桥梁结构无损检测及健康监测技术的发展与应用

江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE桥梁结构无损检测及健康监测技术的发展与应用汇报人：张宇峰江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE主要汇报内容™桥梁状态检查的内容™几种较新无损检测技术探讨™桥梁状态检查的目的与意义™目前普遍存在的问题™结构健康监测技术的发展与应用™问题与展望江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE一、桥梁状态检查的目的及意义（1）桥梁规定的使用年限；（2）桥梁出现的一些病害；自然损伤：日晒雨淋、风吹雨打人为损伤：交通量增大、超载车严重、交通事故等（3）设计及施工的失误导致先天不足；（4）桥梁后期养护、管理的不到位。检查原因江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE全世界桥梁损伤、超载和极端荷载(不包括地震)：近40余座特大型桥梁发生倒塌。美国和日本等：经济腾飞时建造的桥梁性能衰退最快美国近60万座桥梁：性能不足和有功能缺陷的占28.6%欧洲各类病桥：838，000座美国每年桥梁投资：90％更新维修，10％新建桥梁我国桥梁也将会由大建进入维护、管理和大修时期江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE¾桥梁典型病害照片（1）•梁体破损•墩台破损•护坡沉降•桥面破损江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE¾省内桥梁典型病害照片（2）•封锚锈蚀•支座变形•桥面系损伤•墩台沉降江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE状态检查的目的及意义（1）动态掌握运营期桥梁现有的技术状态以及可能影响桥梁正常营运的病害分布情况；（2）状态检查的成果可以为桥梁运营、管理与维修加固提供客观、详尽的决策依据；（3）对可能存在的问题，可以做到“早发现、早处理”，及时发现存在的安全隐患，实现早预警的目的。（4）对保障桥梁的安全运营，延长桥梁的使用寿命发挥重要的作用。江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE二、桥梁状态检查的内容桥梁基本检查桥梁针对性检测桥梁状态检查江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE前期准备（了解桥梁概况，收集相关设计、施工文件）前期准备（了解桥梁概况，收集相关设计、施工文件）现场基本检查（按照检查内容，进行全面状况检查发现病害及相关征兆，做好详细记录）现场基本检查（按照检查内容，进行全面状况检查发现病害及相关征兆，做好详细记录）桥梁针对性检测（材料强度、地基承载力检测，结构静动载试验）桥梁针对性检测（材料强度、地基承载力检测，结构静动载试验）形成成果（桥梁状况总结，提出相关建议及意见）形成成果（桥梁状况总结，提出相关建议及意见）江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE桥梁基本检查桥梁基本检查桥头引道河床及桥址的检查桥头引道河床及桥址的检查钢结构部分的检查钢结构部分的检查支座的检查支座的检查墩台及基础的检查墩台及基础的检查翼、耳墙的检查翼、耳墙的检查锥坡、护坡的检查锥坡、护坡的检查桥面的检查桥面的检查江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE桥梁针对性检测桥梁针对性检测材料强度的检测材料强度的检测地基的检测地基的检测桥梁墩台顶相对标高检测桥梁墩台顶相对标高检测混凝土裂缝检测混凝土裂缝检测钢筋锈蚀检测钢筋锈蚀检测混凝土保护层厚度及碳化深度检测混凝土保护层厚度及碳化深度检测桥面相对标高检测桥面相对标高检测桥梁的荷载试验桥梁的荷载试验江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE变形检测激光挠度仪电子水准仪江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE传感器传感器环境随机激励环境随机激励桥梁结构桥梁结构891-Ⅳ型传感器891-Ⅳ型传感器DLF-8四合一放大器DLF-8四合一放大器INV306DF智能信号采集分析仪INV306DF智能信号采集分析仪计算机计算机车辆激励车辆激励动力特性、索力信号采集处理分析系统江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE混凝土表面应变计振弦式读数仪接线箱应力检测江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE损伤及耐久性检测江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE三、几种较新无损检测技术探讨1.半静态荷载试验技术传统荷载试验方法的缺陷：耗时长、对交通干扰大、费用高、难以进行损伤定位半静态荷载试验方法：江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE实测与理论（位移）影响线-0.15-0.1-0.0500.050.10.150.20200400600800100012001400theorticalfactor=0.734fielddatad1(fft=-40)-0.6-0.5-0.4-0.3-0.2-0.100.10.20.30200400600800100012001400fielddatad2(fft=-40)theorticalfactor=0.659-0.15-0.1-0.0500.050.10.150200400600800100012001400fielddatad3(fft=-40)theorticalfactor0.949-0.6-0.5-0.4-0.3-0.2-0.100.10.20200400600800100012001400fielddatad4(fft=-40)theorticalfactor=0.78江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE实测与修正后的理论（应变）影响线江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE损伤2.声发射缆索断丝监测技术¾疲劳¾腐蚀9化学腐蚀及电化学腐蚀9应力腐蚀及氢脆¾腐蚀疲劳‡有效截面减小‡断丝损伤检测锈蚀断丝松弛振动法××应变监测法×O×磁检测法OO×超声波检测法×O×声学监测法××江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTEAlexFraserAlexFraser桥桥江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTESuspensionBridgesSuspensionBridges江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTEBronx-WhitestoneBridgeNewYork江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE四、结构健康监测技术的发展与应用必要性必要性♦传统检查方法存在诸多缺点，限制决定了其无法直接有效地应用于大型桥梁的健康状况检查。不足之处：（i）需要大量人力、物力和财力并有诸多检查盲点；（ii）主观性强，难于量化；（iii）缺少整体性；（iv）影响正常交通运行；（v）周期长，实时性差。美国联邦公路委员会：由人工检查做出的评估结果有56%是不恰当的。江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE桥梁结构健康监测•在结构上布设传感器，实时监测结构和构件的响应•进行监测数据处理、结构参数识别与损伤诊断，实时评定结构整体与局部安全状态类比：心跳监视器、胎心监护设备苏通大桥(1088m)定义定义江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE健康监测系统能做什么？•验证设计理论、施工质量•监测结构局部和整体服役状态（性态）•监测结构损伤、抗力衰减及其演化规律•识别结构损伤及其位置•安全性、耐久性评定与预测•安全预警长期性、实时性与自动化是对监测系统的基本要求江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE™理论研究‰大量的研究论文‰众多以健康监测为主题的国际会议‰加紧编制设计指南与规范™实际应用‰简单易装、经济可行、持久可靠桥梁安全监测与评价系统已开始成为大桥建设工程的一部分。如香港目前正在兴建的昂船洲大桥和深圳西部通道大桥安全监测系统均与主体工程一同招标。发展趋势发展现状发展现状江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE–美国八十年代中后期SunshineSkyway桥安装500多个传感器–英国八十年代后期–日本九十年代初期–香港90年代中期青马大桥、汀九大桥、汲水门大桥–内陆90年代中后期虎门桥、江阴长江大桥桥梁健康监测状况大型桥梁结构的健康监测已经成为科研与工程技术人员的关注热点！江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE美国SunshineSkyway斜拉桥Benicia-Martinez钢桁架桥休斯顿FredHartman大桥CommodoreBarry大桥BronxWhitestone悬索桥BearMountain悬索桥Hormiguero大桥英国Flintshire独塔斜拉桥丹麦Faroe跨海斜拉桥GreatBeltEast悬索桥挪威Skarnsundet斜拉桥墨西哥Tampico斜拉桥例如：江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE例如：日本明石海峡大桥Hakucho悬索桥南备赞濑户悬索桥韩国Nambae悬索桥Jindo斜拉桥NewHaengju斜拉桥泰国RamaIX斜拉桥印度Naini斜拉桥中国青马大桥江阴长江大桥汲水门大桥南京长江二桥汀九大桥南京长江三桥虎门大桥济南黄河桥徐浦大桥芜湖长江大桥钱江四桥润扬长江大桥江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE日本明石海峡大桥(1999m)杭州湾大桥(36km，世界最长桥)南京三桥(648m)江阴长江大桥（1385m）江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE香港五座索桥的位置香港五座索桥监测系统介绍江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE香港青马、汲水门、汀九大桥健康监测系统：5100万港币江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE青马大桥江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE深圳西部通道（香港）大桥昂船洲大桥汲水门大桥汀九大桥江苏省交通科学研究院JIANGSUTRANSPORTATIONRESEARCHINSTITUTE青马大桥的传感器系统和数据采集系统概况传感器总数：284江苏省交通科学研