桥梁无损检测技术理论和工程应用探索

1、2009年4月总第166期陕西建筑67桥梁无损检测技术理论和工程应用探索郝忙利李粉玲(西安市市政建设集团(有限)公司710054西安)摘要:系统地阐述了桥梁无损检测技术的特点,并结合近年来的研究现状及最新的研究动向,较全面地论述了桥梁无损检测技术的内涵。从桥梁结构的损伤机理和桥梁检测的范围入手,展望了无损检测技术在理论探索和工程应用两个方面的发展方向,与局部细化检测两种手段的技术。关键词:无损检测;状态评估;损伤识别。1.概述。钢筋和混凝土是目前桥梁工程中最主要的两种结构材料,桥梁的工作性质和受力状况决定了桥梁的损伤形成和发展,反映到材料方面则主要表现为疲劳损伤和钢筋锈蚀。混凝土是一种多相复合

2、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发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

3、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。特别无损检测(Nondestructive技,通过测定测方法。无损检测技术是多学科紧密结合的高技术产物,现代材料学和应用物理学的发展为无损检测技术奠定了理论基础,而现代电子技术和计算机科学的发展又为无损检测技术提供了现代化的测试工具。1.1.技术

4、内涵随着桥梁技术的飞速发展,对既有结构损伤的评定,已越来越依赖于仪器对结构进行检测为手段。作为一种检测技术,无损检测主要用于结构安全直接有关的宏观力学性能及宏观缺陷的测试方面,在桥梁工程中的应用,主要与下面几个方面息息相关:(1)桥梁自身材料和结构方面的特性;(2)合理选取反映桥梁整体或局部的某些性能的物理量,并确定相互之间的函数关系;(3)检测方法的改进和检测仪器的更新。无损检测技术在桥梁检测中的应用十分广泛,总体上可以概括为基于整体的结构状况识别和基于局部的构件损伤识别。桥梁是一个由多种材料,不同结构组合而成的大型综合系统,系统各个成分的重要性、应力状态、易损性不一,刚度、动力特性也相差甚

5、远,所以造成桥梁检测的范围十分广泛、复杂。识别桥梁的损伤,我们应该关注的是对结构功能产生严重影响的那些损伤,从这一意义出发,将桥梁的损伤归结为材料损伤和结构受力损伤两大主要的68陕西建筑2009年4月总第166期两种方法,一是建立在大量试验基础之上的归纳法,即是用回归分析方法确定检测性能与要评价量之间的经验关系。这种方法不仅工作量巨大,受限制的客观因素多,而且常有一定的主观盲目性,主要用于无损检测技术的初期的理论研究。另一种是以基础科学的基本原理为依据的演绎法,以要评价量与物理量之间的理论联系为基础进行逻辑推理,从理论上确定其间的相互关系,然后再作适当的试验验证。另外,由于科学技术的发展,学科

6、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无损检测技术的研究,必将推动该技术的飞速发展。总之,术,只有从基础理。无损检测,建立起理论研究与工程应用联系的桥梁,完善现有的方法和开辟新的途径。3.2.工程应用探索是近年来,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。2.桥梁无损检测技术的研究现状与最新动态2.1.研究现状传统的无损检测技术发展很快,目前已有超声检测、红外检测、声发射、自然电位检测、冲击回波检测、或x射线检测、磁试验、光干涉、脉冲雷达、振动试验分析等数十种之多。除振动试验分析法以外,多数无损检测技术属于局部检测方法。2.

7、2.存在问题某些无损检测技术应用桥梁结构上还存在着一些不利因素,如或x射线检测法只能检测一定厚度范围内的混凝土,对检测空间有一定要求,且有一定的放射性危险;好,测设备成本较高;、测诊断,。局部,虽较费时费力且可靠性差,但对于量大面广的中小桥梁来说,从技术、经济上考虑,人工检测仍然是一种重要的比较现实的技术管理手段。2.3.最新发展无损检测技术的工程应用取决于现有检测手段和检测仪器的更新。近年来,在对原有检测方法进一步完善的同时,又出现了综合法,许多学者认为,综合法可以从不同的检测参数中获取较多的信息,并可清除部分不利因素的影响,因而误差较小,是今后检测强度方法的主要研究方向。对于缺陷检测技术,

8、大多是以波动传播为基础。波形接收信号分析技术和脉冲回波技术的发展是无损检测技术值得注意的方向,已经出现了许多新的方法,如雷达波、红外热谱、激光、超声波等方式。一般认为,这类依靠远程(非接触)辐射传递信息的高速检测技术,在工程应用中是一个极具前途的研究方向。随着测试方法和电子技术的发展,无损检测仪器也发展到一个新的水平。近年来,高灵敏传感系统(如红外、微波、射线等系统)的不断出现,使无损检测技术的传感系统向多元化、智能化的方向发展,使检测仪器向专用化、小型化、一体化、集约化的方向发展。检测仪器的研究是无损检测技术发展的基础,如何将电子技术与检测技术紧密结合起来,也是值得我们关注的问题。4.结语近

9、年来,致力于桥梁检测,研究人员提出了许多成功的方法对桥梁进行非破坏性评估。一些新的方法被广泛应用于桥梁检测,如利用相干激光雷达测试桥梁下部结构的挠度,利用全息干涉仪和激光斑纹测量桥体表面的变形状态,利用双波长远红外成像检测桥梁混凝土层的损伤,利用磁漏摄动检测钢索、钢梁和混凝土内部的钢筋等等。随着振动实验模态分析技术的发展,运用振动测试数据进行结构动力模型修正理论得到了充分的发展,为桥梁结构的安全检测开辟了新的途径。基于振动模态分析技术,人们研究发现,结构的动力响应是整体状态的一种度量,当结构的质量、刚度和阻尼特性发生变化时,选用结构振动模态作为权数,对结构损伤前后的模态变化量进行加权处理,从而

10、实现对单元损伤的识别和有效定位。3.无损检测技术的展望3.1.理论研究探索无损检测方法必须建立在被检测的某些性能与适当的物理量之间相互关系的基础之上。一般采用大型桥梁结构安全性问题的日益突出,为无损检测技术的发展提出了更高的要求,无损检测技术应着2009年4月总第166期陕西建筑69眼于未来,作为一项系统工程来规划。今后的方向是扩大先进检测技术的应用范围,并积极研究、应用小型的自动化程度较高的检测仪器。传统的检测方法一般可以对桥梁的外观及部分结构特性进行监测,对桥梁局部关键结构构件、节点可以进行较为合理的损伤判断,然而难以全面反映桥梁的整体健康状况,对于桥梁结构的安全程度、剩余寿命难以作出系统

11、的评估。国内外学者普遍认同并致力于研究的无损检测方法是结合系统识别、振动理论、振动测试技术、信号采集等跨学科技术的试验模态分析法。目前,该整体检测技术在一些局部范围内取得了积极的效果。一(上接第59页)势,作为科技型企业的勘察设计行业,种比较现实的损伤检测方法可能是综合整体损伤定位与局部细化检测两种手段的技术。参考文献:1铁志杰.21世纪桥梁管理的无损检测J.国外桥梁,1999(4).2刘效尧,蔡键,刘晖.桥梁损伤诊断M.北京:人民交通出版社,2002.3吴新凝.混凝土无损检测技术手册M.北京:人民交通出版社,2003.4王安坤,邱平.混凝土无损检测技术M.北京:中国建材工业出版社,1996.

12、,。施工项目成本,并代表着施工。施工项目成本控制是施工项目管理绩效评价的客观、公正的标尺。参考文献:1任汉波.工程项目音任成本管理与控制北京:竞争日益激烈,科技创新是形成和提高施工企业核心竞争力的关键。要实现项目成本控制目标,必须加大科技投入,积极推进科技创新,寻求较为经济可靠的方案,严把质量关,节省费用开支。4.3.经济措施施工企业产品的科技含量较高,人工费在项目成本中占有相当大的比重,因此,控制人工费是项目成本管理的重点,主要是改善劳动组织,减少窝工浪费;实行合理的奖罚制度;加强技术教育和培训工作;压缩非生产用工和辅助用工,严格控制非生产人员比例。5.结论中国建材工业出版社J,2001.26-292刘长滨.土木工租概预算(第二版)M.武汉.武汉理工大学出