市政桥梁结构健康监测与维护技术

市政桥梁结构健康监测与维护技术

郭飞

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摘要:近年来,随着城市基础设施不断完善和更新,桥梁作为城市交通命脉的重要组成部分,其结构健康状况直接关系到城市运行的安全与效率。本文针对市政桥梁结构健康监测与维护技术进行了系统阐述。首先介绍了桥梁结构健康监测的重要性和必要性,阐明了开展桥梁健康监测的目的和意义。其次详细论述了常用的监测技术,包括静态监测和动态监测方法,分析了各种方法的优缺点及适用场景。再次重点探讨了基于监测数据的桥梁维护技术,提出了科学合理的维修策略和预防性维护措施。最后总结了全文的主要观点,并对未来的研究方向进行了展望。

关键词:市政桥梁、结构健康监测、维护技术、静态监测、动态监测

引言:桥梁作为现代城市不可或缺的基础设施,其结构安全性和可靠性直接影响着城市交通运输的畅通和居民出行的安全。随着城市化进程的不断加快,以及自然灾害和人为破坏的威胁日益严峻,有效监测和维护市政桥梁结构的健康状况已经成为当前亟待解决的重要课题。通过对桥梁进行定期检测和及时维护,可以有效延长其使用寿命,降低重建成本,确保交通安全,维护城市正常运转。因此,研究和应用先进的桥梁结构健康监测与维护技术具有重要的理论意义和现实价值。

一、桥梁结构健康监测的意义

桥梁是城市道路交通网络的重要组成部分,一旦桥梁结构出现安全隐患,将严重威胁车辆和行人的通行安全。及时发现并排除桥梁结构的缺陷和病害,可以有效降低交通事故的发生风险,确保人民群众的生命财产安全。其次,健康监测有利于延长桥梁的使用寿命。桥梁在长期使用过程中,会由于材料老化、环境腐蚀等原因而逐渐衰竭。通过对桥梁实施全面、持续的健康监测,可以实时掌握结构性能状况,及时发现潜在的损伤隐患,并采取相应的维护措施,从而延缓桥梁结构性能的衰减速度,最大限度延长其使用寿命。

此外,健康监测有助于降低桥梁维护成本。一旦发生严重事故,不仅维修费用高昂,还可能造成交通拥堵、经济损失。而通过健康监测及时发现并处理桥梁病害,无需等到病害加重才采取补救措施,可以大幅降低维护开支。同时,监测数据的积累也为制定科学的维护策略、优化资金分配提供了依据。桥梁结构健康监测还具有保护环境、推动技术进步等方面的重要意义。总之,加强对市政桥梁结构的健康监测,是保障城市交通安全、提高基础设施使用效率的关键举措,应予以高度重视。

二、桥梁结构健康监测技术

桥梁结构健康监测技术主要包括静态监测技术和动态监测技术两大类:静态监测技术是指在桥梁静止状态下对其结构性能进行检测,主要包括应变测量、裂缝检测和腐蚀检测等。

1. 应变测量

应变是评价桥梁结构受力状态的重要指标。常用的应变测量方法有电阻应变计、光纤传感器等。电阻应变计通过测量金属箔的电阻变化来计算应变值,适用于局部应变监测;而光纤传感器能够对整个结构进行分布式应变监测,测量精度高、抗干扰能力强。

2. 裂缝检测

裂缝是桥梁结构损伤的常见形式,若不及时发现和处理,易导致进一步恶化。常用的裂缝检测方法包括目视检测、超声波检测等。目视检测虽然简单,但存在遗漏的风险;而超声波检测凭借声波在裂缝处产生的回波来定位裂缝,检测精度较高。

3. 腐蚀检测

腐蚀是导致桥梁结构老化的主要因素之一。电化学方法是目前最常用的腐蚀检测技术,通过测量电极与混凝土之间的电位差来评估钢筋的腐蚀程度。此外,还可采用X射线、红外热像等无损检测手段。

动态监测技术是指在桥梁运行状态下对其振动、变形等动态响应进行检测,从中分析判断结构的健康状况。

1. 振动测量

当车辆通过桥梁时,会引起桥梁产生振动。通过测量振动频率、振幅等参数,并与初始设计值对比,可以评估桥梁刚度、阻尼等动力学特性的变化情况。常用的振动测量方法有应变传感器、加速度传感器、激光测振仪等。

2. 变形监测

变形是评价桥梁结构服役性能的关键指标。常用的测量方法包括视频测量法、geodetic测量法等,能够实时跟踪桥梁的整体变形情况。此外,通过分布式光纤传感技术也可实现对局部变形的精确监测。

3. 荷载测试

荷载测试是对桥梁承载能力进行直接评估的重要手段。常见做法是在桥面布置已知重量的试验车辆,测量桥梁在不同荷载工况下的应力、应变和变形等响应,从而判断桥梁的剩余承载能力。

上述监测技术的选用需要根据具体情况进行科学决策,并注重多种技术手段的协同应用,以获取全面、准确的数据信息,实现对桥梁结构健康状况的高效监控和评估。

三、桥梁维护技术

桥梁维护首先需要对监测获得的数据进行全面分析和评估,准确判断桥梁结构的损伤程度和潜在风险。常用的评估方法有有限元分析、人工智能等。有限元分析是利用数值模拟的方式,将实际桥梁结构离散为有限单元,并基于材料力学原理对各单元的应力应变进行计算,从而评估整体结构的受力性能。人工智能技术如神经网络等,则可以通过对历史数据的训练,自动建立桥梁状态与监测数据之间的映射关系模型,实现对新数据的智能评估和预测。

对于轻微损伤的桥梁,可采取加固的方式提高其承载能力。常见加固方法包括外加钢板、碳纤维加固、灌浆补强等。这些技术通过增加截面尺寸或提高材料强度,有效提升了结构的整体性能。如果桥梁存在严重的局部损伤,可考虑对受损部件进行更换。例如,对严重损坏的横撑、支座等重要构件实施局部拆换,使用新的预制件或就位浇筑的方式加以替换,确保桥梁的整体安全。

除了持续监测外,还需要定期对桥梁进行人工检查,包括目视检查、钻芯取样等。及时发现并处理早期缺陷,可以避免小问题扩大化为重大隐患。合理的环境保护措施也是预防性维护的重要组成部分。比如,加强桥梁的防雷、防腐蚀、防冰雪等设施,降低环境因素对桥梁结构的侵蚀;同时,采取限重、限宽等手段,减少过载和撞击对桥梁的损伤。

结语:市政桥梁结构的健康监测和及时维护对于保障城市交通安全、降低基础设施维护成本、延长桥梁使用寿命等方面具有重要意义。本文介绍了常见的静态和动态监测技术,分析了各自的优缺点和适用场景,并探讨了基于监测数据的维修策略和预防性维护措施。可以看出,健康监测是桥梁维护的前提和基础,监测数据的准确性和全面性直接决定了维护措施的针对性和有效性。因此,未来需要进一步加强对先进监测技术的研究和创新,融合多种技术手段,实现对桥梁结构状态的精准检测和分析。同时,建立科学的维护决策体系,结合人工智能等新兴技术,实现桥梁健康状态的智能化评估和维护,从而最大限度地发挥监测技术的价值,为市政桥梁的安全运营和可持续使用提供有力保障。

参考文献：

[1]易小纬.健康监测技术在市政桥梁结构安全评估中的应用研究[J].工程建设与设计,2023,(18):110-112.DOI:10.13616/j.cnki.gcjsysj.2023.09.236.

[2]汪洋,市政桥梁结构安全监测系统的研发及应用.浙江省,浙江恒玮市政工程科技有限公司,2019-02-27.