铁路桥梁局部损伤检测技术综述

第３４卷第１５期　・２９８・　２　０　０　８年５月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲｔ　Ｖ０Ｉ．３４　Ｎｏ．１５　Ｍａｖ．　２００８　・桥隧工程・　文章编号：１００９—６８２５ｆ２００８）１５—０２９８—０２　铁路桥梁局部损伤检测技术综述　李成伟　文　摘要：介绍了铁路桥梁局部损伤的原因和种类，并详细阐述了利用电、光、声、磁等无损检测技术对铁路桥梁的局部损　伤进行检测的相关技术原理，为铁路桥梁局部损伤的检测提供了多项技术选择。　关键词：铁路桥梁，局部损伤，检测　中图分类号：Ｕ４４１．４　文献标识码：Ａ　０　引言　红外线区和略超出红外线区工作，波长一般在１　～１５　之　铁路桥梁在一个国家的交通运输和经济发展中占有重要位　间。红外线检测技术是依据物体的红外辐射、表面温度、材料特　借助红外热像仪把来自目标的红外辐射转　置，我国铁路桥梁技术的发展已经走过了１００多年，新中国的铁　性三者间的内在关系，路桥梁技术经历了从建成学会到自主，从仿制到自主创新的　过程。目前，中国桥梁的设计和施工已经达到了世界先进水平。　变为可见的热图像，通过热图像特征分析，直观地了解物体的表　面温度分布，进而达到推断混凝土梁内部结构和表面状态的目　设　与公路桥梁相比，铁路桥梁荷载大，冲击力大，要求能抵抗自然灾　的。红外热像仪检测技术可以非接触地测量，快速，高稳定性，热成像图可以很好地反映温度的信息。但　害的标准高，必须对其进行定期检测以确保铁路桥梁后期维护与　备轻便，后处理灵活，尤其天气的变化是一个很重　建设的同步。铁路桥梁局部损伤检测与健康监测是近年来国际　是影响物体温度的变量是相当多的，　上的研究热点，它是保证铁路桥梁安全运营的重要手段。铁路桥　要的原因。梁局部损伤检测技术的成功应用将起到确保铁路桥梁安全运营，　２．３光纤传感器检测技术　光纤传感技术是利用光纤对某些特定的物理量敏感的特性，　延长铁路桥梁使用寿命的作用，同时通过铁路桥梁早期损伤的发　现，能够大大节约铁路桥梁的维修费用，最大程度地减小铁路桥　将外界物理量转换成可以直接可测量的信号的技术。由于光纤　不仅可以作为光波的传播媒介，而且光波在光纤中传播时表征光　梁事故造成的损失ｌ　。　１　桥梁局部损伤的原因和种类　铁路桥梁在长期使用过程中会发生各种结构损伤，导致其发　波的特征参量（振幅、相位、偏振态、波长等）因外界因素（如温度、　压力、应变、磁场、电场、位移、转动等）的作用而间接或直接的发　生变化，从而可将光纤用作传感元件来探测各种物理量。这就是　生局部损伤的原因主要有：使用、维护不当，车祸事故等人为因　光纤传感器的基本原理。　素，地震、风暴等自然灾害，交通量猛增加剧桥梁结构的自然老化　由于光纤传感器是以光信号为变换和传输的载体利用光纤　等。以上因素均导致了铁路桥梁承载能力和耐久性的降低，甚至　传输信号，所以在桥梁局部损伤检测中，光纤传感器具有许多独　影响到运营的安全。　特的优点：抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、本质安全；重量轻、体积　由于铁路桥梁主要为钢筋混凝土结构，故典型桥梁的局部损　小、外形可变；对被测介质影响小；具有极高的灵敏度和分辨率；　伤主要包括两类：一类是混凝土的开裂、缺陷、碳化，另一类是钢筋　便于复用，便于成网，有利于与现有光通信技术组成遥测网和光　的锈蚀　２２。这两类损伤在铁路桥梁实际应用中互相影响且可前可　＿纤传感网络；成本低　５　Ｊ。　后，有可能先裂后锈即混凝土开裂后导致的钢筋锈蚀，也可能先锈　后裂即由于钢筋锈蚀导致混凝土开裂或表面混凝土成块脱落。　２．４声波探测技术　Ｊ　２　国内外铁路桥梁局部损伤检测技术　２．１电检测技术　传统的铁路桥梁局部损伤检测方法即电检测技术，该技术是　在桥梁的某个部位上外粘电阻应变片来测量应变的技术。它所　２．４．１超声波探测技术　超声波探测技术利用声脉在缺陷处发生特性变化的原理来　进行检测。超声波能够以一定的速度在某种材料中传播，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，则可以获知损伤的位置。　２．４．２声波发散检测技术　依据的原理是将应变片组成桥式结构来感应被测体应变的变化，　并转换为与应变片的电阻变化之间的关系成需要的电量，以利用　应变变化为应变率进行检测，也被称为应变检测技术。电检测铁　路桥梁主要分两种类型：钢筋混凝土粱和钢梁。　大多数结构材料在受力后出现如塑性变形、裂纹开裂、裂纹　开展等微结构损伤时，就以声波的形式释放能量，它可以对处于　荷载作用状态下的桥梁结构的内部材料和结构变化进行稳定的　监视，并给出早期报警。　２．４．３冲击一回声检测技术　２．２红外热像仪检测技术　红外线辐射检测技术用于无损测试始于二十世纪六七十年　代，后来在八十年代被数字化，红外线能在电磁谱中产生介于微　波和可见光的波频，红外线谱分为低于１０　ｐａｎ的近红外线和波长　更长的远红外线，应用于无损评估的红外线系统，绝大多数在近　收稿日期：２００８一叭一１８　冲击一回声检测技术主要是根据应力波能够在材料中传播　作者简介：李成伟（１９７５一）．男．中国地质大学（武汉）工程学院博士研究生，工程师，中铁十一局集团有限公司，湖北武汉文（１９７８．），男，讲师，中国地质大学（武汉）机电学院，湖北武汉４３００７４　４３００７１　维普资讯 http://www.cqvip.com 第３４卷第１５期　ＶｏＩ．３４　Ｎｏ．１５　２　０　０　８年５月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣ＿ｒＵＲＩ　Ｍａｙ．２００８　・２９９・　文章编号：１００９—６８２５《２００８）１５—０２９９—０３　江阴长江公路大桥疲劳荷载车辆模型分析研究　李　昆孙开畅　摘要：对江阴长江公路大桥实测的１４类日常典型的运营车辆组成的荷载频值谱，依据等效疲劳损伤原理，简化成由６　类模型车辆组成的具有实用性的荷载频值谱，该结果对于日常车辆交通构成与文中状况相类似的其他公路钢桥的疲劳　损伤度验算具有一定的参考价值。　关键词：公路钢桥，疲劳荷载，车辆模型，荷载谱　中图分类号：Ｕ４４１．２　文献标识码：Ａ　０　引言　号车辆对桥梁造成的损伤差别进行比较，发现型号为４Ａ－Ｈ的车　公路钢桥疲劳破坏是由于各种车辆荷载的反复作用引起的　辆对公路桥梁造成的损伤最为严重，于是以该型号为标准得出了　累积损伤过程，计算疲劳损伤不应该采用静力强度设计的标准活　标准疲劳车…。　荷载，而应采用代表日常交通状况的车辆荷载谱。因此使用现行　ＡＡＳＨＴＯ在其规范的相应说明中也指出“疲劳及断裂极限状　规范中的车辆荷载来进行疲劳验算是不够合理的。国外相关规　态是用累积应力范围循环来定义的，所以仅有荷载规范是不够　范中多采用疲劳车来加载，如英国ＢＳ５４００规范中通过对各种型　的，荷载应与荷载出现的频率一起来规定。”在ＡＡＳＨＴＯ中，采用　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　流的变化量，就可以判定材料表层的缺陷情况。　两种方法产生：使用转换器产生的应力波称为脉冲一回声法；使　３结语　用机械冲击器产生的应力波称为冲击一回声法，它同样可以通过　无损检测技术在综合利用声、光、电、磁等方法测定有关对象　应力波的强度和发生时间测定缺陷程度和位置。　性能的物理量的同时，以不破坏被检测对象的内部结构和使用性　２．５电磁探测技术　能为其优点，已成为铁路桥梁等的主要检测技术，但各种检测技　２．５．１探地雷达技术　术都有其相应的优点，如电检测技术已经非常成熟，而光纤检测　探地雷达是军用技术民用化的典型代表，已经在建筑物、桥　技术则具有可靠性好，抗干扰能力强，抗电磁干扰，电绝缘，耐腐　梁和其他结构评估中广泛使用，探地雷达是利用电磁脉冲波发射　蚀等优点。实际应用时，可根据局部损伤的具体部位、开展情况，　原理来实现探测目的，它是利用超高频短脉冲（１０６｜｛ｚ～１０９　Ｈｚ）　从结构安全性、客观成因等方面综合考虑，并结合客观情况和自　电磁波探测地下介质分布的一种地球物理勘探方法。其基本原　身设备条件优化选择铁路桥梁局部损伤的检测技术。　理是利用表层上的发射器发射电磁波，当电磁波穿过媒介时，一　参考文献：　方面由于材料的不均匀性和导电性的差异会使振幅衰减；另一方　［１］　高宗余，方秦汉，卫　军．中国铁路桥梁技术发展与展望　面当信号到达中断点处时，由于介电性会反射回来被接收天线接　［Ｊ］．铁道工程学报，２００７，１（１）：５５—５９．　收，因此，频率、反射和导电率三种因素决定了电磁波穿透隧道结　［２］黄艳红，高晓蓉．青藏铁路桥梁损伤检测技术的探讨［Ｊ］．新　构的深度。当发射天线在表层上移动时，根据电磁波反射角和传　西部，２００７（１２）：２４９—２５１．　播时间的改变，可以从传播时问曲线中分析检测出不同深度的缺　［３］徐金帅，黄莉，李长召．无损检测及壁可法修复预应力桥　陷和异常。在桥梁无损中的典型应用如混凝土中的钢筋和孔道　梁墩帽处裂缝［Ｊ］．山西建筑，２００７，３３（２９）：３０８—３０９．　的定位以及缺陷和疲劳探测等。　［４］　李文英，蒋敦斌，刘元红．智能型便携式桥梁应变检测仪　２．５．２涡流检测技术　［Ｊ］．天津师范大学学报（自然科学版），２００１，２１（３）：５０—５３．　涡流的基本原理为电磁感应，主要应用于检测表面损伤。当　［５］毕卫红，朗利影．桥梁检测中光纤传感技术的研究综述［Ｊ］．　检测线圈与导电材料的构件表面靠近，并通过交流电时，所产生　传感器世界，２００２（６）：１－５．　的交变磁场将在构件表面产生感应电流，呈环形涡流状，电涡流　［６］　沙丽新，阮欣、桥梁结构健康检测与评估方法发展现状综　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　’　述［Ｊ］　青岛建筑工程学院学报，２００３，２４（４）：１９—２２．　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｔｏ　ｐａｒｔｉａｌ　ｄａｍａｇｅ　ｏｆ　ｒａｉｌｗａｙ　ｂｒｉｄｇｅ　ＬＩ　Ｃｈｅｎｇ－ｗｅｉ　ＷＥＮ　Ｇｕｏ－ｊａｎ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｒｅａｓｏｎｓ　ｔｈａｔ　ｌｅａｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐａｒｔｉａｌ　ｄａｍａｇｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒａｉｌｗａｙ　ｂｒｉｄｇｅ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｄａｍａｇｅ　ｔｙｐｅｓ　ｆｉ￣ｔｌｙ，ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｅｌａｂｏ—　ｒａｔｅｓ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｒｅｌａｔｅｄ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｓｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐａｒｔｉａｌ　ｄａｍａｇｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｅｌｃｅｔｒｉｃｉｔｙ，ｌｉｇｈｔ，ｓｏｕｎｄ，ａｎｄ　ｍａｇｎｅｔｉｓｍ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ，ｗｈｉｃｈ　ｐｒｏ—　ｖｉｄｅ　ａ　ｆｉｎｅ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｓｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐａｒｔｉａｌ　ｄａｍａｇｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒａｉｌｗａｙ　ｂｒｉｄｇｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｒａｉｌｗａｙ　ｂｒｉｄｇｅ，ｐａｒｔｉａｌ　ｄａｍａｇｅ，ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　收稿日期：２００８—０２—０１　作者简介：李昆（１９７３一），男，博士，讲师，三峡大学土木水电学院，湖北宜昌４４３００２　孙开畅（１９７０一），女，副教授，三峡大学土木水电学院，湖北宜昌４４３００２