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1、现代桥梁检测技术摘要：为了确保已建的桥梁具有良好运营状态和正常使用功能，应采用桥梁检测与监 测技术准时发觉和掌握早期病害。本文扼要说明白一般桥梁检测的方法与内容，并着重介绍 了近年来检测与监测技术的开发与应用。关键词：桥梁 结构 检测 监测 技术引言对已建桥梁进行检测的技术主要包括两个内容，即桥梁检查和荷载试验评定。桥梁检查是进行桥梁养护、修理与加固的前期工作，是打算修理与加固方案可行 和正确与否的牢靠基础。其目的在于：通过对桥梁的技术状况、缺陷和损伤进行全面、细致、 深化地现场检查，查明缺陷或潜在缺陷和损伤的性质、所在部位、严峻程度及进展趋势，分 析产生缺陷、发生损伤的缘由，以便正确评价缺陷
2、和损伤对桥梁质量及承载力量产生的影响, 并为桥梁加固和改造技术供应具体技术资料。与此同时，还能随时把握结构的技术状况和平 安状态，总结设计、施工、使用和修理的阅历和教训，指导对桥梁的正确使用、管理和修理。桥梁检查一般依据方法的不同可分为直接接触式检查和不接触的检查两种。前者 就是对结构损坏部位进行接触量测、标记、安设检测仪器的检查。后者则是在视野所及的范 围内凭目力（或望远镜）远眺扫视。依据检查重要程度的不同以准时间间隔的长短，桥梁检查工作又可分为和定期检 查。一般检查也叫常常性的检查，可每个月或儿个月一次，属于一般性的巡察检查，在我们 国家通常由养护道班来完成。定期检查也叫具体检查，可几年一
3、次（一至三年），或周期更 长一些（五至七年）一次。定期检查要较为具体地检查桥梁结构各个部位的使用状况，必需 实行接触检查，且需要动用特殊的机械设施与测量仪器。还有一种特殊检查是指在特殊状况, 如：暴雨、洪水、地震等灾难发生之后对桥梁结构进行的检查。对于桥梁的管理、评估或修复方案来说，一般检查”所收集的信息太概括、太主 观、太定性，因它多是通过表观检查，以及一些有限的机械方法如听锤敲的声音所得到的， 而且它难以发觉不行见的老化、损坏和危急状况。但要频繁实施具体的”定期检查也是不现 实的。此外，通过检查发觉损伤后，要进一步推断是否需要修补，还应进一步观看损伤的进 展状况；而且进行补修后，为确认其补
4、修效果，也必需对桥梁结构连续监测。因此，对桥梁 结构进行长期跟踪监测，以便猎取综合的、定量的检测信息，已成为桥梁工程界提高通行 质量、进行资产管理、对实际桥梁寿命周期的分析或制定桥梁性能方面的法律规范等方面的 迫切需要。雷达与红外热象仪检测技术用于猜测桥面病害的一般方法是：测量氯化物含量和电势，并进行肉眼观测，这 样既费时又阻碍交通。更糟的是它不能就沥青桥面铺装的整个病害状况供应精确 数 据。因只把留意力集中在由于腐蚀而导致的顶面钢筋爱护层的层裂上，而忽视了由于冻/融 循环造成的沥青铺装层下的混凝土裂崩的检测。使用雷达、红外热象仪、激光光学、超声波和其它一些心得技术手段可在仅仅一 天之内就能精
5、确 地测量成百上千公里路面或几十座桥的桥面。红外热象仪是采用一台红外摄像机来产生一幅桥面温度图的。这种温度图象揭 示了在阳光照耀下混凝土裂层之上哪个的桥面热点.这种温度较高的热点是由于薄的布 满空气的裂层就象绝热体一样，使得其上的混凝土的温度提升得更快些而形成的。雷达 的工作原理是放射短促的电磁脉冲，然后由这些电磁脉冲形成的电磁波可被混凝土中的各种 异质界面反射回来而产生回波。雷达回波的交替变化之波形和混凝土发生病害及消失层裂后 状况有亲密的对应关系（但解释判读困难）。将雷达检测混凝土的冻/融裂崩和高含水量以 及红外热象仪在干燥状况下检测混凝土层裂这两种方法结合起来就可以制造一种有效地检 测大
6、多数病害类型的检测方法。2 .光纤传感器监测技术一般用于结构监测的传统传感器，其测量力量只局限于逐点检测，当临界断面检 测得不精确 时，其结果就会很不抱负。当需要对大型结构如桥梁的状况进行评估时, 传感器具有的大面积检测的力量就显得最为重要。任何监测系统都必需具备在较长时期内供 应牢靠、精确和长期的检测结果，这样才能保证结构处于高度的平安状态。 安装了这 种监测系统后，任何结构存在的问题都可以较早地被发觉，以便实行必要的修复措施，从而 保证结构使用的连续平安性，使结构的性能得到最佳管理，并削减使用费用。光纤传感器是运用了光纤的两个特性来实现动态测量的。2.1 股绞光纤传感器运用光纤的第一个特性
7、：光损矢量的测量，这是由于纤维某些局部产生微上弯曲 后所造成的。通过比较传感器在拉紧和放松状态下其出射光的密度，就可确定入射光在整个 传感器中所发生的变化。这种传感器被称为股绞光纤传感器J光损法（LAM）可以测量出整个传感器上任何位置的动态状况，其精度为0.02 mm,长达30m的单个传感器都可达这一精度。但却无法供应传感器内部的应变分布状况, 即哪些部位正产生变形。而使用光时反射计设施（OTDR）就可达到要求，该设施将光脉冲 （毫微秒长）传入传感器，然后测出光从变细（形）位置处反射后的传输时间，光脉冲发生 器所产生的这些反射使变形位置得以确定。其误差为0.75m,从而供应了整个传感器长度 内
8、的主要变形状况。2.2 改型股绞光纤传感器的应用股绞光纤传感器（SOFS）可以较简洁地改型，使能适于监测结构的长期性能。该SOFS以节点式附在结构上，让它来确定传感器中变形分布状况。可直接用环 氧树脂将节点附着混凝土表面，或被固定在拧紧和粘结在结构物的薄板上。节点可设计成移 动式的，以便在最终调试阶段依据需要可以重新校准传感器。在每个传感器的末端可直接用 一个盒子连接并固定或粘结在结构物薄板上，这种盒子用于传感器之间的连接（这种传感器 具有3根纤维）。延长的光纤可传输光来回于数据纪录仪，这些传感器本身也被装入一根 起爱护作用的硅管中，这样，整个传感器系统被固定在管道中，然后再将该管附着在结构物
9、 的表面，或固定在在结构物表面上的线道或镶铸的槽中，再用适当的修理灰浆进行掩盖。股绞光纤传感器具有很低的热胀率，与不胀钢类似。通过监测相关的温度断面即 可得知混凝土中高温运动的状况并赐予调整。因而把握了结构性能的最新需求状况，监测结 果供应了与非高温下结构的反应及荷载条件相关方面的信息。2.3 多层反射传感器（MRS）运用光纤的其次个特性就是采用光沿传感器到达部分反射竟，再反射回光源处的 传输时间。OTDR设施也可用于测量，但是，MRS可获得更抱负的精度。沿传感器长度方 向安置了很多反射镜，每个反射镜的位置都可以确定。这些反射镜位置的测量精度在0.1 5mm内，无论是长期测量或是短期测量，这一
10、精度是不变的。通过用这些传感器来替换由 7根钢索组成的预应力股绞的中心钢索可以监测到股绞中的应变分布：这种股绞被称作智 能股绞,结构受力部位由于其本身已安置有测量设施，因而使得钢筋束（股绞是其中一个重 要组成部分）能在整个使用期内和其整个长度上得到监测。对于多层反射传感器的长度是没 有限制的，这种传感器唯一受限制是反射镜的数目，最多为30个。采用光损法（LAM）和光传输时间的原理可以制成很多传感器-如裂缝宽度传感 器和光能转换器。3 .无线电检测与评估系统对于年月较早的钢桥（旧钢桥）来说，疲惫破坏是一个大问题。因此，随时监 测（测量）并描述桥梁所承受（发生）的随机振幅变化、周期性压力变化是（特
11、别必需的） 必不行少的。目前的检测技术已经进展到可以有助于掌握钢桥疲惫破坏的阶段。例如，美国 联邦大路局开发的无线电桥梁检测和评估系统，是一个便携的、电池供电、使用无线电遥控 技术的数据收集系统。它特别像一个数字式多分支的电话网络，用以收集数据并传递到一个 笔记本电脑上。这种特殊的无线电网络对静电和障碍物是免疫的（静电和障碍物对这种特 殊的无线电网络没有影响）。除了收集数据之外，每个模块充当了地区无线电网络中无线电 波上的一个结点。这对于钢桥是特别重要的，钢桥在长度上往往大于L6公里，而较长的 桥上往往有大量的电磁干扰和复合反射，用这种技术可以快速地测量出一座钢桥上每个有疲 惫倾向的部位、破损
12、（危急）的部位，或者探测出桥梁在车载和风载作用下的工作状况。无线电网络技术可以定量的确定有疲惫倾向部位的疲惫荷载方式，但是它不能确 定疲惫裂缝是否在此荷载作用下的生长。就象反复弯曲一根金属丝可以让它断开一样，反复 的周期性的疲惫荷载可以导致钢桥结构（构件）消失裂缝。这些裂缝不会连续生长，而是 以很微小的程度在扩大。裂缝的扩大在（结构）构件表面（层）会伴随着能量的释放，产生 出应力波。采用特地依据上述原理改造的感测器，就可以发觉应力波。声放射检测（AE）方法已经在能源和加工工业中使用了很久。尽管如此，AE仪 器，在过去还是不适于长期监测大路桥梁的疲惫裂缝。大多数桥梁上缺少电源，仪器接近桥 梁的每
13、个地方也有困难，特别大的路面噪音以及最重要的缘由-桥上的任意荷载中的极大荷 载会使裂缝伸长，都会影响AE在桥上的工作。但是，最近一种由电池供电、有8个频道、 用于检测桥梁的AE已经开发出来，并且正在美国联邦大路局的非破坏评估论证中心进行测 试和评估。这个系统可以经由网络调制解调器和无线电网络传送信息。虽然上述两个系统特别的好用，但它们造价特别昂贵，而且由于是电池供电使它 们只能进行短期监测。为此，一种全无（电）源的、廉价的感应器开发出来，满意了测量桥 梁疲惫的长期需要。这种感应器贴在桥上并且与桥梁一起承受应变。它由一个特殊的应变增 幅装置和两个预先裂开的样片合成一个整体去测量裂缝长度。样片由两
14、个开裂增长长度不同 的材料组成。这些人造疲惫裂缝随桥上因随机振幅而转变的应变而产生变化（反应）。通 过一个特殊的雷达测量两个样片的裂缝长度，可以得到预先确定的应力范围内的有效周期 值。这个感应器就像一个疲惫程度的里程表。4 .感应检测技术大路桥梁的感应检测技术的应用是广泛的。在华盛顿特区，Whitehurst高速大路 上的一座立交桥的翼墙因较大的静水压力而产生了位移。对此，有关方面已经实行了补救措 施。业主还盼望能设法监测到翼墙相对于桥台的位移。考虑到四周的环境对技术要求和结构 的部位，因此需要一种牢靠而且廉价的感应器。在几周的时间内，非破坏性评估验证中心构 思、设计、制造并安装了一种廉价的位
15、移感应器。这个感应器由一个扁平的铝板粘到混凝土 上并且相距铝板有很短一段距离设置了一个小的印刷电路板线圈。线圈和铝板形成感应的振 荡器部分。振荡器的频率随铝板与线圈之间距离的转变而转变，百分之一英寸的距离都可以 检测出来。感应器是温度补偿型的。对翼墙的监测已经进行两年多了，特别有效。当预应力混凝土梁中的高强钢筋由于锈蚀断裂时，会释放出突然且巨大的能量， 其产生的应力波会在建筑物中向外传播。因此，依据这一原理，采用象加速计一类的感应器 是可以探测到钢筋的断裂状况。通过分析信号到达的次数，可以确定出断裂发生状况，而且 可以确定断裂发生的位置。这种方法很象采用地震仪的网络系统，确定地震发生的位置和地
16、 震的强度。这样的系统目前已经可以买到，并且已经开头在桥上使用了。探测到钢筋的断裂状况，无疑是特别有用的。而在破坏发生前，探测出并确定锈 蚀程度的技术更有用。一种新型埋入式锈蚀感应器已经在美国联邦大路局的参加下开发出来 了。这种感应器可以浇筑在混凝土中，在混凝土中测量钢筋锈蚀的比率、混凝土的导电率、 氯离子浓度等。这种感应器很小并最终由无线电频率来加强。系统可以依据需要来定做电路, 使其小型化。可以按需要将几百或几千个这样的感应器埋置在桥内，在（大规模）大的损害 发生前供应锈蚀的定量性信息。目前桥梁的修理自动化需要的基本信息，被当作美国基础讨论和开发的重点，这 必需由感应和测量的高科技技术来供
17、应。5 .其他新技术在世界上很多地方，对整座桥梁状况的监测技术已经进展到在大型结构物上安装 系列大规模的监测系统。例如，横跨特拉华连接宾夕法尼亚和新泽西的巴里桥上就已经安装 并运行着这样的一个系统。然而，尽管这种方法很有前途，但这种技术的全部潜在可能尚没 有被完全发觉或确定，并且其重要的部分仍处于讨论阶段。这种系统的传感器网络传递出的 大量数据信息，由计算机进行收集、储存、分析、检索等，然后供应检测信息。事实已经证 明，该系统所供应的信息是特别有用的。例如，这些系统检测到了未曾预料到的受弯构件由 于暴露在阳光下，所受光照辐射程度不同而产生的弯起，并且确定了弯起量的大小。此外，对桥梁结构的承载力
18、量的非侵入式检测也是桥梁工程界的迫切需求。通 常，一座桥梁假如不符合标准承载要求，说明该桥有某种结构上的缺陷。美国联邦大路局为 此将激光检测系统用于检测桥梁的承载力量。这套系统由一个电脑掌握的反射器将红外线的 激光束（该激光束不会对人眼产生危急）瞄准桥梁上的（监测）某点。当激光检测到桥梁结 构上的某个点，系统就会立刻给出该点相对于当地坐标系统的三维坐标。仅几分钟的时间内， 系统可以测量桥结构上不同的点几百次。它对目标没有特殊的规定，在一般钢材、混凝土和 木材表面上都可以很好的工作。用这个系统可以快速地测量大型卡车作用在桥上使其产生的 三维变形。这个系统还可以用于快速确定桥上每一部分对应从前（上
19、次）检查的（变位）位 移状况，结果可以精确到毫米。该系统还能探测到沉降或预应力损失。另一项新技术是智能桥梁支座”，通过它人们可以收集到很多必不行少的桥梁工 作信息。我们知道某个支座失效和由此导致的结构中的巨大应力变化，是桥梁毁坏的一个很 普遍的因素。智能支座能通过支座上的活载和恒载的分布发觉并推断出桥梁结构体系的工作 状况。由于假如结构构件的强度由于患病断裂、冲击或其他影响而有明显变化时，也会使支 座上的荷载分布发生转变。智能支座可以感受到桥梁的破坏。这种技术是简单的，但其概 念是简洁的。支座的才智由多个纵向的光学纤维感应器供应，它们能测量垂直应变和剪力, 并且被综合到一块掌握板上。特地的掌握
20、板转而被组合到支座上，掌握板通常压成薄片，再 将薄片置于常用于大路桥梁的氯丁橡胶支座垫层之间，通过它还可以测量从桥梁上部结构传 递下来的竖向和横向压力。6结语随着道路交通建设的进展，以及桥梁使用年龄的增长，结构老化的数量越来越多。 旧桥梁结构的修理和改造都需要事先对结构状况进行监测、检测与评价。虽然目前已有不少 可以应用的检测评价方法，但有些技术仍需进一步完善才能达到普遍应用的阶段。特殊是为 随时了解桥梁结构的工作状态，确保其长期使用性能，必需使用永久的监测设施。因此，桥 梁结构的长期监测与诊断技术目前变得越来越重要了。桥梁检测工作者们还需连续努力，讨 论与开发出更加有用便利的桥梁检测技术与监测设施。