浅谈桥梁检测技术及其发展趋势

于艳然

摘 要：详细介绍了各种桥梁检测技术及其基本检测内容；对桥梁的静载试验和动载试验进行了描述，还介绍国内外一些新的桥梁检测技术的现状和最新发展趋势，以推动桥梁检测技术的发展。

关键词：桥梁检测；荷载试验；静载试验；动载试验

桥梁在长期的使用过程中不免会发生各种结构损伤。损伤的原因可能是人为因素，也可能是自然灾害。此外随着我国交通建设的迅速发展，交通运输量大幅度增加，行车密度及车辆载重越来越大，这也可能因为超载而造成桥梁结构的损伤继而加剧其自然老化。这些因素均导致了桥梁承载能力和耐久性的降低，甚至影响到运营的安全，由此而引起的一系列问题都需要相应的维修、改造和加固来解决，而这些工作又必须在对桥梁结构详细和系统的检测的基础上才能妥善进行。

1 桥梁表观检查分析与评价

表观检查包括桥梁整体与局部构造几何尺寸的量测、结构病害的检查与量测等，表观检查的项目和要求对不同的桥型有不同的侧重点。表观检查要达到可以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。结构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历史等。

2 桥梁承载力的荷载检测法

2. 1 静载试验检测方法

静载试验检测法通过对桥梁进行静载试验，量测与桥梁结构性能相关的参数，与桥梁工作性能相关的主要参数有变形、挠度、应变、裂缝等。通过静载试验，可测出这些参数，从而分析得出结构的强度、刚度及抗裂性能，据此判断桥梁的承载能力。混凝土桥梁的静载试验，一般需进行以下测试内容。

（1）结构的竖向挠度、侧向挠度和扭转变形。每个跨度内至少有3 个测点，并取得最大的挠度及变形值，同时观测支座下沉值。有时测试也为了验证所采用的计算理论，要实测控制截面的内力、挠度纵向和横向影响线。

（2）记录控制截面的应力分布，并取得最大值和偏载特性。沿截面高度不少于5 个测点，包括上、下缘和截面突变处。有些结构需测试支点及附近、横隔板附近剪应力和主拉应力，此时需将应变计布成应变化。

（3）支座的伸缩、转角，支座的沉降；墩顶位移及转角。

（4）仔细观察是否已出现裂缝，出现初始裂缝时所加的荷载，仔细表明裂缝出现的位置、方向、长度、宽度及卸载后闭合情况。如果结构的控制截面变形、应力或裂缝扩展，在尚未加到预计最大试验荷载前，已提前达到或超过设计标准的允许值，应立即停止加载，同时注意观察裂缝扩展情况，撤离仪器和人员。

（5）细观察卸载后的残余变形。对于特殊结构而言，如悬索桥和斜拉桥，尚需观察索力和塔的变位并进行支座的测定。

2. 2 动载试验检测方法

动力荷载试验的目的在于研究桥梁结构的动力性能，该性能是判断桥梁运营状况和承载能力的重要标志之一。比如，动力系数是确定车辆荷载对桥梁动力作用的重要技术参数，直接影响到桥梁设计的安全与经济性能；桥梁过大的振动可引起乘客和行人的不舒适；桥梁自振频率处于某些范围时，可由外荷载引起共振的危险。这是以前动力检测的主要目的。但是最近10 年以来，研究者试图扩大动力检测方法的范围和功能，原理主要如下：结构损失的发生必然导致结构参数（刚度、阻尼和内部荷载）的改变。如果恰当地估计这些变化，就能给结构损伤状态的评估提供一个量化的方法。利用振动方法对桥梁进行损伤检测的基础是从桥梁振动模态的变化中能够估计出桥梁结构参数的变化。桥梁振动模态通常可用常规的试验模态分析测试方法得到。在桥梁的不同位置布置测点，通过结构损伤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，以此来确定结构损伤发生的位置、大小及结构损伤的类型。桥梁的动力试验，主要是围绕冲击系数做文章，实际的动力试验包括以下内容： （ 1）测定桥跨结构在车辆荷载下的强迫振动特性，如冲击系数、强迫振动频率、动位移和动应力等。（2）测定桥跨结构的自振特性， 如自振频率、振型和阻尼特性等。

3 桥梁检测技术的发展趋势

3. 1 桥梁无损伤检测技术

传统的桥梁检测方法主要依赖于动静载试验和检测人员的现场目测，辅以混凝土硬度实验、超声波探测、腐蚀作用实验等多种检测手段。进入20 世纪90年代，随着现代传感与通信技术的发展，无损检测技术更是出现了前所未有的发展势态，先后涌现出一大批新的检测方法和检测手段，使无损检测技术向着智能化、快速化、系统化的方向发展。

3. 2 桥梁结构损伤识别技术

（1）小波分析损伤识别法。由于小波分析适合分析非平稳信号，因此可作为损伤识别中信号处理的较理想的工具，用它来构造损伤识别中所需要的特征因子，或直接提取对损伤有用的信息。小波分析在损伤识别中的应用是多方面的，如：奇异信号检测、信噪分离、频带分析等。

（2）神经网络损伤识别法。神经网络在损伤识别中的基本思路是：首先，用无损伤系统的振动测量数据来构造网络，用适当的学习方法确定网络的参数；然后，将系统的输入数据送入网络，网络就有对应的输出，如果输入过程是成功的，当系统特性无变化时，系统的输出和网络的输出应该吻合；相反，当系统有损伤时，系统的输出和网络的输出就有一个差异，这个差异就是损伤的一种测度。

4 国外桥梁检测技术发展动向

4. 1 已启动的研究程序

（1）先进的桥面板检测系统，包括双带远红外热成像系统、地面渗透雷达等。

（2）先进的桥梁测试和健康监测系统，包括全桥监测系统的无线电发送、精确的差分式全球定位系统测量桥梁变形、应用钢传感器对桥梁超载进行测量和监测等。

（3）先进的疲劳裂纹探测和评估系统，包括测桥梁裂纹的新型超声波和磁分析仪系统、热成像系统、便携式声发射系统、无线应变测量系统、微波探测和定量分析、无源疲劳荷载测量设备和电磁声发射传感器等。

（4）先进的锈蚀探测和评估技术，包括磁漏探测技术、探测先张法压浆空隙的冲击—反射系统、埋入式锈蚀微传感器以及以磁为基础的测量系统。

（5）用强迫振动响应法定量评估桥梁下部结构、用激光振动计测量斜拉索索力以及量化的无损检测方法与桥梁管理系统结合的课题。

4. 2 探索性的研究项目

（1）声发射技术的基础性研究，发展一种改进的宽带E探测器，它有能力产生（信号） 并探测不同受力模式下的疲劳裂纹。（2）磁力控制传感器的研究。（3）用微波技术对疲劳裂纹进行探测和定量分析。（4）光纤和其他微传感器。

5 结 语

通过对桥梁进行检测可以得知，桥梁的运营状态，确保其安全使用。传统检测方法在精度和简便性等方面有所不足。随着计算机和科学技术的快速发展，人工智能将广泛地运用在各类桥梁结构的检测试验和分析上。同时，学科交叉现象日益普遍，一些高新技术的最新研究成果应用于桥梁无损检测技术的研究，必将推动桥梁检测技术的飞速发展。

参考文献：

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[2] 高怀志，王君杰1桥梁检测和状态评估研究与应用[J]1世界地震工程，2010，（6）.

[3] 刘沐宇，袁卫国1桥梁无损检测技术的研究现状与发展[J]1中外公路，2012，22（6）.