道路橋梁檢測(cè)技術(shù)探究
2015-06-30
引言
隨著我國(guó)公路、市政橋梁檢測(cè)事業(yè)的蓬勃發(fā)展，公路橋梁檢測(cè)的任務(wù)也日益繁重。很多路橋已經(jīng)長(zhǎng)期服役，而且隨著時(shí)間的推移，出現(xiàn)老化、人為損壞、承載力下降，甚至成為危路、危橋，影響了交通運(yùn)輸?shù)臅惩ǎ璧K經(jīng)濟(jì)的平穩(wěn)發(fā)展，對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成威脅。因此，只有不斷地加強(qiáng)對(duì)道路橋梁的檢測(cè)技術(shù)，才能夠確保道路橋梁的安全。
1、道路橋梁檢測(cè)存在的問題以及原因
目前我國(guó)道路橋梁在使用過(guò)程中存在的問題主要以下幾點(diǎn)：第一，很多道路橋梁在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，在運(yùn)行一段時(shí)間后，都會(huì)存在一些嚴(yán)重的病害，導(dǎo)致橋梁的承載能力大大下降。第二，道路橋梁的施工質(zhì)量達(dá)不到工程的設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)重影響了道路橋梁的質(zhì)量。而造成這些問題的主要原因主要有以下幾點(diǎn)：(1)道路橋梁在使用過(guò)程中，早期檢測(cè)沒有做到位，檢測(cè)人員對(duì)其工作的不重視，常常只是做一些表面工作，一般只關(guān)注道路橋梁的表面存在的問題，沒有抓住其實(shí)質(zhì)內(nèi)容。(2)在檢測(cè)道路橋梁時(shí)，缺乏科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)，沒有定期進(jìn)行檢測(cè)，缺乏科學(xué)的檢測(cè)技術(shù)。(3)道路橋梁在使用材料上，沒有達(dá)到質(zhì)量的要求，導(dǎo)致在使用過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)裂縫和塌陷等現(xiàn)象。對(duì)此，為了更好地解決這些問題，必須要加大道路橋梁的檢測(cè)工作，提高道路橋梁的質(zhì)量，保障人民群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全。
2、道路橋梁檢測(cè)的內(nèi)容
2.1道路橋梁外觀的檢測(cè)
在道路橋梁外觀檢測(cè)中主要檢測(cè)以下幾個(gè)內(nèi)容：道路橋梁跨中撓度和裂縫、道路橋梁質(zhì)量外觀、橋梁主梁的連接部位、橋梁端部斜裂縫、拱橋的墩、拱橋中拱圈和拱頂?shù)牧芽p等等。
2.2道理橋梁內(nèi)部缺陷檢測(cè)
道路橋梁大多使用的材料都是混凝土和鋼材，而在混凝土構(gòu)件中經(jīng)常存在裂縫、空洞、剝落、蜂窩、環(huán)境侵蝕以及鋼筋侵蝕等缺陷，這些缺陷通過(guò)外觀檢測(cè)根本是難以發(fā)現(xiàn)的，必須要借助其他方式來(lái)檢測(cè)其內(nèi)部缺陷。目前我國(guó)常用的檢測(cè)技術(shù)有聲波檢測(cè)法和雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)，其中聲波檢測(cè)技術(shù)不僅能檢測(cè)出混凝土中裂縫、夾渣以及空洞等缺陷，還能檢測(cè)鋼材和焊縫中存在的問題。
2.3道路橋梁材料特性檢測(cè)
隨著新工藝的發(fā)展，道路橋梁也變得越來(lái)越多樣化，很多新材料被應(yīng)用到橋梁結(jié)構(gòu)中，但是由于對(duì)材料特性不是很熟悉，導(dǎo)致其在應(yīng)用過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)很多的問題。對(duì)此，道路橋梁在應(yīng)用新材料的時(shí)候，要做好其檢測(cè)工作，根據(jù)其特性實(shí)施相應(yīng)的檢測(cè)技術(shù)。
2.4道路橋梁結(jié)構(gòu)性能檢測(cè)
為了更好地掌握道路橋梁的運(yùn)營(yíng)情況，可以利用靜力試驗(yàn)或者動(dòng)力試驗(yàn)來(lái)檢測(cè)道路橋梁的結(jié)構(gòu)性能，做出合理的分析和判斷，并對(duì)道路橋梁的整體和局部進(jìn)行細(xì)化檢測(cè)，對(duì)道路橋梁的損失情況作出正確的定位。
3、道路橋梁檢測(cè)中常用技術(shù)類型
3.1聲發(fā)射法和超聲波檢測(cè)技術(shù)
道路橋梁檢測(cè)即對(duì)橋梁各方面情況進(jìn)行如實(shí)的評(píng)估。我國(guó)現(xiàn)在有許多無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，首先我們介紹聲發(fā)射法和超聲波檢測(cè)技術(shù)。
(1)聲發(fā)射法和超聲波檢測(cè)的原理
聲發(fā)射的定義為當(dāng)材料因受到了外界影響后發(fā)生了結(jié)構(gòu)的變形的時(shí)候，會(huì)使物體結(jié)構(gòu)從變形等損傷源頭以很快的速度釋放出能量并因此發(fā)射出彈性波的現(xiàn)象。我們簡(jiǎn)稱為AE，造成這種現(xiàn)象的主要原因是它的應(yīng)力在材料中分布不均勻，致使能量由高能的狀態(tài)向穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)變。應(yīng)用聲發(fā)射儀器針對(duì)這種現(xiàn)象進(jìn)行觀測(cè)、統(tǒng)計(jì)和分析聲發(fā)射信號(hào)，并利用此信號(hào)判斷聲發(fā)射源的技術(shù)就是聲發(fā)射法。
超聲法檢測(cè)技術(shù)的主要原理是指在應(yīng)用超聲波檢測(cè)儀的情況下結(jié)合聲波換能器的的使用，將超生脈在傳播過(guò)程中的速率、振波和主頻率等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和研究。統(tǒng)計(jì)好數(shù)據(jù)后要按照這些測(cè)好的數(shù)據(jù)和其變化的動(dòng)態(tài)來(lái)檢測(cè)道路橋梁的工程質(zhì)量和其缺點(diǎn)。
(2)聲發(fā)射法和超聲波檢測(cè)的流程及優(yōu)勢(shì)
對(duì)于聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)中的傷源處從形成到發(fā)展再到與其它界面之間發(fā)生斷裂的過(guò)程等等，這些都可能會(huì)成為聲發(fā)射源。材料發(fā)射出的這些聲信號(hào)包含著許多關(guān)于物體本身的信息，對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和分析，就能得到許多有用的信息，找出橋梁道路的缺陷。此技術(shù)有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：首先，由于它檢測(cè)的是外力條件下的材料活動(dòng)信息，所以它可以更客觀的檢測(cè)出道路橋梁是否安全可靠；其次是它具有很高的靈敏性和實(shí)時(shí)性，而且檢測(cè)范圍可以達(dá)到很遠(yuǎn)；第三，即使是材料在使用的過(guò)程中也可以用此方法進(jìn)行檢測(cè)，兩者互不干擾并且仍具有很高的準(zhǔn)確性。相比之下利用超聲波檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行道路橋梁檢測(cè)時(shí)，由于超聲波能夠穿透混凝土結(jié)構(gòu)并在其中傳播，它具有操作簡(jiǎn)單、使用安全的優(yōu)點(diǎn)，而且需要耗費(fèi)的資金也不是很高。但是因?yàn)槌暡z測(cè)過(guò)程中不容易連續(xù)有效檢測(cè)缺陷信號(hào)，所以在用此技術(shù)對(duì)道路橋梁進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，一般實(shí)行對(duì)多測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較的方法和概率統(tǒng)計(jì)的原理來(lái)處理數(shù)據(jù)。這種缺陷評(píng)估的方法因?yàn)闊o(wú)法提供較高的準(zhǔn)確度，所以要進(jìn)行多測(cè)點(diǎn)檢測(cè)。
3.2地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)
(1)地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)的工作原理
地質(zhì)雷達(dá)監(jiān)測(cè)技術(shù)是依靠地質(zhì)雷達(dá)對(duì)材料發(fā)出較高頻率的電磁沖擊脈，材料將此頻率的電磁沖擊脈相應(yīng)的反射回去，根據(jù)材料的反射情況來(lái)推斷材料缺陷位置的方法。它可以應(yīng)用于許多領(lǐng)域，具有較高準(zhǔn)確度、直觀而且方便快捷的高科技檢測(cè)方法，又被稱為探測(cè)雷達(dá)技術(shù)。在地質(zhì)雷達(dá)監(jiān)測(cè)技術(shù)中主要應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)儀器。此儀器在使用過(guò)程中首先需要監(jiān)測(cè)工作人員向控制單元發(fā)射指令，當(dāng)控制單元感應(yīng)到指令之后會(huì)發(fā)射出信號(hào)并對(duì)地面發(fā)射高頻率的電磁波。被探測(cè)的結(jié)構(gòu)遇到電磁波之后由于其結(jié)構(gòu)的不均勻性而將其中的一些電磁波反射回去，再通過(guò)信號(hào)的轉(zhuǎn)到傳入到工作人員的電腦中，電腦屏幕上就會(huì)顯示出所測(cè)物體的信號(hào)成像，我們可以由這些圖像分析所測(cè)物體的內(nèi)部情況。
(2)用地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)道路橋梁的優(yōu)勢(shì)
地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)方法的風(fēng)險(xiǎn)比較低，所以常用于對(duì)橋梁管道和加固區(qū)域進(jìn)行位置的確定。它在低分辨率情況下進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候具有很高的準(zhǔn)確性。還能夠有效繪制空洞或剝離程度，速度快，覆蓋范圍廣，沒有對(duì)人類身體有害的輻射，所以在應(yīng)用的時(shí)候非常安全。在不能有損傷的結(jié)構(gòu)等要求比較嚴(yán)格的結(jié)構(gòu)中地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)也是很好的選擇。
3.3沖擊回波法檢測(cè)技術(shù)
(1)沖擊回波技術(shù)工作原理
沖擊回波技術(shù)是指通過(guò)在瞬間的沖擊力下發(fā)出低頻的應(yīng)力波，當(dāng)它傳到物體里面的時(shí)候，缺陷部分就會(huì)將這種應(yīng)力波反射回來(lái)，由反射源旁的傳感器和數(shù)據(jù)處理儀器對(duì)其進(jìn)行記錄和分析。沖擊回波技術(shù)將所記錄的信號(hào)進(jìn)行幅值譜分析，譜圖中的明顯峰正是由于沖擊表面、缺陷及其它外表面之間的多次反射產(chǎn)生瞬態(tài)共振所致，它可以被識(shí)別出來(lái)并被用來(lái)確定結(jié)構(gòu)砼的厚度和缺陷位置。是一種比較新的無(wú)損檢測(cè)方法。
(2)沖擊回波技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
沖擊回波技術(shù)具有很多優(yōu)勢(shì)，相比超聲波方法來(lái)說(shuō)，它因?yàn)橹恍枰粋€(gè)測(cè)試面而比超聲波方法簡(jiǎn)便易行；其次，信號(hào)傳導(dǎo)的時(shí)候難免會(huì)遇到高信號(hào)雜波的干擾，超聲波技術(shù)就無(wú)法解決這種問題，沖擊波技術(shù)因?yàn)槭褂玫穆暡l率斷，所以避免了高信號(hào)的雜波問題；第三，因?yàn)槌暡夹g(shù)需要兩個(gè)測(cè)試面，如果測(cè)試位點(diǎn)比較深的話測(cè)試面的定位就比較難，而沖擊回波技術(shù)可以測(cè)試到深達(dá)一百八十厘米的地方，況且又只需要一個(gè)測(cè)試面，這就為測(cè)試工作提供了很大的方便；第四，沖擊回波方法只要單手就可以運(yùn)行，避免了耦合劑的麻煩，因?yàn)樵谑褂民詈蟿┑臅r(shí)候需要很多的數(shù)據(jù)才能確定缺陷部位，而且無(wú)法知道缺陷深度。
3.4紅外熱像檢測(cè)技術(shù)
(1)紅外熱像檢測(cè)技術(shù)原理
紅外熱像檢測(cè)技術(shù)是指當(dāng)物體遇到紅外輻射的時(shí)候，會(huì)呈現(xiàn)出一系列的熱像，通過(guò)將這些溫度場(chǎng)在物體表面的表現(xiàn)情況顯示在圖片上來(lái)觀測(cè)出物體存在的缺陷的技術(shù)。應(yīng)用此技術(shù)的時(shí)候會(huì)經(jīng)常涉及到紅外熱像儀。紅外熱像儀器的工作原理是依據(jù)結(jié)構(gòu)體內(nèi)的一系列性質(zhì)將紅外輻射能量傳遞并轉(zhuǎn)換給傳感器，然后對(duì)電路進(jìn)行放大等處理，將結(jié)構(gòu)的溫度表現(xiàn)情況顯示出來(lái)。主要應(yīng)用于道路橋梁檢測(cè)中。
(2)使用紅外熱像技術(shù)的好處
紅外熱像技術(shù)的好處有以下幾點(diǎn)：首先，它具有高效率、靈活、方便易行和高精度等優(yōu)點(diǎn)，它對(duì)溫度的分辨率已經(jīng)到達(dá)0.1℃，而且不論是動(dòng)態(tài)還是靜態(tài)，都可以應(yīng)用此技術(shù)。其次，它不需要很長(zhǎng)時(shí)間就可以對(duì)道路橋梁進(jìn)行檢測(cè)和研究，同時(shí)又不失其準(zhǔn)確度。第三，因?yàn)榧t外熱像探測(cè)儀是針對(duì)紅外線而言的，所以當(dāng)?shù)缆窐蛄旱谋砻鏈囟缺攘銛z氏度高的時(shí)候就能應(yīng)用紅外熱像技術(shù)。第四，紅外熱像檢測(cè)技術(shù)的探測(cè)焦距可以從20cm到無(wú)窮遠(yuǎn)，因此更加適合具有非接觸性及大范圍性無(wú)損檢測(cè)。
4、道路橋梁檢測(cè)技術(shù)未來(lái)的發(fā)展
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，道路橋梁檢測(cè)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向主要體現(xiàn)以下幾點(diǎn)：第一，將實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)與現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，達(dá)到信息網(wǎng)絡(luò)共享的目的。第二，為了更準(zhǔn)確、方便、快捷地進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，可以利用無(wú)線通信技術(shù)來(lái)采集數(shù)據(jù)。第三，構(gòu)建一個(gè)完善的自動(dòng)損傷識(shí)別系統(tǒng)，將識(shí)別系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理和測(cè)量系統(tǒng)組合在一起加人到道路橋梁檢測(cè)系統(tǒng)，使其能夠自動(dòng)識(shí)別、檢測(cè)和反饋，減輕檢測(cè)技術(shù)人員的工作量，從而更好地掌握道路橋梁信息。第四，根據(jù)道路橋梁的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)等不同階段構(gòu)建一個(gè)完善、準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)庫(kù)，不斷積累經(jīng)驗(yàn)從而構(gòu)建專家系統(tǒng)。
結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，道路橋梁作為我國(guó)重要的交通設(shè)施，關(guān)系到社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈。為了保證橋梁的安全運(yùn)營(yíng)，必須經(jīng)常對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)已成為橋梁結(jié)構(gòu)安全養(yǎng)護(hù)和保障正常使用的主要技術(shù)手段。
