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1、 . . . 桥梁的高科技检测调研报告2011/11/29目录1美国既有桥梁的高科技检测51.1概述51.2 新的检测方法71.2.1 激光测量装置71.2.2 疲劳探测仪81.2.3 智能支座91.2.4 特殊元件91.3 智能化桥梁展望112奥地利桥梁检测技术的发展与现状132.1源起与发展132.2奥地利BROMIS系统简介132.2.1概述132.2.2优势142.2.3特点142.3启示152.3.1技术发展的机遇与可能152.3.2桥梁检测技术拥有广阔前景和巨大应用价值153德国桥梁检测技术的发展163.1概述163.2 MBI系列性能概述173.3 MBL系列性能概述183.4其
2、他193.5 体会与感受193.5.1较高的质量意识193.5.2实事的态度193.5.3完善齐全的标志、标线系统193.5.4建设与养护相结合203.5.5重视环境保护204中国桥梁检测214.1我国桥梁的现状与存在问题214.1.1实现了跨径大超越214.1.2桥型结构和技术有创新214.1.3深水大跨桥梁建设技术成熟224.1.4桥梁美学理念有所增强224.2桥梁检测评价的目的和意义224.3混凝土桥梁的检测技术与其发展趋势234.3.1混凝土桥梁损伤检测技术234.3.1.2结构静载试验检测技术234.3.2混凝土桥损伤诊断方法254.4桥梁检测中的静载和动载实验274.4.1桥梁检溯
3、中的静载试验274.4.1.1检测容274.4.2桥粱检测中的动载试验285 桁架式桥梁检测车305.1概述305.2桁架式桥梁检测车概述305.3桁架式工作平台结构与载荷工况分析325.3.1工作平台结构325.3.2工作平台作业载荷工况325.3.3工作平台约束325.4徐工集团桁架式桥梁检测车研发项目335.5展望356吊篮式（折叠式）桥梁检测车366.1 吊篮式桥梁检测车概述366.2 工作描述366.3 吊篮式桥梁检测车特点386.4吊篮式桥梁检测车优点386.5吊篮式桥栏检测车的发展状况396.5.1 国外发展396.5.2国研发生产现状406.6小总结401美国既有桥梁的高科技检
4、测为检测既有桥梁，美国公路管理部门利用高科技研制了一些新的无损检测设备。通过定量检测，可以发现结构轻微的损伤，避免酿成大祸，从而为美国既有桥梁的评估和集中管理，特别是为维修、加固提供了科学依据。1.1概述美国土木工程师协会于2001年3月发表了“2001年美国基础设施调查报告”。通过对美国桥梁状况的评估，报告将此类工程的等级定为C级，在全部11个类别中排在第二位。美国联邦公路管理局（FHWA）的报告显示，1998年29%的美国桥梁出现了结构缺陷或功能失效。桥梁工程的等级主要是根据这一事实确定的。FHWA收集了全美国桥梁管理部门的报告，并将数据输入其“国家桥梁清单”（NBI）数据库。美国公路桥梁
5、的结构和功能状况的评估就是基于这些数据。虽然这个等级比全美基础设施的平均等级高，但仍不能使人满意。1967年，西弗吉尼亚州的锡尔弗（Silver）桥垮塌，并造成46人死亡。随后，FHWA建立了“全国桥梁检查计划”。从1972年开始，桥梁管理者将检查数据上报给FHWA。这个计划要求技术人员至少每2年检查1次，并将他们的发现上报FHWA。每2年1次上报给国会的全国桥梁状况报告要引用这些数据，制定”全国桥梁更换和修复计划”时，也要参考这些数据。2000年“全国桥梁更换和修复计划”提供了30多亿美元用于更换和修复有病害的桥梁。“全国桥梁调查计划”收集的数据用于管理和制定针对有病害桥梁的全国性计划是足够
6、的，但对另一些方面的需要就显得不够。例如，数据用于桥梁维修项目时就显得不够详细。譬如NBI中没有防锈漆体系或节点状况的详细记录，也没有提供局部损伤或退化的资料。数据用于制定计划与估计维修或恢复工程量时就显得太笼统、主观和定性。例如，NBI对每座桥梁上部结构状况的评定用一个主观的90表示从完好到失效，这种简单的划分不能描述上部结构中每个构件的状况。针对这种局限，美国许多州建议NBI收集更多的资料，或者他们采用另外更好的办法收集并记录桥梁数据。新办法将一座桥梁视为梁、墩等构件的集合，并记录每个构件的定量的状况数据。定义了公路桥梁标准化的构件后，可根据FHWA的要求，将有关构件的数据自动地转化为NB
7、I数据。虽然基于构件层面的检查为系统层面的桥梁管理（尤其是对于各州与当地政府层面）提供了大量详细而有用的资料，但收集到的数据在某些方面仍然有局限，最明显的是数据的收集都是靠肉眼查看，附以锤击或凿挖等机械方法。这些方法的问题在于肉眼查看的结果波动性太大。FHWA的“无损评估鉴定中心”最近对肉眼查看的可靠性与NBI的等级划分系统进行了首次深入、定量的研究。结果表明，对同一座桥梁，根据不同检查人员上报的结果，会得出34个不同的等级。况且对于部的退化、损伤或缺陷，肉眼查看无能为力。为确定一座桥梁是否安全或是否需要维修，应该探明并测定许多类型的损伤与退化。除非损伤或退化很严重，否则其难以用肉眼察觉到。例
8、如，光凭肉眼是不会知道是否负载超限，或是否已趋稳定，除非损伤得太严重，以致桥梁的线形发生了变化。在没有任何肉眼可察觉到的预兆下，会发生支座失效、腐蚀和疲劳破坏。而且，桥梁检查人员的日常查看不会收集到桥梁使用性能的资料，如交通堵塞的程度，事故的历史记录以与结构构件的疲劳。资料的缺乏阻碍了按桥梁所有者要求应实施的质量改善项目，以与对真正的工程与结构分析的评价管理。现在只能估计日平均车流量，但不知道桥梁承受的车子的大小、数量与货车的吨位，也不知道桥梁实际发生的应力、应变、变形与位移。明显需要对公路桥梁的使用特性进行精确的定量。应在拥挤、事故与正常使用状况下，直接对过桥人员有影响的特性进行测定。这些特
9、性测定可以从使用者的支出和收益角度来评定桥梁的价值。现代管理理论和实践的一个基本原则是，如果不能测定它，就不会管理它。在执行真正的生命周期投资分析与基于特性的规时，同样需要这些资料。和联邦的其它部门一样，FHWA按行政命令考虑重大项目的生命周期投资。然而，桥梁的生命周期还没有确切的判定，处于不同荷载和气候环境中的不同材料与结构体系的退化速度还没有测定。迫切需要在公路基础设施管理体系中，综合考虑所有这些多层面的定量的特性测定。这些测定和探查需在多层面进行，可用于不同的目的。FHWA同其它部门和组织，已经完成了为满足以上需求的研究，并研制了新设备。1.2 新的检测方法为检测桥梁的健康状况，世界上许
10、多地方的大型结构安置了大量的监测系统。穿越特拉华州连接宾夕法尼亚州和新泽西州的康芒德巴里（Com-modereBarry）桥就安装并运行着一个这样的系统。虽然前景看好，但这种技术的全部潜能还没有被认识和确定，还有一些很有意义的方面留待研究。信息系统的组成是其中的一个方面，这涉与到利用计算机科学地收集、存储、分析、检索与综合这些由传感器得到的海量的数据。虽然有这些局限，这些系统提供的资料已被证实对桥梁管理者很有用。例如，这些系统测量并发现，受太阳幅射的差异，受拉构件产生了出乎意料的弯矩。1.2.1 激光测量装置目前很需要旧桥承载力的非干扰测定方法。在美国，承载力不足是把一座桥梁定为结构性缺陷的最
11、常见的理由。FHWA对此采用的一种方法是利用激光测量桥梁受到的荷载。这种装置利用计算机控制一镜片，用一紫外线激光（不会伤害人眼）瞄准桥梁上的一点。激光测定到桥上点的量程，并计算相对于系统设定基准点的三维球坐标。该设备能在几分钟重复测定桥上这些点几百次。这并不需要特定的靶点，对一般的钢材、混凝土和木材表面的测量效果都很好。利用这种设备，就可能快速测定重型卡车作用下桥梁的三维变形，还可以快速确定桥上的任何部分与上次测定结果相比位置的变动（精确到毫米级）。这种装置还可尽早发现桥面下挠与预应力损失。1.2.2 疲劳探测仪需要对全美成千上万座钢桥的疲劳和断裂的可能性进行探查和测定。脆性断裂除了引起锡尔弗
12、桥垮塌外，2000年12月，1片焊接板梁的脆断引起了密尔沃基一座桥梁的破坏，这表明钢桥脆性断裂依然存在。该桥在垮塌前几星期刚进行了肉眼检查，没有即将发生断裂的外部迹象。随后的鉴定分析确认焊接与细部构造产生的高残余应力和三轴向约束使桥梁存在突然脆断的可能性。仅肉眼检查不会发现这些状况，更不用说去测定了。虽然位于密尔沃基的桥的脆断并不是主要由疲劳引起的，但疲劳仍是旧钢桥的一个主要问题。首先应测定并描述桥梁受到的随机的、变幅的循环应力。技术上已经有了掌握疲劳状况的措施，FHWA开发了一种无线桥梁检测设备与评价系统。该设备是手提式的，由电池驱动的数据采集系统（很像一个局域的数字网），利用无线电遥测技术
13、采集数据并将数据传送到笔记本电脑。该无线电网络有很好的抗干扰力。除了采集数据，每个元件就像局域网中的一个节点。因一些钢桥有12km长，这一点对钢桥就显得很重要，因桥长后会出现电磁干扰和多路反射。利用这种技术，就有可能快速地测定一座桥疲劳的可能性与危险的细部构造、测量在车辆与风荷载作用下的响应。无线电技术可以定量地测定疲劳荷载的状态，详细到影响疲劳破坏的细节。但它本身不会判定在此荷载作用下疲劳裂纹是否会扩展。就像反复弯折可以折断钢丝一样，与疲劳相关的应力循环会在钢桥形成裂纹。这些裂纹并非不停地扩展，而是以微观的相当小的步幅延伸。裂纹尖端的开展伴随有能量的释放，从而产生超声应力波，与地震时的能量释
14、放类似，是微观的。用特制的传感器可检测到应力波。这种方法称为声音辐射（AE），多年前已开始在能源与加工业得到应用。过去的AE设备不适用于公路桥梁疲劳裂纹的长期观测。因许多桥梁上缺电，人员到达桥梁的某些部位有困难，且存在很高的环境噪声，更重要的是有使裂纹快速扩展的偶然荷载，这些都不利于AE设备的工作。最近，FHWA的“无损评估鉴定中心”为桥梁检测研制了电池驱动的8通道AE设备，已进入测试、评定阶段。该系统可通过调制解调器与无线电连接传送资料。以上两种系统虽然很有用，但太昂贵，需要数万美元，电池驱动限制它们只能用于短期监测。为满足长期疲劳监测需要，已经开发了一种完全被动、廉价的传感器。这种传感器安
15、装在桥上，并随同桥梁一起产生应变。它基于一种特殊的被动应变放大设计，利用2个带模拟应变片的预先开裂试样来测量裂纹长度。试样用具有不同裂纹开展特性的材料造成。预制的疲劳裂纹在桥梁的随机变幅应变作用下开展。利用专用测量仪定期测量2个试样上的裂缝长度，可以定出预先设定应力围的有效循环次数。可把这种传感器称为疲劳探测仪。利用该技术就可能记录下公路桥梁的疲劳过程。1.2.3 智能支座另外一种用于收集基本特性资料的新技术是“智能”桥梁支座。支座失效与因此产生的危险应力是桥梁破坏的常见原因，它们也是要求的一项维护检查容。智能桥梁支座可监测和诊断通过桥梁结构系统传递到支座的活载与恒载。若结构构件的刚度由于断裂、冲击或其它原因而出现明显的变化，很可能分配到支座上的荷载就会变化。智能支座可以检测到桥梁的损伤。这种技术很复杂，但原理很简单，关键是这种支座采用了可以测量竖向应变与剪应变的多向光纤应变传感器（传感器集成在复合板）。通过层叠在公路桥梁中常用的聚氯丁橡胶垫，复合板又可集成支座，从而测量来自桥梁与作用于桥梁的竖向力和侧向力。1.2.4 特殊元件探测与测量技术在公路桥梁中的潜在应用还有很多。但要求技术设备不要太昂贵、太复杂。另一个例子是一座位于华盛顿特区的立交桥的一个翼墙。该墙由于过大的液压而在移动。采取补救措施后，业主希望长期监测翼墙相对墩的位
