、桥梁和其它土木结构开发智能、有数、 低成本鲍无缀检测系统款黠候了。该系绞痤包戆多路转感嚣，特别憝毙纾传感 器，具有不同的探测能力，它既能记录局域数据并连续传送数据，又能同时运 用无线技术把数据传送到般测中心去。 嚣蓊嚣