浅谈桥梁健康监测技术方法
2015-07-02
1 前言
改革开放以来，随着我国经济飞速发展，交通运输发展越来越快，路网密度不断提高，公路桥梁建设也进入了高速发展期，在高速公路、江河湖海、深沟峡谷中建设了众多的现代桥梁。但这些桥梁在实际使用的过程中，不同程度地存在安全和耐久性方面的隐患，与此同时由于许多旧有桥梁设计施工等方面局限，长期高负荷运营，许多旧桥也大批量进入预警阶段，这些新建和旧有桥梁，在当前频繁重载交通下，十分迫切采取必要的技术改造措施，以提高其安全性能和使用价值。因此，加强桥梁健康监测，真实了解桥梁结构的工作状况，充分利用现有的公路桥梁，使桥梁结构即能满足现有交通运输荷载的要求，又可避免重大桥梁结构事故的发生显得尤为重要。
桥梁健康监测就是根据桥梁实际情况对桥梁进行健康评估，以便根据桥梁实际情况进行养护和维修。健康监测主要以事前分析了解待检测桥梁的各方面情况，从现状与关键结构着手，总体把握待测的实体，尽可能收集被检桥梁的所处地质资料、原始设计资料、一线施工资料、原材料试验资料以及日常检测、历史维修等资料，然后有的放矢的制定监测工作的方向，选择适当的检测方法，根据检测工作要求安排计划、准备各类检测和试验器具，进行桥梁结构检测，根据检测结果进行健康评估，提供桥梁现状分析报告。
2 桥梁健康监测主要方式
目前桥梁监测方法主要由日常检测、定期检测、特殊检测来进行总体监测维护。而检测的主要手段，主要是桥梁外观检测及桥梁结构受力检测等方法构成：
2.1 桥梁外观检测
桥梁外观检测主要是对桥梁各部位的使用情况，查验桥梁外观有无可视缺陷，并根据经验判断桥梁使用情况，正确评价桥梁使用现状的一种表观检测。外观检测包括桥梁整体与局部构造几何尺寸的量测、结构关键部位病害的检查与量测。外观检查侧重点的不同可分为以下几个部分：
2.1.1原始资料的调查，包括了解桥梁的原结构设计、施工工艺及过程以及桥梁的结构维修养护等；
2.1.2 通过技术人员亲自对桥梁外观进行查验，并配合采用各种试验仪器，如显微镜、超声波、雷达等对局部结构进行无损检测。该过程中，配合仪器得到的试验数据的都需要专业的知识，必须对桥梁总体使用情况和自然环境深入了解。必要时使用桥梁检测车，对桥梁结构主要受力结构进行人员现场详查。
2.1.3桥梁结构材料的无损或微损检测。目前公路桥梁广泛采用的材料是钢筋和混凝土。两种材料分别以混凝土强度、钢筋材料锈蚀性对结构影响最为突出。主要检测方法如下：
2.1.3.1 混凝土强度测定
混凝土强度会随着时间的推移产生一些变化。比较大的桥梁通常会有同条件同龄期的试块用以确定强度。对于没有试块的桥梁，目前无损测试方法主要有回弹法、超声波法、超声波回弹综合法等，在我国已经普遍使用，三种方法的测试结果误差较小，相对而言，超声波回弹综合法检测精度更高一些。回弹法检测更加便捷，但对于混凝土结构龄期在90天以上，采用回弹法要进行混凝土表面碳化深度的修正。
2.1.3.2 钢筋锈蚀的判定
桥梁混凝土的耐久性差、环境对碳化深度影响大、混凝土保护层厚度不足及开裂等缺损，是导致钢筋锈蚀的主要因素；通过简单的外观检查、敲击可以检测出程度较重的钢筋锈蚀现象，也可以通过对桥梁混凝土裂纹明显钻芯得到内部钢筋实际锈蚀情况，以便为下一步养护加固提供依据。
桥梁外观检测已经有了一定的技术规程可循，可定量反映桥梁结构状况，依据相关规范评定桥梁技术等级的要求。是目前桥梁健康日常检测的重要手段，但桥梁外观检测也存在一些问题，例如检测结果的管理和如何将表观破坏与结构的受力状态指标联系，需要进一步深化研究。
2.2结构受力性能检测
当对桥梁的整体外观特性进行分析后应依据相关技术规范和历史常规检测结果做评价比较。当历史数据变化明显，结构外观损害严重的桥梁，在判定其是否具有使用功能或是否需要降级使用的情况下则需要通过桥梁进行荷载试验方法，来准确判断结构受力性能状况。
荷载试验法主要根据桥梁设计承载力，结合结构几何尺寸、支撑条件、外观缺陷及通行荷载，按照桥梁结构的计算理论来评定承载力。通常采用车辆加载方式测定粱的应变、挠度和裂缝，根据试验结果与理论计算值的对比分析来判断桥梁实际承载能力。是一种定量了解桥梁承载力的方法，对结构受力性能表述直观，结果可靠，多用于新结构的研究和桥梁质量的评定。荷载试验方法多用于桥梁实际工作状态不明确情况，以弥补根据桥梁结构表观检查方法的不足。根据荷载试验检测的作用性质，通常分为动载试验和静载试验：
2.2.1 动载试验
桥梁检测是一项复杂而细致的工作，动载试验是为了满足桥梁使用的需要，应用理论分析与试验检测相结合的科学方法解决桥梁振动问题的必要手段，对桥梁使用状况和承载力的评价提供了重要的数据。反映桥梁结构的动力性能动载试验，该性能是判断桥梁状况和承载能力的重要标志之一。
动载试验检测的主要目的是因为桥梁自振频率处于某些范围时，可由行驶的车辆、自然环境等外部荷载引起共振，对结构造成损伤。桥梁动载试验检测主要是结构动力特性和动载响应的试验与分析。检测的主要部位是结构动力效应的最大位置及动变形的控制截面。检测项目主要包括：桥梁动力特性模态参数测试和桥梁动力响应测试。其检测原理是利用振动方法对桥梁进行结构损伤检测，从桥梁振动模态的变化中计算出结构参数的变化。在桥梁的不同位置布置测点，通过结构损伤发生前后由这些测点记录的信息可提取出的桥梁振动模态特性参数的变化，以此来判断结构损伤发生的位置及损伤状况。
2.2.2 静载试验
对桥梁进行静载试验，量测与桥梁结构性能有关的参数，主要反映桥梁在恒载作用下的结构抗压工作性能。
静载试验的主要内容是检测对桥梁上部结构的受力特性，观察试验中各重载下控制截面的应力应变，并收集一些正常使用状态下的桥梁受力参数。应力应变的测点布设在内力控制截面与附加控制截面。同时根据上部结构的横截面形式在每一个控制截面上选取一些有代表的测点，来反应整个控制截面的受力状况。除此之外还有必要根据实际外观检测发现的一些病害在个别部位进行布点检测。
结构受力性能检测是判定桥梁健康状况的最终手段。试验前要精心计划，明确检测阶段任务，合理准备，保证试验按照计划正常进行。现场试验要及时根据反馈回来的数据做初步判断，不断调整现场试验流程。荷载要严格按照方案中确定的分级加载方式，当未达到控制荷载却发现有数据超出正常允许的范围时，应当立即中止试验以保证检测人员的安全。
3 结语
由于新材料、新工艺、新结构形式的采用也越来越多，桥梁结构为适应不同地理环境使用要求越来越高，现代桥粱建设日趋复杂，为了能更好地检测桥梁的健康状况及工作情状，我们必须时刻关注国内外的新检测方法，在桥梁分析中引进目前国内外先进的基础研究成果，并根据实际情况做一些检测验证工作，丰富桥梁检测手段，积累健康监测经验。把理论和实践充分结合起来，为我国现代化公路桥梁提供高水平的健康监测服务。
