聲發(fā)射監(jiān)測(cè)把脈橋梁安全

隨著經(jīng)濟(jì)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(dòng)增多，橋梁使用率越來(lái)越高；與此同時(shí)，交通事故、自然災(zāi)害、橋梁養(yǎng)護(hù)維修不及時(shí)等影響城市橋梁安全的因素越來(lái)越多。在這樣的新形勢(shì)下，充分利用信息技術(shù)提高養(yǎng)護(hù)和維護(hù)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(cè)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(shì)呼喚全新橋梁安全檢測(cè)方式

　　目前，在我國(guó)的長(zhǎng)江、黃河、珠江等流域以及中國(guó)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(jì)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(jì)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(jì)方面，我國(guó)已躋身于國(guó)際先進(jìn)行列。然而，在大橋建成后的養(yǎng)護(hù)和維護(hù)管理經(jīng)驗(yàn)方面，則相對(duì)西方發(fā)達(dá)國(guó)家的管養(yǎng)水平明顯不足。

　　據(jù)悉，我國(guó)上世紀(jì)80年代建造的斜拉橋，由于國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)和檢測(cè)技術(shù)跟不上和日常養(yǎng)護(hù)管理措施的不到位，以及缺乏權(quán)威可靠的監(jiān)測(cè)、檢測(cè)和評(píng)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(gè)別大橋的斜拉索在遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)壽命時(shí)提前斷裂，被迫全部更換，造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失。

　　上海奧達(dá)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(cè)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(lái)發(fā)展到對(duì)鋼索斜拉橋的檢測(cè)和監(jiān)測(cè)，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(gè)方面：一個(gè)方面是對(duì)在役橋梁的全面檢測(cè)和結(jié)構(gòu)完整性評(píng)價(jià)。通過(guò)對(duì)橋梁施加交通載荷由聲發(fā)射整體檢測(cè)發(fā)現(xiàn)缺陷部位，進(jìn)而進(jìn)行安全評(píng)價(jià)；另一方面對(duì)在役橋梁進(jìn)行全天候連續(xù)監(jiān)測(cè)，通過(guò)對(duì)關(guān)鍵部位固定安裝聲發(fā)射傳感器，進(jìn)行全天候長(zhǎng)時(shí)間在線連續(xù)監(jiān)測(cè)，并對(duì)異常現(xiàn)象和安全事故進(jìn)行報(bào)警。聲發(fā)射系統(tǒng)安裝于橋梁現(xiàn)場(chǎng)，監(jiān)控系統(tǒng)可在遠(yuǎn)程通過(guò)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和報(bào)警。

??? 聲發(fā)射健康監(jiān)測(cè)助力橋梁安全

　　在國(guó)外，聲發(fā)射健康監(jiān)測(cè)技術(shù)已進(jìn)行了較廣泛的實(shí)踐。美國(guó)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(shí)說(shuō)，聲發(fā)射在斜拉橋與懸索橋鋼絲斷裂監(jiān)測(cè)的可行性已在實(shí)踐中得到證實(shí)，并已逐步應(yīng)用于大橋現(xiàn)場(chǎng)。該公司應(yīng)用聲發(fā)射可以對(duì)斷絲進(jìn)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(cè)與監(jiān)測(cè)，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(jìn)行鋼索腐蝕監(jiān)測(cè)。許鳳旌說(shuō)，根據(jù)他們的經(jīng)驗(yàn)，用聲發(fā)射直接進(jìn)行鋼索在線腐蝕監(jiān)測(cè)有一定的難度。主要是因?yàn)殇撍鞯母g過(guò)程較前面所說(shuō)的一些結(jié)構(gòu)的腐蝕過(guò)程相對(duì)緩慢，腐蝕信號(hào)特征也較斷絲信號(hào)特征小得多，并且環(huán)境噪聲對(duì)腐蝕監(jiān)測(cè)的影響也將比對(duì)斷絲監(jiān)測(cè)的影響大得多。對(duì)此，他認(rèn)為，用“超聲——聲發(fā)射”方法對(duì)鋼纜腐蝕的檢測(cè)也許更為有效。

　　他還細(xì)致解釋了聲發(fā)射用于鋼索斷絲的在線監(jiān)測(cè)。這種在線監(jiān)測(cè)類似于其他領(lǐng)域的在線監(jiān)測(cè)，將多個(gè)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(tái)計(jì)算機(jī)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(bào)警及遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊。其工作原理是：斷絲過(guò)程將產(chǎn)生強(qiáng)烈的有顯著特征的聲發(fā)射信號(hào)，這些信號(hào)被傳感器捕捉并傳至聲發(fā)射系統(tǒng)，進(jìn)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(bào)警。斷絲的定位由聲發(fā)射信號(hào)到達(dá)兩相鄰傳感器的時(shí)間差求得。另外該系統(tǒng)可與PAC公司的網(wǎng)絡(luò)伺服主機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析與專家報(bào)告。許鳳旌說(shuō)，聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵在于以下幾個(gè)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(zhǎng)時(shí)間連續(xù)監(jiān)控的數(shù)據(jù)處理與管理軟件。

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

　　聲發(fā)射健康檢測(cè)目前在國(guó)內(nèi)還處于試驗(yàn)摸索階段。上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院研究發(fā)展中心監(jiān)測(cè)研究所楊玉泉所長(zhǎng)對(duì)記者說(shuō)，他們已經(jīng)應(yīng)用上海奧達(dá)光電子科技有限公司的聲發(fā)射結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)上海虹橋機(jī)場(chǎng)進(jìn)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(yàn)等工程中進(jìn)行了檢測(cè)，也已取得了一定進(jìn)展和經(jīng)驗(yàn)，比如對(duì)聲發(fā)射系統(tǒng)在混凝土工程中預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)的范圍有了更清晰的認(rèn)識(shí)；比如對(duì)有些參數(shù)如能量大小和持續(xù)時(shí)間之間的關(guān)系有了進(jìn)一步的研究。楊玉泉說(shuō)，他們目前對(duì)橋梁的健康檢測(cè)中，聲發(fā)射檢測(cè)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(cè)預(yù)報(bào)精度還有待進(jìn)一步完善。

　　業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，聲發(fā)射健康檢測(cè)技術(shù)是非常具有前景的無(wú)損檢測(cè)手段，在中國(guó)具有良好的發(fā)展應(yīng)用前景。