行業(yè)資訊
科普：橋梁檢測(cè)技術(shù)的兩大發(fā)展趨勢(shì)
橋梁在長(zhǎng)期的使用過程中難免會(huì)發(fā)生各種結(jié)構(gòu)損傷。損傷的原因可能是人為因素，也可能是自然災(zāi)害。此外隨著我國(guó)交通建設(shè)的迅速發(fā)展，交通運(yùn)輸量大幅度增加，行車密度及車輛載重越來越大，這也可能因?yàn)槌d而造成橋梁結(jié)構(gòu)的損傷繼而加劇其自然老化。這些因素均導(dǎo)致了橋梁承載能力和耐久性的降低，甚至影響到運(yùn)營(yíng)的安全，由此而引起的一系列問題都需要相應(yīng)的維修、改造和加固來解決，而這些工作又必須在對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)詳細(xì)和系統(tǒng)的檢測(cè)的基礎(chǔ)上才能妥善進(jìn)行。
為了保證橋梁的安全運(yùn)營(yíng)，必須經(jīng)常對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)。橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)已成為橋梁結(jié)構(gòu)安全養(yǎng)護(hù)和保障正常使用的主要技術(shù)手段。隨著橋梁檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，無損檢測(cè)技術(shù)和損傷識(shí)別技術(shù)成為其兩大發(fā)展趨勢(shì)。
一、橋梁無損傷檢測(cè)技術(shù)
傳統(tǒng)的橋梁檢測(cè)方法主要依賴于動(dòng)靜載試驗(yàn)和檢測(cè)人員的現(xiàn)場(chǎng)目測(cè)，輔以混凝土硬度實(shí)驗(yàn)、超聲波探測(cè)、腐蝕作用實(shí)驗(yàn)等多種檢測(cè)手段。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，隨著現(xiàn)代傳感與通信技術(shù)的發(fā)展，無損檢測(cè)技術(shù)更是出現(xiàn)了前所未有的發(fā)展勢(shì)態(tài)，先后涌現(xiàn)出一大批新的檢測(cè)方法和檢測(cè)手段，使無損檢測(cè)技術(shù)向著智能化、快速化、系統(tǒng)化的方向發(fā)展。
近年來，致力于橋梁檢測(cè)的研究人員提出了許多成功的方法對(duì)橋梁進(jìn)行非破壞性評(píng)估。一些新的方法被廣泛應(yīng)用于橋梁檢測(cè)，如利用相干激光雷達(dá)測(cè)試橋梁
下部結(jié)構(gòu)的撓度，利用全息干涉儀和激光斑紋測(cè)量橋體表面的變形狀態(tài)，利用雙波長(zhǎng)遠(yuǎn)紅外成像檢測(cè)橋梁混凝土層的損傷，利用磁漏攝動(dòng)檢測(cè)鋼索、鋼梁和混凝土內(nèi)部的鋼筋等。
隨著振動(dòng)實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力模型修正理論得到了充分的發(fā)展，為橋梁結(jié)構(gòu)的安全檢測(cè)開辟了新的途徑。基于振動(dòng)模態(tài)分析技術(shù)，人們研究發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)是整體狀態(tài)的一種度量，當(dāng)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、剛度和阻尼特性發(fā)生變化時(shí)，選用結(jié)構(gòu)振動(dòng)模態(tài)作為權(quán)數(shù)，對(duì)結(jié)構(gòu)損傷前后的模態(tài)變化量進(jìn)行加權(quán)處理， 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)單元損傷的識(shí)別和有效定位。
二、橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別技術(shù)
1.小波分析損傷識(shí)別法。由于小波分析適合分析非平穩(wěn)信號(hào)，因此可作為損傷識(shí)別中信號(hào)處理的較理想的工具，用它來構(gòu)造損傷識(shí)別中所需要的特征因子，或直接提取對(duì)損傷有用的信息。小波分析在損傷識(shí)別中的應(yīng)用是多方面的，如:奇異信號(hào)檢測(cè)、信噪分離、頻帶分析等。
2.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)損傷識(shí)別法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在損傷識(shí)別中的基本思路是:首先，用無損傷系統(tǒng)的振動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)來構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)，用適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)方法確定網(wǎng)絡(luò)的參數(shù);然后，將系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)送入網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)就有對(duì)應(yīng)的輸出，如果輸入過程是成功的，當(dāng)系統(tǒng)特性無變化時(shí)，系統(tǒng)的輸出和網(wǎng)絡(luò)的輸出應(yīng)該吻合;相反，當(dāng)系統(tǒng)有損傷時(shí)，系統(tǒng)的輸出和網(wǎng)絡(luò)的輸出就有一個(gè)差異，這個(gè)差異就是損傷的一種測(cè)度。
橋梁檢測(cè)及損傷識(shí)別技術(shù)與很多相關(guān)技術(shù)的發(fā)展有著緊密聯(lián)系，其中有傳感技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)（A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)及二次儀表等）、信號(hào)處理技術(shù)、振動(dòng)理論、軟件開發(fā)技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、專家集成技術(shù)等。橋梁檢測(cè)是一個(gè)多學(xué)科交叉的系統(tǒng)工作，需要各個(gè)環(huán)節(jié)都做好才能達(dá)到一個(gè)最優(yōu)的效果。目前橋梁健康與安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還處在發(fā)展階段，最終發(fā)展成熟還任重道遠(yuǎn)。
為了保證橋梁的安全運(yùn)營(yíng)，必須經(jīng)常對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)。橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)已成為橋梁結(jié)構(gòu)安全養(yǎng)護(hù)和保障正常使用的主要技術(shù)手段。隨著橋梁檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，無損檢測(cè)技術(shù)和損傷識(shí)別技術(shù)成為其兩大發(fā)展趨勢(shì)。
傳統(tǒng)的橋梁檢測(cè)方法主要依賴于動(dòng)靜載試驗(yàn)和檢測(cè)人員的現(xiàn)場(chǎng)目測(cè)，輔以混凝土硬度實(shí)驗(yàn)、超聲波探測(cè)、腐蝕作用實(shí)驗(yàn)等多種檢測(cè)手段。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，隨著現(xiàn)代傳感與通信技術(shù)的發(fā)展，無損檢測(cè)技術(shù)更是出現(xiàn)了前所未有的發(fā)展勢(shì)態(tài)，先后涌現(xiàn)出一大批新的檢測(cè)方法和檢測(cè)手段，使無損檢測(cè)技術(shù)向著智能化、快速化、系統(tǒng)化的方向發(fā)展。
近年來，致力于橋梁檢測(cè)的研究人員提出了許多成功的方法對(duì)橋梁進(jìn)行非破壞性評(píng)估。一些新的方法被廣泛應(yīng)用于橋梁檢測(cè)，如利用相干激光雷達(dá)測(cè)試橋梁
下部結(jié)構(gòu)的撓度，利用全息干涉儀和激光斑紋測(cè)量橋體表面的變形狀態(tài)，利用雙波長(zhǎng)遠(yuǎn)紅外成像檢測(cè)橋梁混凝土層的損傷，利用磁漏攝動(dòng)檢測(cè)鋼索、鋼梁和混凝土內(nèi)部的鋼筋等。
隨著振動(dòng)實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力模型修正理論得到了充分的發(fā)展，為橋梁結(jié)構(gòu)的安全檢測(cè)開辟了新的途徑。基于振動(dòng)模態(tài)分析技術(shù)，人們研究發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)是整體狀態(tài)的一種度量，當(dāng)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、剛度和阻尼特性發(fā)生變化時(shí)，選用結(jié)構(gòu)振動(dòng)模態(tài)作為權(quán)數(shù)，對(duì)結(jié)構(gòu)損傷前后的模態(tài)變化量進(jìn)行加權(quán)處理， 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)單元損傷的識(shí)別和有效定位。
二、橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別技術(shù)
1.小波分析損傷識(shí)別法。由于小波分析適合分析非平穩(wěn)信號(hào)，因此可作為損傷識(shí)別中信號(hào)處理的較理想的工具，用它來構(gòu)造損傷識(shí)別中所需要的特征因子，或直接提取對(duì)損傷有用的信息。小波分析在損傷識(shí)別中的應(yīng)用是多方面的，如:奇異信號(hào)檢測(cè)、信噪分離、頻帶分析等。
2.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)損傷識(shí)別法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在損傷識(shí)別中的基本思路是:首先，用無損傷系統(tǒng)的振動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)來構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)，用適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)方法確定網(wǎng)絡(luò)的參數(shù);然后，將系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)送入網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)就有對(duì)應(yīng)的輸出，如果輸入過程是成功的，當(dāng)系統(tǒng)特性無變化時(shí)，系統(tǒng)的輸出和網(wǎng)絡(luò)的輸出應(yīng)該吻合;相反，當(dāng)系統(tǒng)有損傷時(shí)，系統(tǒng)的輸出和網(wǎng)絡(luò)的輸出就有一個(gè)差異，這個(gè)差異就是損傷的一種測(cè)度。
橋梁檢測(cè)及損傷識(shí)別技術(shù)與很多相關(guān)技術(shù)的發(fā)展有著緊密聯(lián)系，其中有傳感技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)（A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)及二次儀表等）、信號(hào)處理技術(shù)、振動(dòng)理論、軟件開發(fā)技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、專家集成技術(shù)等。橋梁檢測(cè)是一個(gè)多學(xué)科交叉的系統(tǒng)工作，需要各個(gè)環(huán)節(jié)都做好才能達(dá)到一個(gè)最優(yōu)的效果。目前橋梁健康與安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還處在發(fā)展階段，最終發(fā)展成熟還任重道遠(yuǎn)。
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