橋梁在交通運輸中起到重要的地位,尤其是在山區(qū)和跨河道的地方顯得尤為的突出。從而促使橋梁的設計和施工技術的不斷進步,使得橋梁跨度也不斷有新的突破,促進了橋梁實業(yè)的發(fā)展,同時橋梁的結(jié)構與形式也逐漸變得復雜,不單單是簡支梁結(jié)構,出現(xiàn)了斜拉索橋、拱橋、吊橋等形式的橋梁。
鑒于橋梁的特殊性和復雜性,采用先進的,可靠的橋梁實時監(jiān)測系統(tǒng),是對出現(xiàn)的安全隱患能夠做出快速反應以及及時修正的重要保證,通過提供所需要的早期危險報警和損傷評估來判斷橋梁的安全,增強橋梁的生存能力,從而達到從探測、報警、聯(lián)動控制直至消除安全隱患的全方位一體化具有重要意義。
橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)建立基于現(xiàn)代測試與傳感技術、網(wǎng)絡通信技術、信號處理與分析技術、數(shù)學理論和結(jié)構分析理論等多個學科領域,隨著科學技術的不斷發(fā)展,健康監(jiān)測較之人工檢測優(yōu)越性越來越明顯。
橋梁健康監(jiān)測的概念與意義
橋梁健康監(jiān)測實際上就是通過對橋梁結(jié)構狀況的監(jiān)控和評估。在通過無損檢測技術或者是橋梁結(jié)構特性分析(其中包括橋梁結(jié)構響應)等技術為橋梁在特殊天氣條件下又或者是特殊的交通條件下,導致發(fā)生橋梁運營狀況異常,而發(fā)出預警信號,同時橋梁健康監(jiān)測也為橋梁的日常維護和維修、管理與決策提供依據(jù)和指導性意見。然而,橋梁結(jié)構健康監(jiān)測不僅是為了結(jié)構狀態(tài)監(jiān)控和評估,其信息反饋于結(jié)構設計的更深遠的意義是結(jié)構設計方法與相應的規(guī)范標準等可能得到改進。再有就是橋梁健康監(jiān)測帶來的是監(jiān)測系統(tǒng)和對某特定橋梁設計的反思。橋梁健康監(jiān)測為橋梁工程中的未知問題和超大跨度橋梁的研究提供了新的契機。
國內(nèi)外健康監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展的狀況
從目前國內(nèi)外已有的大橋結(jié)構健康監(jiān)測系統(tǒng),可以將它們大致劃分為三代。第一代為早期單項監(jiān)測系統(tǒng),傳感器種類有限,不安裝采集設備,間歇性監(jiān)測;第二代為集成監(jiān)測系統(tǒng),傳感器種類大大豐富,采集系統(tǒng)完善,連續(xù)采集,有數(shù)據(jù)庫管理軟件對數(shù)據(jù)實行管理;第三代為集成監(jiān)測診斷系統(tǒng),在第二代的基礎上,強調(diào)對數(shù)據(jù)的處理,并利用數(shù)據(jù)進行結(jié)構健康狀態(tài)的在線評估、在線預警,并為深入地離線評估提供便利,計算機技術被用于系統(tǒng)之中,功能更加豐富,是結(jié)合檢測和監(jiān)測的綜合系統(tǒng)。隨著大跨徑橋梁的輕柔化及形式與功能的復雜化,如何對其進行科學的養(yǎng)護管理,成為業(yè)內(nèi)關注的焦點。
從上世紀末,作為橋梁養(yǎng)護管理手段的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)擁有了極大的發(fā)展空間。目前已經(jīng)建立的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)有以下特點:
(1)通過測量結(jié)構各種響應的傳感裝置獲取反應結(jié)構行為的各種記錄;
(2)在通車運營后連續(xù)或間斷地監(jiān)測結(jié)構狀態(tài),力求獲取的大橋結(jié)構信息連續(xù)而完整;
(3)具有快速大容量的信息采集、通訊與處理能力,并實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡共享。
3 橋梁預防性養(yǎng)護技術研究
實踐中要做好橋梁的預防性養(yǎng)護工作,在技術方面,我們一般可從以下幾個方面開始著手:
1)掌握橋梁結(jié)構狀態(tài)和橋梁的實時運營狀態(tài)。
橋梁的預防性養(yǎng)護首先必須完善檢查機制,同時以先進的檢測手段做為基礎,這樣才能夠全面、持續(xù)的掌握橋梁結(jié)構狀態(tài)以及橋梁的實時運營狀態(tài),從而為判斷養(yǎng)護時機和選擇養(yǎng)護方法提供依據(jù)。
完善的檢查機制能夠為橋梁的運營狀況提供完整數(shù)據(jù)記錄,這樣能夠比較完整的反映出橋梁在使用過程中的結(jié)構狀況變化和橋梁病害的發(fā)展程度,為分析判斷橋梁病害原因和研究有針對性的養(yǎng)護對策提供了有力的依據(jù)。
先進的檢測技術則能保證檢測數(shù)據(jù)的精度和科學性,處理數(shù)據(jù)和信息的能力也大大提高。所以重視高速公路橋梁的檢測效率和質(zhì)量尤為重要,同時,應該重視現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)和使用的集成檢測技術。
2)建立健全橋梁養(yǎng)護管理系統(tǒng)。
通過建立健全橋梁養(yǎng)護管理系統(tǒng),能夠?qū)蛄夯A信息及檢查、檢測、維修保養(yǎng)等信息進行記錄和統(tǒng)計分析,為快速、科學的進行養(yǎng)護決策提供了堅實的基礎。同時,通過統(tǒng)一、規(guī)范的橋梁養(yǎng)護管理系統(tǒng),也能夠規(guī)范橋梁檢查、檢測內(nèi)容和方法,統(tǒng)一橋梁技術狀況評定標準,能夠更加有效的反映橋梁現(xiàn)狀,有利于橋梁管養(yǎng)單位做好橋梁養(yǎng)護管理工作。
3)加強日常小修保養(yǎng)工作,及時恢復結(jié)構承載能力與耐久性。
實施預防性養(yǎng)護應高度重視日常小修保養(yǎng)工作,當橋梁出現(xiàn)各類病害時,及時判斷病害成因和發(fā)展趨勢,盡快采取經(jīng)濟有效的小修保養(yǎng)措施,控制病害發(fā)展,恢復結(jié)構的承載能力和耐久性。
常見的橋梁預防性養(yǎng)護方法。在橋涵構造物養(yǎng)護維修中,常見的預防性養(yǎng)護方法有以下幾種:對于混凝土結(jié)構表面裂縫和缺陷,及時采取裂縫 封閉、混凝土缺陷表面修補等處理措施,防止裂縫和缺陷擴展引起鋼筋銹蝕等病害的發(fā)生;對于伸縮縫與泄水孔的堵塞,及時進行清理,以防連鎖性破壞;在原有伸縮縫失效時,安排合理時機更換伸縮縫,避免氣溫變化引起橋梁其他病害;對于實心板橋存在鉸縫裂縫、滲水可能失效的,采用安裝橫橋向鋼肋板,加強板梁間橫向聯(lián)系,以防止出現(xiàn)單板受力等病害;對于部分空心板底部裂縫較多的情況,采用粘貼碳纖維布的方式,恢復結(jié)構耐久性,延長橋梁使用壽命。
上述橋梁預防性養(yǎng)護措施實際上也是在我們通常的橋梁養(yǎng)護工作中可能常用到的措施,但沒有明確發(fā)展相應的預防性養(yǎng)護觀念。實際上,我們認為橋梁的預防性養(yǎng)護是一種養(yǎng)護理念及實施這一理念的一整套養(yǎng)護策略。因此,它并不是以預防性養(yǎng)護技術為核心,而是以其實現(xiàn)的一整套政策、體制、模式和運作方式為核心,技術只是最終的實現(xiàn)方式。
著眼于未來的交通事業(yè)的發(fā)展,以健康監(jiān)測系統(tǒng)為基礎,對監(jiān)測項目進行補充和完善,配備監(jiān)測和檢測設備,深化人工檢測,實現(xiàn)電子化巡檢,信息化管理,形成數(shù)字化養(yǎng)護的管理系統(tǒng),實現(xiàn)養(yǎng)護管理集成化、智能化、數(shù)字化。隨著科技進一步的研究,可以以此為基礎和平臺,形成地區(qū)或區(qū)域橋梁養(yǎng)護管理中心,建立橋梁管理養(yǎng)護監(jiān)測中心,建立并完善系統(tǒng)平臺,實施區(qū)域共享。實現(xiàn)以數(shù)字化為依托的科學、高效、準確、及時、經(jīng)濟的養(yǎng)護管理手段,實時動態(tài)監(jiān)測橋梁狀態(tài),為維修養(yǎng)護提供科學決策依據(jù),將極大提升橋梁管養(yǎng)水平,促進橋梁事業(yè)的發(fā)展,為我國交通公路事業(yè)發(fā)展提供有力的依托和保障。