桥梁检测调研报告.doc

桥梁的高科技检测调研报告2011/11/29目录1美国既有桥梁的高科技检测51.1概述51.2 新的检测方法71.2.1 激光测量装置71.2.2 疲劳探测仪81.2.3 智能支座91.2.4 特殊元件91.3 智能化桥梁展望112奥地利桥梁检测技术的发展与现状132.1源起与发展132.2奥地利BROMIS系统简介132.2.1概述132.2.2优势142.2.3特点142.3启示152.3.1技术发展的机遇与可能152.3.2桥梁检测技术拥有广阔前景和巨大应用价值153德国桥梁检测技术的发展163.1概述163.2 MBI系列性能概述173.3 MBL系列性能概述183.4其他193.5 体会与感受193.5.1较高的质量意识193.5.2实事求是的态度193.5.3完善齐全的标志、标线系统193.5.4建设与养护相结合203.5.5重视环境保护204中国桥梁检测214.1我国桥梁的现状及存在问题214.1.1实现了跨径大超越214.1.2桥型结构和技术有创新214.1.3深水大跨桥梁建设技术成熟224.1.4桥梁美学理念有所增强224.2桥梁检测评价的目的和意义224.3混凝土桥梁的检测技术及其发展趋势234.3.1混凝土桥梁损伤检测技术234.3.1.2结构静载试验检测技术234.3.2混凝土桥损伤诊断方法254.4桥梁检测中的静载和动载实验274.4.1桥梁检溯中的静载试验274.4.1.1检测内容274.4.2桥粱检测中的动载试验285 桁架式桥梁检测车305.1概述305.2桁架式桥梁检测车概述305.3桁架式工作平台结构与载荷工况分析325.3.1工作平台结构325.3.2工作平台作业载荷工况325.3.3工作平台约束325.4徐工集团桁架式桥梁检测车研发项目335.5展望356吊篮式（折叠式）桥梁检测车366.1 吊篮式桥梁检测车概述366.2 工作描述366.3 吊篮式桥梁检测车特点386.4吊篮式桥梁检测车优点386.5吊篮式桥栏检测车的发展状况396.5.1 国外发展396.5.2国内研发生产现状406.6小总结401美国既有桥梁的高科技检测为检测既有桥梁，美国公路管理部门利用高科技研制了一些新的无损检测设备。通过定量检测，可以发现结构轻微的损伤，避免酿成大祸，从而为美国既有桥梁的评估和集中管理，特别是为维修、加固提供了科学依据。1.1概述美国土木工程师协会于2001年3月发表了“2001年美国基础设施调查报告”。通过对美国桥梁状况的评估，报告将此类工程的等级定为C级，在全部11个类别中排在第二位。美国联邦公路管理局（FHWA）的报告显示，1998年29%的美国桥梁出现了结构缺陷或功能失效。桥梁工程的等级主要是根据这一事实确定的。FHWA收集了全美国桥梁管理部门的报告，并将数据输入其“国家桥梁清单”（NBI）数据库。美国公路桥梁的结构和功能状况的评估就是基于这些数据。虽然这个等级比全美基础设施的平均等级高，但仍不能使人满意。1967年，西弗吉尼亚州的锡尔弗（Silver）桥垮塌，并造成46人死亡。随后，FHWA建立了“全国桥梁检查计划”。从1972年开始，桥梁管理者将检查数据上报给FHWA。这个计划要求技术人员至少每2年检查1次，并将他们的发现上报FHWA。每2年1次上报给国会的全国桥梁状况报告要引用这些数据，制定”全国桥梁更换和修复计划”时，也要参考这些数据。2000年“全国桥梁更换和修复计划”提供了30多亿美元用于更换和修复有病害的桥梁。“全国桥梁调查计划”收集的数据用于管理和制定针对有病害桥梁的全国性计划是足够的，但对另一些方面的需要就显得不够。例如，数据用于桥梁维修项目时就显得不够详细。譬如NBI中没有防锈漆体系或节点状况的详细记录，也没有提供局部损伤或退化的资料。数据用于制定计划及估计维修或恢复工程量时就显得太笼统、主观和定性。例如，NBI对每座桥梁上部结构状况的评定用一个主观的90表示从完好到失效，这种简单的划分不能描述上部结构中每个构件的状况。针对这种局限，美国许多州建议NBI收集更多的资料，或者他们采用另外更好的办法收集并记录桥梁数据。新办法将一座桥梁视为梁、墩等构件的集合，并记录每个构件的定量的状况数据。定义了公路桥梁标准化的构件后，可根据FHWA的要求，将有关构件的数据自动地转化为NBI数据。虽然基于构件层面的检查为系统层面的桥梁管理（尤其是对于各州及当地政府层面）提供了大量详细而有用的资料，但收集到的数据在某些方面仍然有局限，最明显的是数据的收集都是靠肉眼查看，附以锤击或凿挖等机械方法。这些方法的问题在于肉眼查看的结果波动性太大。FHWA的“无损评估鉴定中心”最近对肉眼查看的可靠性及NBI的等级划分系统进行了首次深入、定量的研究。结果表明，对同一座桥梁，根据不同检查人员上报的结果，会得出34个不同的等级。况且对于内部的退化、损伤或缺陷，肉眼查看无能为力。为确定一座桥梁是否安全或是否需要维修，应该探明并测定许多类型的损伤及退化。除非损伤或退化很严重，否则其难以用肉眼察觉到。例如，光凭肉眼是不会知道是否负载超限，或是否已趋稳定，除非损伤得太严重，以致桥梁的线形发生了变化。在没有任何肉眼可察觉到的预兆下，会发生支座失效、腐蚀和疲劳破坏。而且，桥梁检查人员的日常查看不会收集到桥梁使用性能的资料，如交通堵塞的程度，事故的历史记录以及结构构件的疲劳。资料的缺乏阻碍了按桥梁所有者要求应实施的质量改善项目，以及对真正的工程及结构分析的评价管理。现在只能估计日平均车流量，但不知道桥梁承受的车子的大小、数量及货车的吨位，也不知道桥梁实际发生的应力、应变、变形及位移。明显需要对公路桥梁的使用特性进行精确的定量。应在拥挤、事故及正常使用状况下，直接对过桥人员有影响的特性进行测定。这些特性测定可以从使用者的支出和收益角度来评定桥梁的价值。现代管理理论和实践的一个基本原则是，如果不能测定它，就不会管理它。在执行真正的生命周期投资分析及基于特性的规范时，同样需要这些资料。和联邦的其它部门一样，FHWA按行政命令考虑重大项目的生命周期投资。然而，桥梁的生命周期还没有确切的判定，处于不同荷载和气候环境中的不同材料及结构体系的退化速度还没有测定。迫切需要在公路基础设施管理体系中，综合考虑所有这些多层面的定量的特性测定。这些测定和探查需在多层面进行，可用于不同的目的。FHWA同其它部门和组织，已经完成了为满足以上需求的研究，并研制了新设备。1.2 新的检测方法为检测桥梁的健康状况，世界上许多地方的大型结构安置了大量的监测系统。穿越特拉华州连接宾夕法尼亚州和新泽西州的康芒德巴里（Com-modereBarry）桥就安装并运行着一个这样的系统。虽然前景看好，但这种技术的全部潜能还没有被认识和确定，还有一些很有意义的方面留待研究。信息系统的组成是其中的一个方面，这涉及到利用计算机科学地收集、存储、分析、检索及综合这些由传感器得到的海量的数据。虽然有这些局限，这些系统提供的资料已被证实对桥梁管理者很有用。例如，这些系统测量并发现，受太阳幅射的差异，受拉构件产生了出乎意料的弯矩。1.2.1 激光测量装置目前很需要旧桥承载力的非干扰测定方法。在美国，承载力不足是把一座桥梁定为结构性缺陷的最常见的理由。FHWA对此采用的一种方法是利用激光测量桥梁受到的荷载。这种装置利用计算机控制一镜片，用一紫外线激光（不会伤害人眼）瞄准桥梁上的一点。激光测定到桥上点的量程，并计算相对于系统设定基准点的三维球坐标。该设备能在几分钟内重复测定桥上这些点几百次。这并不需要特定的靶点，对一般的钢材、混凝土和木材表面的测量效果都很好。利用这种设备，就可能快速测定重型卡车作用下桥梁的三维变形，还可以快速确定桥上的任何部分与上次测定结果相比位置的变动（精确到毫米级）。这种装置还可尽早发现桥面下挠及预应力损失。1.2.2 疲劳探测仪需要对全美成千上万座钢桥的疲劳和断裂的可能性进行探查和测定。脆性断裂除了引起锡尔弗桥垮塌外，2000年12月，1片焊接板梁的脆断引起了密尔沃基一座桥梁的破坏，这表明钢桥脆性断裂依然存在。该桥在垮塌前几星期刚进行了肉眼检查，没有即将发生断裂的外部迹象。随后的鉴定分析确认焊接及细部构造产生的高残余应力和三轴向约束使桥梁存在突然脆断的可能性。仅肉眼检查不会发现这些状况，更不用说去测定了。虽然位于密尔沃基的桥的脆断并不是主要由疲劳引起的，但疲劳仍是旧钢桥的一个主要问题。首先应测定并描述桥梁受到的随机的、变幅的循环应力。技术上已经有了掌握疲劳状况的措施，FHWA开发了一种无线桥梁检测设备及评价系统。该设备是手提式的，由电池驱动的数据采集系统（很像一个局域的数字电话网），利用无线电遥测技术采集数据并将数据传送到笔记本电脑。该无线电网络有很好的抗干扰力。除了采集数据，每个元件就像局域网中的一个节点。因一些钢桥有12km长，这一点对钢桥就显得很重要，因桥长后会出现电磁干扰和多路反射。利用这种技术，就有可能快速地测定一座桥疲劳的可能性及危险的细部构造、测量在车辆及风荷载作用下的响应。无线电技术可以定量地测定疲劳荷载的状态，详细到影响疲劳破坏的细节。但它本身不会判定在此荷载作用下疲劳裂纹是否会扩展。就像反复弯折可以折断钢丝一样，与疲劳相关的应力循环会在钢桥内形成裂纹。这些裂纹并非不停地扩展，而是以微观的相当小的步幅延伸。裂纹尖端的开展伴随有能量的释放，从而产生超声应力波，与地震时的能量释放类似，是微观的。用特制的传感器可检测到应力波。这种方法称为声音辐射（AE），多年前已开始在能源及加工业得到应用。过去的AE设备不适用于公路桥梁疲劳裂纹的长期观测。因许多桥梁上缺电，人员到达桥梁的某些部位有困难，且存在很高的环境噪声，更重要的是有使裂纹快速扩展的偶然荷载，这些都不利于AE设备的工作。最近，FHWA的“无损评估鉴定中心”为桥梁检测研制了电池驱动的8通道AE设备，已进入测试、评定阶段。该系统可通过调制解调器及无线电连接传送资料。以上两种系统虽然很有用，但太昂贵，需要数万美元，电池驱动限制它们只能用于短期监测。为满足长期疲劳监测需要，已经开发了一种完全被动、廉价的传感器。这种传感器安装在桥上，并随同桥梁一起产生应变。它基于一种特殊的被动应变放大设计，利用2个带模拟应变片的预先开裂试样来测量裂纹长度。试样用具有不同裂纹开展特性的材料造成。预制的疲劳裂纹在桥梁的随机变幅应变作用下开展。利用专用测量仪定期测量2个试样上的裂缝长度，可以定出预先设定应力范围内的有效循环次数。可把这种传感器称为疲劳探测仪。利用该技术就可能记录下公路桥梁的疲劳过程。1.2.3 智能支座另外一种用于收集基本特性资料的新技术是“智能”桥梁支座。支座失效及因此产生的危险应力是桥梁破坏的常见原因，它们也是要求的一项维护检查内容。智能桥梁支座可监测和诊断通过桥梁结构系统传递到支座的活载及恒载。若结构构件的刚度由于断裂、冲击或其它原因而出现明显的变化，很可能分配到支座上的荷载就会变化。智能支座可以检测到桥梁的损伤。这种技术很复杂，但原理很简单，关键是这种支座采用了可以测量竖向应变及剪应变的多向光纤应变传感器（传感器集成在复合板内）。通过层叠在公路桥梁中常用的聚氯丁橡胶垫内，复合板又可集成支座，从而测量来自桥梁及作用于桥梁的竖向力和侧向力。1.2.4 特殊元件探测及测量技术在公路桥梁中的潜在应用还有很多。但要求技术设备不要太昂贵、太复杂。另一个例子是一座位于华盛顿特区的立交桥的一个翼墙。该墙由于过大的液压而在移动。采取补救措施后，业主希望长期监测翼墙相对墩的位移。鉴于环境的不利因素，需要一种廉价的传感器。“无损评估鉴定中心”在几星期内构思、设计、制造并安装了1个廉价的位移传感器。传感器由粘在混凝土上的铝板和离板一小段距离的1块带电线圈组成。线圈和板组成1个感应振荡器。振荡频率随板和线圈之间的距离而变化。测量移动量的精度达到百分之几英寸。这种传感器采用了温度补偿技术，从2000年夏天开始的监测证明，该墙的补救措施是有效的。过去几年里，FHWA已发展了通用的标准仪器，以推动快速调试和专用的传感器。该仪器可发展成为快速调试及用于检测特殊场合的重要专用部件。一个有关通用性的例子是在吊索上的应用。吊索破坏会影响结构的整体性。采用与监测翼墙相同的系统监测吊索。传感器采用焊接的金属箔片应变片。在温度变化时，吊索端部的连接套筒随桥面的变形自由转动。吊索因传递竖向荷载而设计为受拉构件。若销栓和吊索的接触面受到腐蚀（很常见的现象），二者之间的摩擦会引起吊索明显的弯曲。而且，二者的突然相对滑动会引起危险的动应力。这种现象引起的疲劳和可能断裂的后果，在细部设计时是没有考虑的。在荷载试验时，测量了吊索的响应。除了预料到的方向的弯曲外，还出乎意料地测量到吊索的横向弯曲。在监测中发现并测定这种结构行为是很有益的。并非只有钢桥才易受到突然破坏和垮塌。2000年夏天，北卡罗来纳州一座只使用了7年的预应力混凝土人行桥垮塌，是因高强钢筋受到腐蚀并发生破坏引起的。高强钢筋的局部腐蚀源于氯化钙出乎意料地进入了填充预制梁孔道的水泥浆。氯化钙的来源现在仍不清楚，但没有检测到的预应力筋腐蚀已引起许多桥梁破坏。预应力筋断裂时会突然释放显著的能量。断裂产生的应力波通过结构向外传播，可以用加速度计之类的传感器探测到。通过分析信号的到达时间，不但可能探测到它的发生，也可能探测到断裂的部位。这同地震监测网确定震源及震级大小的方法类似。这种装置已有出售，并开始安装到桥梁上。监测到钢丝的断裂自然很有用，但更有前途的技术是在破坏前定量的检测到腐蚀状况。在冬季大雪后，为保证公路桥梁开通，常在道路上洒盐，这是引起公路桥梁腐蚀的主要原因。结构中钢的腐蚀一般都看得见。除非出现明显的破坏，混凝土结构中的预应力钢筋的腐蚀是看不见的。在FHWA的协助下，开发了一种预埋式腐蚀传感器。这种传感器预埋在混凝土结构内，可以测量腐蚀的速度、混凝土的导电性、氯离子的聚集。这种传感器体积很小，甚至最终会自带能量，并通过射频方法被“询问”。已经用一些单个的元件组装了样品，可以采用集成电路技术使该装置微型化。可将成千上万廉价的这种传感器预埋在一座桥内，从而在严重的破坏到来前，完全独立于桥梁之外，如果没有考虑具体的或未记载的因素，从大量桥梁得到的总体数据来确定桥梁构件的退化率将带来错误的结果。提供关于腐蚀程度的定量资料。1.3 智能化桥梁展望建造更加智能化桥梁的技术已经成熟，这种技术通过提供定量的、客观的资料，可以使人们放弃主观的桥梁管理体系。这就需要研制出一种更加定量化的管理方法。美国的科研和工程界已加强了这方面的工作。科研界已举行了几个专题研讨会，汇总了来自公众的、私人的及学术团体的看法，确定了迫切需要对老龄化公路基础设施展开的研究。结论形成了“国家基础设施修复研究日程”报告。报告认为可靠而及时的数据对全美公路的高效管理非常关键。报告还高度关注对改进的决策支持系统的需要，以及在基础设施的管理中引入基于概率的生命周期分析的重要性。报告强调需要对基础设施进行评估，并量化系统的效益。还强调了量化的、相关的、有价值的特性的测定。智能桥梁对这几方面都有帮助。通过监测和测量极端条件下公路结构的荷载及结构响应，会极大地提高公路结构在极端条件下的安全性。采用使结构更加智能化的技术得到的定量的测量数据，可以满足评估和管理桥梁及其它结构的需要。不通过对结构行为和老化的长期观察和定量测量，就不可能改进规范。最终，支持桥梁维护自动化的基础资料（是一个国家基础设施研究和发展应首先考虑的），必须通过监测和测量技术得到。智能桥梁可为系统和桥梁层面的管理提供大量的数据。智能桥梁提供的数据可以更可靠、有用地推动资产管理。通过测量和监测危险的桥梁构件，可使桥梁的安全性，特别是在极端条件下的安全性，向前迈进一步。发觉事故和评定结构状态的桥梁技术，可以增强安全性、可靠性及养护高效性。桥梁的整体健康状况，和基于资产管理及改进的规范的性能评估，应该也必然只有通过采用定量的测量方法来实现。主观的评价完全不足以满足这些要求。只有通过建立智能桥梁，才能提高桥梁结构的等级水平。2奥地利桥梁检测技术的发展与现状桥梁检测技术作为交通建设中重要的技术在现代社会中有着广泛的应用和重要的作用。桥梁检测技术最早在欧美出现。原本在工业技术及科技方面并不引人注目的奥地利却在这项技术上处于欧洲先进地位。这同奥地利对于桥梁检测技术研发的先人一步和重点扶持是有着很大关系的。2.1源起与发展奥地利对于桥梁检测技术的重视和桥梁检测车的研发始于上世纪70年代到80年代间。成立于1932年，拥有良好口碑和较大市场的随车起重机制造企业帕尔菲格公司当时走在了前头。1980年，帕尔菲格推出了自己的桥梁检测设备，这在当时是质量比较好，诞生比较早，有很强竞争力的产品。帕尔菲格的这一举措也奠定了公司产品多样化发展的基调，为接下来公司的多样化运营带来了良好的基础。其后，帕尔菲格公司利用其在随车设备设计上的丰富经验，迅速完成了桥梁检测设备的随车化。同美国HYDRA公司、Aspen Aerials（赛奔驰）公司，德国MOOG公司一同成为了世界上第一批桥梁检测车的生产商。可以说。帕尔菲格公司的情况较好地代表了奥地利桥梁检测技术的发展与良好现状。近年来，奥地利作为桥梁检测技术的先进国，已经在国际市场上享有一定的声誉。奥地利VCE公司的代表作BROMIS是现代奥地利在桥梁检测技术上发展成果的一个典型体现。2.2奥地利BROMIS系统简介2.2.1概述奥地利VCEBRIMOS桥梁动态监测系统同时能够进行高精度地监测、数据采集和存储。它操作简便，几乎每个人都能用它来完成高精度的测试。用户能够自己独立完成大部分测试分析。 2.2.2优势奥地利VCEBRIMOS桥梁动态监测系统优点：（1）操作简便、坚固可靠（2）价格便宜，目前仅是其他类似仪器价格的一半，以后还可能更少。奥地利VCEBRIMOS桥梁动态监测系统能够监测环境振动，快速评估结构的当前状态。它能以三维方式高精度地记录振动信号，并存储在内置数据采集上，以进行进一步分析评估。记录的结构振动信号给出了结构的当前状态、完整性和质量。工程师们都非常希望获得结构对环境振动作用下的反馈响应，以便更经济地进行结构设计，更好地理解结构性能。2.2.3特点奥地利VCEBRIMOS桥梁动态监测系统特点：（1）可靠的数据采集BRIMOS提供了最高质量的、可靠的数据采集。它同时具备了当今监测技术的方便性和灵活性，因而它对结构工程师解读结构性能有很高的价值。（2）卓越的测试设备标准BRIMOS内置了一只Kinemetrics三维力平衡加速度传感器，Kinemetrics专门提供结构健康监测、地震分析和振动监测方面的卓越技术。（3）”All-in-one”整体式解决方案BRIMOS体现了小型结构监测评估设备方面的全新理念。其主要创新是采用了”All-in-one”整体式设计，小巧的记录仪中包括了所有必须的部件，充分体现了使用简便、用户友好的理念。（4）快捷、简便的数据传输Windows版本软件BRIREC，能够将测试数据快速、简便地传输到用户办公室中。其操作界面非常友好，能够快速、精确地分析结构的动态性能。作为对奥地利桥梁监测技术的一个集中体现。BRIMOS系统已经进入中国市场，并取得了不错的反响。2.3启示2.3.1技术发展的机遇与可能奥地利作为一个技术及制造业基础相对一般的国家能够在某些应用前景良好的技术领域拥有令人艳羡的水平这一情况本身对于众多技术基础相对薄弱的国家是一个有力的鼓舞。冷静地分析，一个国家可能在综合技术实力上难登台面，但是却完全有可能在某些较新领域凭借先行一步的优势取得领先的地位。这种技术发展的可能往往需要精准的判断力和技术团体的坚定执行。也就是说，在技术日新月异的今天，时刻关注新生领域，尽早在潜力领域投入，为传统上所谓的”技术弱国”带来了局部翻盘的可能。奥地利在桥梁检测技术上的实例仅仅是众多实例中可能并不突出的一个，但是见微知著，无论如何，技术发展的瞬息万变需要我们的一双慧眼和一颗大心脏。2.3.2桥梁检测技术拥有广阔前景和巨大应用价值通过帕尔菲格公司近乎”不务正业”的发展来看。不难发现，国外许多公司集团看好桥梁检测设备市场，并已经做了大量的技术准备工作和前期的市场工作。作为现代交通发展绝无可能避开的关键环节桥梁的运力承载和可靠性保障都是未来解决交通问题的重要课题。一些人口众多，车辆众多的大型城市利用大量桥梁的兴建缓解城市交通的拥堵问题也是一个行之有效的举措（比如北京）。所以，可以想见的是，不远的将来，桥梁检测工作的任务量和任务重要程度都将有所不同。从这一角度讲，桥梁检测技术的发展和桥梁检测设备的研发室具有广阔前景的。3德国桥梁检测技术的发展随着公路交通的发展，公路桥梁的数量也迅速增加，一方面给经济发展创造了良好的运输条件，另一方面，随着时间的推移桥梁”老龄”化问题己摆在人们的面前，由于桥梁隐患所带来的交通事故，往往是车毁人亡的恶性事故，因而对桥梁进行定期检修、寿命及承载能力的预测研究自然成了一个很重要的课题。桥梁检测车最早出现在欧美，美国HYDRA公司，Aspen Aerials公司和德国MOOG公司，意大利BIRIN公司等已有用于桥梁检测的探测车。现在的装配技术很先进，均采用电子液压控制，并配置有应急装置、稳定装置、遥控装置、及发电设备。3.1概述德国的桥梁养护非常正规，每座桥梁都建立了完整的养护技术库和数据档案，并且建立了检测的标准规范。桥梁数据库主要分为钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥和钢桥三类。数据库共有4050个数据项，数据采集方法主要有目测、仪器测和测车测。每年平均每公里采集数据所需费用300马克。对桥梁检测的时限也有要求。正常情况，每三个月一小检，每年一大检，每三年一次全面检查，每六年一次重新检测。检测内容包括稳定性、排水性能，桥梁标志、标线和裂缝，螺丝、锚头松动情况，钢铁锈蚀情况等。在德国桥梁车发展的很迅速，其中以MOOG公司实力最为强大，为桥梁检测工作人员，提供了一个安全、快捷的工作平台。德国MOOG公司自1980年开始生产桥梁检测车，已拥有28年以上的桥梁检测设备的供应经验，客户主要为德国、法国、瑞典、香港、新加坡和印度的铁路运营商和铁路公司。国际市场份额超过50%，该公司产品主要用于公路桥梁、铁路桥梁和隧道检测。该公司的桥梁检测车主要有MBI和MBL系列产品。3.2 MBI系列性能概述MBI系列桁架式桥梁检测车有自行式和拖挂式两种，客户可以根据实际需要选购。该车主要用于对大型跨江跨河桥梁底部进行检查、测试、施工和管理。通过车辆液压设备，该车桁架操作平台可伸入到桥梁底部并作180度旋转，使上序工作无需使用传统的脚手架即能完成，同时可对处于工作状态的桥梁梁体结构部分进行更为详细的观察，为发现安全隐患、进行结构维修、适时监控桥梁运行情况提供更便捷的条件。例如MBI140-1，4/S桥梁检测车整车长度为12米，宽度2.55米，高度4.1米，总重量22吨，由主车和液压桁架两部分组成，主车为德国奔驰车型，桁架部分通过液压设备控制可完成伸展、下降、旋转等程序，使桁架伸入到桥梁梁底。桁架展开长度14米，最大向下深度9.5米，桁架端部为操作平台，平台宽度1.4米，平台可旋转范围为180度，最大承载能力为6人+120公斤。表3-1 MBI系列桥梁检测车的系数类型最大水平工作范围最大下降深度最大承载能力最大跨越宽度最大跨越护栏高度备注MBI45-1/s4.5m3.7m300kg1.3m2.0mTMBI45-1/s4.5m3.7m300kg1.2m2.0mCMBI70-1/s7.0m5.3m400kg1.9m2.0mTMBI70-1/s4.5m3.7m300kg1.8m2.0mCMBI90-1/s9.0m6.0m450kg1.8m2.5mTMBI90-1/s9.0m6.0m450kg2.2m2.5mCMBI110-1.2/s11.0m6.2m450kg1.9m2.5mTMBI110-1.2/s11.0m7.5m450kg2.2m2.5mCMBI140-1.4/s14.0m8.8m600kg2.5m3.0mCMBI160-1.7/s16.0m10.0m800kg2.5m3.0mTMBI160-1.7/s16.0m9.3m800kg2.5m3.0mCMBI175-1.5/s17.5m9.0m800kg2.5m3.0mTMBI175-1.5/s17.5m9.3m800kg2.5m3.0mCMBI180-1.5/s18.0m9.4m600kg2.5m3.0mCMBI180-1.7/s18.0m8.0m800kg2.5m3.0mTMBI180-1.7/s18.0m9.0m800kg2.5m3.0mCMBI200-1.5/s20.0m9.2m800kg2.5m3.0mCMBI210-2/s21.0m10m1000kg2.5m3.5mT其MBI最大水平工作范围4.521.0m，最大下桥深度3.711.0m，最大承载能力3001000kg，最大跨越宽度1.2m-4.2m， 最大跨越护栏高度2.0-5.5m。3.3 MBL系列性能概述德国MOOG公司MBL系列吊蓝式桥梁检测平台主要用于检测桥梁检测、维护工作以及高空作业平台。该系统即可以安装在公路运输车辆上，又可以安装了公路/铁路用底盘上或机动轨道车上。特殊的三节工作臂的结构使得设备能非常灵活的在桥底或桥面上作业。在架起桥梁检测平台及工作工程中对公路交通的影响降到最低。其MBL系列吊篮式检测车桥下最大水平距离12-16m，桥下最大垂直距离15-19.5m，桥上最大垂直距离14-21m，吊篮最大载荷280kg。表3-2 MBL系列桥梁检测车系数技术参数MBL1200TMBL1600T最大水平范围12.0m16.0m最大工作深度12.0（17.0）m17.0（19.5）m最大下降高度14.0（15.0）m18.0（21.0）m吊篮尺寸1.35*1.25m1.35*1.25m占用桥面空间2.5m3.4其他MOOG公司生产的桥梁检测车还有MBS、MFG、MPG系列，这些维修单元主要用于长时期维修桥梁项目。除了MOOG公司，德国不莱梅大学于2001年用重载运输车改装而成BELFA-DB桥梁检测车，自重90t，载重能力165t。BELFA-DB检测车的基本长度为225m，车身设有伸缩机构，伸出后的总长度为35m。检测试验时，用其外部的液压支柱支在桥台上，然后利用5根液压支柱进行加载试验。在施加检测荷载情况下这些支柱能自由移动，通过装在桥身底侧的30个高灵敏传感器测出上述液压支柱所施加的压力和桥的变形，从而精确计算出桥梁的负载模式。3.5 体会与感受3.5.1较高的质量意识德国是世界上最重视质量的国家之一，产业工人非常热爱自己的岗位，”在每一个岗位上要创造最好的质量”，这是他们的愿望和口号。这种精神主要表现在公路建设上，主要是无论是建设还是养护都要把质量放在首位，精益求精一丝不苟，要求非常严格。3.5.2实事求是的态度在公路建设种，坚持实事求是，科学分析。根据交通量及其实际情况确定桥梁的检测标准和要求。3.5.3完善齐全的标志、标线系统在德国，公路和桥梁都有齐全的标志和标线系统，即使在进行养护是，也都做出完整的临时标线标志。完善的标志、标线系统使车辆交通秩序井然，极大的提高了通行能力，减少了交通事故。3.5.4建设与养护相结合首先，在桥梁建设时考虑养护的方便，特别是大桥、特大桥，在设计施工的时候就要充分考虑将来养护的问题。其次，养护者尽力维持建设的成果，加强养护，延长公路的使用寿命。第三是，建设与养护一起抓。德国的公路和桥梁养护已经成为公路建设的主要任务，不仅重视公路建设，抓工程质量；而且更重视养护，抓养护质量，发现病害尽早根治，不等损害的不可收拾在进行，避免了边建设边损坏的现象。3.5.5重视环境保护德国特别重视环境保护，建设时在绿化、隔音、排水、排污和保护野生动物方面均有周密的考虑和相应的设施。4中国桥梁检测4.1我国桥梁的现状及存在问题我国地域辽阔，地形复杂，历史悠久，桥梁数量庞大。截止Nz0世纪末，我国公路总里程到140万公里，居世界第四位：高速公路总里程达到15万公里，居世界第三位。己建成永久性公路桥梁225万余座，总长度达800万延米以上.。我国依靠自己的技术力量，建成不同形式的大跨度悬索桥、斜拉桥、拱桥、连续刚构桥，取得了成功经验。己建成和即将建成的一大批大跨度桥梁，技术复杂，科技含量高，施工难度大，标志着我国桥梁技术已达到世界的先进水平。我国桥梁建设的成就可概括为：实现了跨径大超越；桥型结构和技术有创新；深水大跨桥梁建设技术成熟：桥梁美学理念有所增强”。4.1.1实现了跨径大超越我国大跨径桥梁建设自20世纪80年代开始，90年代进入辉煌发展时期。我国现有主跨在200m以上的桥梁近110座，其中公路桥占80以上。就跨径而言，我国已建成的悬索桥、斜拉桥、拱桥、梁桥，有16座分别跻身于世界同类型桥梁排行榜前lO名。4.1.2桥型结构和技术有创新悬索桥、斜拉桥是大跨、特大跨桥梁中具有竞争力的桥型。悬索桥的加劲梁主要有扁平钢箱、预应力混凝箱、钢管混凝土桁架、钢桁架等，特大跨径以采用扁平钢箱届多；斜拉桥的主梁主要有扁平钢箱、预应力混凝土箱、钢与混凝土结合梁或混合结构、钢桁架、预应力混凝土边肋中板结构等，跨径400m以下的采用边肋中板结构居多。大跨径拱桥有上承式、中承式和下承式，结构型式主要有钢筋混凝土桁架拱、钢骨钢筋混凝土拱、钢管混凝土拱、钢箱拱等。大跨径混凝土梁桥从预应力混凝土连续梁、T型刚构、连续刚构发展到连续刚构与连续粱组合体系。除上述桥型与结构外，悬一拉组合体系、梁拱组合体系桥梁，矮塔斜拉桥、自锚式悬索桥、钢一混凝土结合梁桥等，近几年有较快发展。4.1.3深水大跨桥梁建设技术成熟我国已实现自行设计、施工及使用国产材料，完成深水大跨桥梁建设。各种复杂地质和水文条件下的深水基础、锚碇等工程的大型钢围堰、高桩钻孔施工平台、沉井、地连墙以及各种类型桥梁上部结构的制作、安装等，取得了设计和施工的成功经验。4.1.4桥梁美学理念有所增强大型、特大型桥梁的美学设计已纳入桥梁的设计工作议程，一些城市或临近城市以及景区的典型桥梁，由于桥梁美学与桥梁工程的规划、设计同步进行，较好地体现了工程与艺术的结合。4.2桥梁检测评价的目的和意义通过对在役桥梁实际承载能力的检测评定，为在役桥梁使用的安全可靠及维修加固提供必要的依据和积累必要的技术资料，建立桥梁数据库检验桥梁结构的质量；确定工程的可靠度，推动和发展在役桥梁评定及新结构的设计计算理论。桥梁检测评价的目的和意义如下：（1）桥梁由于营运多年，主要部位出现缺陷，如裂缝、错位、沉降等，通过检查确定桥梁各部位损坏的程度及实际承载能力。（2）原来按旧标准规定的荷载等级设计的桥梁，现在由于交通量的不断增加，车辆载重量的不断加大，对桥梁通过能力和承载的要求也愈来愈高。通过检查评价，可确定原有桥梁的荷载等级，从而决定是否需要通过加固来提高其荷载等级。（3）随着我国现代化工业建设的发展，特大型工业设备、集装箱运输逐渐频繁，超重车辆过桥的情况时有发生，通过检查评价，可确定超重车辆是否安全通过，并为临时加固提供技术资料。（4）桥梁遭受特大灾害时，如发生泥石流、地震、洪水等而受到严重损坏，或在建造、使用过程中发生严重缺陷等（如质量事故、过度的变形和严重裂缝以及意外的撞击受损断裂等），需通过检测。（5）在役桥梁资料不全，需通过检查，重新建立和积累技术资料，为加强科学管理和提高桥梁技术水平提供必要条件。（6）系统地收集桥梁技术数据，建立桥梁数据库，应用计算机管理系统更好地维护管理好桥梁，指导桥梁养护、加固与维修工作。（7）对于一些重要的大桥或特大桥梁，在建成之后，通过检查评价，可评定其设计与施工质量，确定工程的可靠度。（8）对采用新型结构的桥梁，通过检测评价，可验证理论的实践性和可靠性，并能进一步发现问题，总结经验，以便对结构设计理论及结构形式加以改进，使其更完善。（9）对经过维修加固的桥梁进行竣工检查，通过检查可检验维修加固的质量，并验证加固方法的合理性与可靠性。（10）了解桥梁实际受力状态，判断结构的安全承载能力和使用条件评价，为进行桥梁的修复加固提供可靠依据。4.3混凝土桥梁的检测技术及其发展趋势4.3.1混凝土桥梁损伤检测技术损伤检测技术是损伤诊断的前提。从使用仪器方面又可分为外观检测法、静载检测法、振动检测法、局部检测法四种，下面分别介绍。4.3.1.1混凝土桥梁外观检测技术直接观察是结构损伤检测最常用的方法。通过外观检测，可以发现钢筋混凝土梁出现的各种裂缝及其它病害，以此评定桥梁现状的使用质量。但该方法常常不能准确定量判断，因为某些至关重要的损伤可能出现在结构内部，或者看起来并不明显。直接观察也不能提供对结构剩余强度的定量描述。4.3.1.2结构静载试验检测技术对桥梁进行静载试验，量测与桥梁结构性能有关的参数，是进行桥梁损伤识别和桥梁承载力评估的最传统的方法。通过试验测出结构反应参数，分析结构的强度、刚度及抗裂性能，据此判断桥梁的承载能力。结构的静力识别具有较高的精度及稳定性，但由于静载试验时间较长、耗资巨大，应用受到一定限制。桥梁静载试验步骤如下：（1）试验方案的设计和准备阶段：根据试验目的和要求、具体考察试验的桥梁结构，对有关桥梁结构的图纸、文件、资料进行必要的理论分析和核算，进行试验过程中的设计计算，补充必要的材料力学性能试验，在这些工作的基础上有针对性地拟定出周密合理的试验方案，同时要按计划全面地开展试验前的各项准备工作。（2）静载试验的加载与观测阶段：在充分准备的基础上，按照预定的试验方案，对结构施加试验荷载，通过各种测试仪表机具进行观测，取得试验数据。试验加载和观测阶段是桥梁结构静力试验的核心。（3）对试验资料的计算分析阶段：本阶段的主要工作有结构挠度的计算、测点应力的计算、截面应力的计算、主应力的计算、求残余变形值、荷载横向分布影响线的计算。（4）对试验结构的性能分析阶段：通过对试验资料的整理计算，对桥梁结构进行强度、刚度、抗裂性能、裂缝宽度等几个方面的研究分析。4.3.1.3结构振动试验检测技术桥梁振动试验近二十年发展很快，取得了很多研究成果。结构振动试验检测技术具体包括如下两个方面的内容：（1）激振技术激振是结构动态特性测试的重要环节，直接关系到测试的精度和速度。激振可分为瞬态、随机和瞬态随机三种。过去由于随机激励的能量较小，且其平稳的噪声假设不能得到完全满足，因此偏重于采用瞬态激励。但瞬态激励试验要阻断交通，追求过大的激励力还可能损坏桥梁。（2）试验模态分析过程模态分析的核心内容是确定用以描述结构系统动态特性的固有频率、振型等模态参数。采用模态试验进行检测目前主要依靠”动力指纹法”将测试结果与对应的桥梁标准进行对比、判断。其过程包括以下几个方面：1）激振器和传感器的优化布置：2）频率响应测试，其中包括振动响应与激振力的测量与校准；3）模态参数识别，对频率响应曲线进行拟合，可得到系统的各阶模态频率、阻尼比和对应测点的振型值：4）结果输出和显示。4.3.1.4局部损伤检测技术局部损伤检测技术是针对于混凝土桥梁局部破损或裂缝的一些检测方法。常用局部检测方法有染色法、压痕法、回弹法、超声脉冲法、射线法等。其中超声波检测技术已成为评定混凝土桥梁损伤的常规手段。与其它无损检测技术相比，超声检测的优点是应用范围广、检测厚度大、成本低、速度快、使用方便、对人体无害。超声检测仪器有连续波探伤仪、多通道超声波探伤仪、脉冲反射式超声波探伤仪等。4.3.2混凝土桥损伤诊断方法基于不同的检测技术有不同的诊断方法。检测方法大致分为模型修正法、动力指纹分析法、和具有智能损伤诊断的神经网络法、专家系统法。（1）模型修正法先建立非损伤分析模型，再利用混凝土桥梁动静载试验测得的数据，如频率、振型、挠度、应变，对桥梁结构的非损伤分析模型的单元刚度或材料参数进行修正。此时，模型的计算模态则为损伤结构的测试模态。接下来建立损伤诊断方程，运用优化法确定受损单元的刚度减少程度，最后根据模型刚度的变化来实现损伤的定位和损伤程度的评估。模型修正方法主要有三种：灵敏度分析修正法、特征结构分配技术修正法和最优化方法。（2）动力指纹分析法动力指纹法也称对比法。根据结构特性，若结构发生损伤，其结构参数会发生变化，从而引起相应的动力指纹的变化。在损伤识别时，先建立包括损伤大小及位置的数据库：再将结构实测值与数据库中各值相比较，最相近的一组数据代表的损伤位置就是该结构最可能的损伤位置。常用的动力指纹有：频率、振型、振型曲率、应变模态、频响函数、模态柔度矩阵、模态保证准则（MAC）和坐标模态保证准则（COMAC）等。这些方法的缺点是工作量太大，敏感性不是很高，与所有潜在损伤情况相对应的数据库较难建立。用这类方法识别损伤的研究成果很多，如Satoko推导出拟牛顿法（QuasiNewtonMethod）将刚度变化作为指纹，用于识别结构在地震过后内部的不可见损伤。（3）神经网络方法神经网络法用于损伤识别是结构智能诊断的重要组成部分。其基本思想是：利用数值求解法（如有限元法、能量法）或实测方法，获取结构中所需物理量（如频率、振型等）作为训练样本的输入参数，以结构的缺陷作为输出参数，利用神经网络具有很强的自组织、自学习和自适应能力的特点，通过一定数量的训练样本让网络学习，神经网络会记住这些知识，实现从输入参数（如结构频率向量等）到输出参数（如结构损伤位置、程度等）之间的非线性映射，从而可以求得反问题的解。神经网络法虽不是为混凝土桥梁损伤识别设计，但其处理非线性问题的手段非常适合于非线性很强的混凝土桥梁结构损伤诊断。很多学者在这方面做了大量工作。现在常用于损伤诊断的网络模型有BP网络模型、对偶传播神经网络、径向基函数（RBF）神经网络和模糊神经网络。由于神经网络的容错性好，对输入参数的准确性要求不高，因此，其前景看好。（4）专家系统法专家系统是一种模拟专家解决土木工程领域问题的计算机程序系统。用来进行损伤诊断时，系统内部含有大量的混凝土桥梁损伤诊断知识与经验，专家系统利用损伤诊断知识与经验进行损伤诊断。专家系统具有准确、效率高、不受环境影响等优点。但混凝土结构的离散性和桥梁结构的多样性使得该系统难于推广。4.4桥梁检测中的静载和动载实验桥梁检测的分类依据较多，本文根据试验荷载作用的性质，桥梁试验可分为静荷载试验和动荷载试验。静载试验与动载试验等非破坏性试验是调测桥梁性能的主要方式。4.4.1桥梁检溯中的静载试验桥梁静载试验是按照预定的试验目的与试验方案，将静止的荷载作用在桥梁的指定位置上，观测桥梁结构的静力位移、静力应变、裂缝、沉降等参量的试验项目，然后根据有关规范和规程的指标，判断桥梁结构的承载能力以及在荷载作用下的工作性能。4.4.1.1检测内容静载试验检测法通过对桥梁进行静载试验，量测与桥梁结构性能相关的参数，与桥梁工作性能相关的主要参数有变形、挠度、应变、裂缝等。通过静载试验，可测出这些参数，从而分析得出结构的强度、刚度及抗裂性能，据此判断桥梁的承载能力。混凝土桥梁的静载试验，一般需进行以下测试内容。（1）结构的竖向挠度、侧向挠度和扭转变形。每个跨度内至少有3个测点，并取得最大的挠度及变形值，同时观测支座下沉值。有时测试也为了验证所采用的计算理论，要实测控制截面的内力、挠度纵向和横向影响线。（2）记录控制截面的应力分布，并取得最大值和偏载特性。沿截面高度不少于5个测点，包括上、下缘和截面突变处。有些结构需测试支点及附近、横隔板附近剪应力和主拉应力，此时需将应变计布成应变化。（3）支座的伸缩、转角，支座的沉降：墩顶位移及转角。（4）仔细观察是否已出现裂缝，出现初始裂缝时所加的荷载，仔细表明裂缝出现的位置、方向、长度、宽度及卸载后闭合情况。如果结构的控制截面变形、应力或裂缝扩展，在尚未加到预计最大试验荷载前，已提前达到或超过设计标准的允许值，应立即停止加载，同时注意观察裂缝扩展情况，撤离仪器和人员（5）细观察卸载后的残余变形。对于特殊结构而言，如悬索桥和斜拉桥，尚需观察索力和塔的变位并进行支座的测定。4.4.1.2检测方法在进行试验前，必须根据设计图纸对桥梁进行理论分析，根据不同的桥型及最不利荷载组合计算结构的设计内力和试验荷载效应。该过程一般通过建立有限元模型进行模拟，在模型合理的情况下，可依据模型的力学分析结果和现场实际情况制定一套严密可行的加载方案。加载试验一般采用重载车辆进行加载，加卸载必须分级递加或递减，且在正式加载前，要对试验桥梁进行预加载，以确保桥梁安全。在根据经验认为桥梁健康状况较差的情况下，应尽可能使用多级加载，并密切观察结构反应，必要时必须对加载方案进行调整。卸载应与加载的工况相对应，以便数据整理时进行校核。另外，为节省试验费用与测试时间，加载车辆应尽可能靠近测试截面内力影响线的峰值处， 以便用较少的车辆来产生较大的试验荷载效应。4.4.2桥粱检测中的动载试验尽管桥梁静载试验检测手段比较成熟且试验成果直观，但也存在一些弊端。如随着桥梁设计施工技术的提高，轻型构件的应用，地震和风振效应在桥梁分析中的要求考虑得更加精确。另外，现场动载试验较静载试验而言，工作量较小， 费用低，试验时间短等都是其优势。4.4.2.1检测内容及方法桥梁结构的动载试验是利用某种激振方法激起桥梁结构的振动，测定桥梁结构的固有频率、阻尼比、振型、动力冲击系数