聲發(fā)射監(jiān)測把脈橋梁安全

聲發(fā)射監(jiān)測把脈橋梁安全

隨著經(jīng)濟和城市建設(shè)的飛速發(fā)展，車輛（船舶）流量增大、人群聚集的重大室外活動增多，橋梁使用率越來越高；與此同時，交通事故、自然災(zāi)害、橋梁養(yǎng)護維修不及時等影響城市橋梁安全的因素越來越多。在這樣的新形勢下，充分利用信息技術(shù)提高養(yǎng)護和維護管理水平，提高橋梁的安全系數(shù)就成為工程界的重大課題。日前，記者就城市橋梁聲發(fā)射結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)在橋梁安全方面的應(yīng)用采訪了業(yè)內(nèi)人士。

??? 新形勢呼喚全新橋梁安全檢測方式

　　目前，在我國的長江、黃河、珠江等流域以及中國的沿海海灣上，建設(shè)了一大批結(jié)構(gòu)新穎、技術(shù)復(fù)雜、設(shè)計和施工難度大、現(xiàn)代化品位和科技含量高的大跨徑斜拉橋、懸索橋，還有不少正在建或處于設(shè)計期的這類橋梁也如雨后春筍般涌現(xiàn)，在橋梁的建設(shè)和設(shè)計方面，我國已躋身于國際先進行列。然而，在大橋建成后的養(yǎng)護和維護管理經(jīng)驗方面，則相對西方發(fā)達國家的管養(yǎng)水平明顯不足。

　　據(jù)悉，我國上世紀(jì)80年代建造的斜拉橋，由于國內(nèi)現(xiàn)有的傳統(tǒng)監(jiān)測和檢測技術(shù)跟不上和日常養(yǎng)護管理措施的不到位，以及缺乏權(quán)威可靠的監(jiān)測、檢測和評估技術(shù)，造成部分斜拉索、吊索、主纜部分構(gòu)件的嚴(yán)重銹蝕，如個別大橋的斜拉索在遠未達到設(shè)計壽命時提前斷裂，被迫全部更換，造成了一定的經(jīng)濟損失。

　　上海奧達光電子科技有限公司副總經(jīng)理孔繁金告訴記者，聲發(fā)射用于橋梁安全檢測始于80年代初，早期主要用于鋼結(jié)構(gòu)及混凝土結(jié)構(gòu)橋，近年來發(fā)展到對鋼索斜拉橋的檢測和監(jiān)測，取得了很好的效果。

　　當(dāng)前，聲發(fā)射技術(shù)在保證大型橋梁安全方面的應(yīng)用主要有如下兩個方面：一個方面是對在役橋梁的全面檢測和結(jié)構(gòu)完整性評價。通過對橋梁施加交通載荷由聲發(fā)射整體檢測發(fā)現(xiàn)缺陷部位，進而進行安全評價；另一方面對在役橋梁進行全天候連續(xù)監(jiān)測，通過對關(guān)鍵部位固定安裝聲發(fā)射傳感器，進行全天候長時間在線連續(xù)監(jiān)測，并對異?，F(xiàn)象和安全事故進行報警。聲發(fā)射系統(tǒng)安裝于橋梁現(xiàn)場，監(jiān)控系統(tǒng)可在遠程通過計算機遠程通訊系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進行遠程監(jiān)控和報警。

??? 聲發(fā)射健康監(jiān)測助力橋梁安全

　　在國外，聲發(fā)射健康監(jiān)測技術(shù)已進行了較廣泛的實踐。美國物理聲學(xué)公司(PAC)北京代表處首席代表許鳳旌在接受記者采訪時說，聲發(fā)射在斜拉橋與懸索橋鋼絲斷裂監(jiān)測的可行性已在實踐中得到證實，并已逐步應(yīng)用于大橋現(xiàn)場。該公司應(yīng)用聲發(fā)射可以對斷絲進行定位。最大定位誤差可小于50%%傳感器距離，最小定位誤差可小于±0.5米。聲發(fā)射已成熟地應(yīng)用于某些結(jié)構(gòu)的腐蝕檢測與監(jiān)測，如壓力容器、輸油氣管道及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)件等，然而目前尚未見用聲發(fā)射直接進行鋼索腐蝕監(jiān)測。許鳳旌說，根據(jù)他們的經(jīng)驗，用聲發(fā)射直接進行鋼索在線腐蝕監(jiān)測有一定的難度。主要是因為鋼索的腐蝕過程較前面所說的一些結(jié)構(gòu)的腐蝕過程相對緩慢，腐蝕信號特征也較斷絲信號特征小得多，并且環(huán)境噪聲對腐蝕監(jiān)測的影響也將比對斷絲監(jiān)測的影響大得多。對此，他認為，用“超聲——聲發(fā)射”方法對鋼纜腐蝕的檢測也許更為有效。

　　他還細致解釋了聲發(fā)射用于鋼索斷絲的在線監(jiān)測。這種在線監(jiān)測類似于其他領(lǐng)域的在線監(jiān)測，將多個聲發(fā)射傳感器置于鋼纜軸向不同位置。這些傳感器接入一臺計算機控制的與互聯(lián)網(wǎng)或電話線連接的聲發(fā)射系統(tǒng)。該系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)的采集、處理、分析、報警及遠程計算機網(wǎng)絡(luò)通訊。其工作原理是：斷絲過程將產(chǎn)生強烈的有顯著特征的聲發(fā)射信號，這些信號被傳感器捕捉并傳至聲發(fā)射系統(tǒng)，進行噪聲去除濾波、特征抽取與分析及聲源定位等，以判別斷絲的發(fā)生定位及報警。斷絲的定位由聲發(fā)射信號到達兩相鄰傳感器的時間差求得。另外該系統(tǒng)可與PAC公司的網(wǎng)絡(luò)伺服主機相連，實現(xiàn)遠程監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析與專家報告。許鳳旌說，聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵在于以下幾個方面：合適的傳感器、高速高品質(zhì)的聲發(fā)射系統(tǒng)、噪聲濾波技術(shù)、有效的波形特征提取及處理技術(shù)、有效的頻域特征抽取及分析技術(shù)、可靠的判斷準(zhǔn)則、有效的用于長時間連續(xù)監(jiān)控的數(shù)據(jù)處理與管理軟件。

　　他介紹說，他們公司的聲發(fā)射技術(shù)的鋼索斷絲監(jiān)測技術(shù)已在美國費城的本富蘭克林大橋、美國紐約的曼哈頓大橋，以及英國、日本、巴西的數(shù)座大橋上得到了應(yīng)用。其中美國的本富蘭克林大橋的監(jiān)測系統(tǒng)自2001年初安裝以來至今仍通過互聯(lián)網(wǎng)由PAC公司進行遠程監(jiān)控。

　　聲發(fā)射健康檢測目前在國內(nèi)還處于試驗摸索階段。上海市政工程設(shè)計研究總院研究發(fā)展中心監(jiān)測研究所楊玉泉所長對記者說，他們已經(jīng)應(yīng)用上海奧達光電子科技有限公司的聲發(fā)射結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)對上海虹橋機場進出港高架橋、義烏市商博大橋拉索橋主塔節(jié)段足尺模型試驗等工程中進行了檢測，也已取得了一定進展和經(jīng)驗，比如對聲發(fā)射系統(tǒng)在混凝土工程中預(yù)測、預(yù)報的范圍有了更清晰的認識；比如對有些參數(shù)如能量大小和持續(xù)時間之間的關(guān)系有了進一步的研究。楊玉泉說，他們目前對橋梁的健康檢測中，聲發(fā)射檢測方式還只是跟其他手段一起輔助使用，該系統(tǒng)功能的開發(fā)和利用、預(yù)測預(yù)報精度還有待進一步完善。

　　業(yè)內(nèi)人士認為，聲發(fā)射健康檢測技術(shù)是非常具有前景的無損檢測手段，在中國具有良好的發(fā)展應(yīng)用前景。