聲發(fā)射監測把脈橋梁安全

聲發(fā)射監測把脈橋梁安全

隨著(zhù)經(jīng)濟和城市建設的飛速發(fā)展，車(chē)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、自然災害、橋梁養護維修不及時(shí)等影響城市橋梁安全的因素越來(lái)越多。在這樣的新形勢下，充分利用信息技術(shù)提高養護和維護管理水平，提高橋梁的安全系數就成為工程界的重大課題。日前，記者就城市橋梁聲發(fā)射結構健康監測系統在橋梁安全方面的應用采訪(fǎng)了業(yè)內人士。

新形勢呼喚全新橋梁安全檢測方式

　　目前，在我國的長(cháng)江、黃河、珠江等流域以及中國的沿海海灣上，建設了一大批結構新穎、技術(shù)復雜、設計和施工難度大、現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計期的這類(lèi)橋梁也如雨后春筍般涌現，在橋梁的建設和設計方面，我國已躋身于國際先進(jìn)行列。然而，在大橋建成后的養護和維護管理經(jīng)驗方面，則相對西方發(fā)達國家的管養水平明顯不足。

　　據悉，我國上世紀80年代建造的斜拉橋，由于國內現有的傳統監測和檢測技術(shù)跟不上和日常養護管理措施的不到位，以及缺乏權威可靠的監測、檢測和評估技術(shù)，造成部分斜拉索、吊索、主纜部分構件的嚴重銹蝕，如個(gè)別大橋的斜拉索在遠未達到設計壽命時(shí)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，早期主要用于鋼結構及混凝土結構橋，近年來(lái)發(fā)展到對鋼索斜拉橋的檢測和監測，取得了很好的效果。

　　當前，聲發(fā)射技術(shù)在保證大型橋梁安全方面的應用主要有如下兩個(gè)方面：一個(gè)方面是對在役橋梁的全面檢測和結構完整性評價(jià)。通過(guò)對橋梁施加交通載荷由聲發(fā)射整體檢測發(fā)現缺陷部位，進(jìn)而進(jìn)行安全評價(jià)；另一方面對在役橋梁進(jìn)行全天候連續監測，通過(guò)對關(guān)鍵部位固定安裝聲發(fā)射傳感器，進(jìn)行全天候長(cháng)時(shí)間在線(xiàn)連續監測，并對異?，F象和安全事故進(jìn)行報警。聲發(fā)射系統安裝于橋梁現場(chǎng)，監控系統可在遠程通過(guò)計算機遠程通訊系統和網(wǎng)絡(luò )協(xié)議進(jìn)行遠程監控和報警。

聲發(fā)射健康監測助力橋梁安全

　　在國外，聲發(fā)射健康監測技術(shù)已進(jìn)行了較廣泛的實(shí)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(fǎng)時(shí)說(shuō)，聲發(fā)射在斜拉橋與懸索橋鋼絲斷裂監測的可行性已在實(shí)踐中得到證實(shí)，并已逐步應用于大橋現場(chǎng)。該公司應用聲發(fā)射可以對斷絲進(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)射已成熟地應用于某些結構的腐蝕檢測與監測，如壓力容器、輸油氣管道及鋼筋混凝土結構件等，然而目前尚未見(jiàn)用聲發(fā)射直接進(jìn)行鋼索腐蝕監測。許鳳旌說(shuō)，根據他們的經(jīng)驗，用聲發(fā)射直接進(jìn)行鋼索在線(xiàn)腐蝕監測有一定的難度。主要是因為鋼索的腐蝕過(guò)程較前面所說(shuō)的一些結構的腐蝕過(guò)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)境噪聲對腐蝕監測的影響也將比對斷絲監測的影響大得多。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(xiàn)監測。這種在線(xiàn)監測類(lèi)似于其他領(lǐng)域的在線(xiàn)監測，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計算機控制的與互聯(lián)網(wǎng)或電話(huà)線(xiàn)連接的聲發(fā)射系統。該系統控制數據的采集、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(guò)程將產(chǎn)生強烈的有顯著(zhù)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，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)生定位及報警。斷絲的定位由聲發(fā)射信號到達兩相鄰傳感器的時(shí)間差求得。另外該系統可與PAC公司的網(wǎng)絡(luò )伺服主機相連，實(shí)現遠程監控、數據分析與專(zhuān)家報告。許鳳旌說(shuō)，聲發(fā)射監測系統可靠性的關(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、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)、可靠的判斷準則、有效的用于長(cháng)時(shí)間連續監控的數據處理與管理軟件。

　　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、巴西的數座大橋上得到了應用。其中美國的本富蘭克林大橋的監測系統自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)行遠程監控。

　　聲發(fā)射健康檢測目前在國內還處于試驗摸索階段。上海市政工程設計研究總院研究發(fā)展中心監測研究所楊玉泉所長(cháng)對記者說(shuō)，他們已經(jīng)應用上海奧達光電子科技有限公司的聲發(fā)射結構健康監測系統對上海虹橋機場(chǎng)進(jìn)出港高架橋、義烏市商博大橋拉索橋主塔節段足尺模型試驗等工程中進(jìn)行了檢測，也已取得了