桥梁健康监测与安全评估的方法与展望__集群智慧

发布时间：2022-10-05 21:44 热度：

摘要：通过对桥梁结构无损检测方法的分类讨论，较为系统的综述了近20年来国内外结构损伤识别的研究和应用情况，同时对桥梁安全评估的主要方法进行了介绍，最后，对有待近一步研究的问题进行了展望。
　　关键词：桥梁健康监测损伤检测安全评估
　　1    前言
　　桥梁结构在长期使用的过程中，不可避免的会出现结构构件老化，并且还可能遭受各种自然或人为灾害的破坏，造成结构承载力降低，甚至失效；而且大型桥梁由于其使用功能的重要性，因此从它开始修建就应该对其是否正常工作进行相关监测。目前国内外许多桥梁都存在不同程度的安全隐患，比如西方发达国家在经济腾飞时期建造的大批桥梁面临剩余寿命的评估问题，其中美国的69万座公路桥梁中有一半以上的使用年限已超过50年；三分之一以上的桥梁使用效率很低或者干脆荒废,每年用在桥梁维修上的费用超过50亿美元。在国内，由于质量控制滞后于桥梁的建设速度致使桥梁倒塌事故逐年增加。因而，桥梁结构的安全状况一直是政府有关部门和公众特别关心的问题。如果能在灾难来临之前进行预测，对桥梁的疲劳损伤进行监测，从而对桥梁的健康状况给出评估，那就会大大减少这些惨剧的发生。桥梁健康监测及诊断系统的研究与发展正是在此基础上应运而生的。
　　2    结构无损检测方法
　　所谓无损检测2是指以不损及其将来使用和使用可靠性的方式，对材料或构件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、化学成分、组织结构和力学变化性能的评定，并进而就材料或构件对特定应用的适用性进行评价。桥梁结构状态的无损检测主要有局部检测方法和整体检测方法两种。现在国内外检测桥梁结构大多是先用整体检测法确定一些可能的损伤部位，然后再结合局部检测方法对这些部位的构件进行详细的具体的损伤检测，进而对桥梁的损伤情况进行定位。
　　2.1局部损伤检测
　　局部构件的无损检测是获得局部构件健康状态的首要工作，也是得到桥梁整体健康评估的基本数据。目前桥梁结构局部检测基本是基于声探测、磁探测和光探测方法展开的，使用的检测方法主要有表观检测法、超声波检测法、电涡流探测γ法、红外成像法、射线法、回弹法、超声脉冲法、压痕法、磁探和磁摄动技术、同位素探测等。下面介绍几种主要的局部检测方法。
　　超声波探测技术的基本原理是以一定的速度的超声波能在某种材料中传播，直至遇到不连续点或抵达测试物的边界时才反射回来，通过信号的强度可以获知损伤的程度，而将信号发生的时间和超声波在材料中的传播速度联系起来，则可获知损伤的位置。
　　冲击-回声是根据应力波能够在材料中传播的原理设计的，基本的测试方法和超声波相似，应力波可以通过以下两种方法产生：使用转换器产生的应力波称为脉冲-回声法；使用机械冲击器产生应力波称为冲击-回声法。它同样可以通过应力波的强度和发生时间测定缺陷的程度和位置。
　　声发散技术的原理是大多数结构材料在受力后出现诸如塑性变形、开裂、裂纹发展等微结构损伤时，就以声波的形式释放能量，通过接收这些信号，加以处理、分析和研究，则能推断结构内部的状态变化。
　　探地雷达是军用技术民用化的典型代表，已经在建筑物、桥梁和其他结构评估中广泛使用。其基本原理是将雷达脉冲传进被检测材料，然后测量材料表面的反射量确定损伤，在桥梁无损检测中的典型应用如混凝土中的钢筋和孔道的定位以及缺陷和疲劳探测等。
　　涡流的基本原理为电磁感应，主要应用于检测表面损伤。当检测线圈与导电材料的构件表面靠近，并通以交流电时，所产生的交变磁场将在构件表层产生感应电流，呈环形涡流状。电涡流的大小与分布受构件材料介质和表层缺陷的影响，根据所测电涡流的变化量，就可以判定材料表层的