声发射监测把脉桥梁安全

声发射监测把脉桥梁安全

随着经济和城市建设的飞速发展，车辆（船舶）流量增大、人群聚集的重大室外活动增多，桥梁使用率越来越高；与此同时，交通事故、自然灾害、桥梁养护维修不及时等影响城市桥梁安全的因素越来越多。在这样的新形势下，充分利用信息技术提高养护和维护管理水平，提高桥梁的安全系数就成为工程界的重大课题。日前，记者就城市桥梁声发射结构健康监测系统在桥梁安全方面的应用采访了业内人士。

    新形势呼唤全新桥梁安全检测方式

　　目前，在我国的长江、黄河、珠江等流域以及中国的沿海海湾上，建设了一大批结构新颖、技术复杂、设计和施工难度大、现代化品位和科技含量高的大跨径斜拉桥、悬索桥，还有不少正在建或处于设计期的这类桥梁也如雨后春笋般涌现，在桥梁的建设和设计方面，我国已跻身于国际先进行列。然而，在大桥建成后的养护和维护管理经验方面，则相对西方发达国家的管养水平明显不足。

　　据悉，我国上世纪80年代建造的斜拉桥，由于国内现有的传统监测和检测技术跟不上和日常养护管理措施的不到位，以及缺乏权威可靠的监测、检测和评估技术，造成部分斜拉索、吊索、主缆部分构件的严重锈蚀，如个别大桥的斜拉索在远未达到设计寿命时提前断裂，被迫全部更换，造成了一定的经济损失。

　　上海奥达光电子科技有限公司副总经理孔繁金告诉记者，声发射用于桥梁安全检测始于80年代初，早期主要用于钢结构及混凝土结构桥，近年来发展到对钢索斜拉桥的检测和监测，取得了很好的效果。

　　当前，声发射技术在保证大型桥梁安全方面的应用主要有如下两个方面：一个方面是对在役桥梁的全面检测和结构完整性评价。通过对桥梁施加交通载荷由声发射整体检测发现缺陷部位，进而进行安全评价；另一方面对在役桥梁进行全天候连续监测，通过对关键部位固定安装声发射传感器，进行全天候长时间在线连续监测，并对异常现象和安全事故进行报警。声发射系统安装于桥梁现场，监控系统可在远程通过计算机远程通讯系统和网络协议进行远程监控和报警。

    声发射健康监测助力桥梁安全

　　在国外，声发射健康监测技术已进行了较广泛的实践。美国物理声学公司(PAC)北京代表处首席代表许凤旌在接受记者采访时说，声发射在斜拉桥与悬索桥钢丝断裂监测的可行性已在实践中得到证实，并已逐步应用于大桥现场。该公司应用声发射可以对断丝进行定位。最大定位误差可小于50%%传感器距离，最小定位误差可小于±0.5米。声发射已成熟地应用于某些结构的腐蚀检测与监测，如压力容器、输油气管道及钢筋混凝土结构件等，然而目前尚未见用声发射直接进行钢索腐蚀监测。许凤旌说，根据他们的经验，用声发射直接进行钢索在线腐蚀监测有一定的难度。主要是因为钢索的腐蚀过程较前面所说的一些结构的腐蚀过程相对缓慢，腐蚀信号特征也较断丝信号特征小得多，并且环境噪声对腐蚀监测的影响也将比对断丝监测的影响大得多。对此，他认为，用“超声——声发射”方法对钢缆腐蚀的检测也许更为有效。

　　他还细致解释了声发射用于钢索断丝的在线监测。这种在线监测类似于其他领域的在线监测，将多个声发射传感器置于钢缆轴向不同位置。这些传感器接入一台计算机控制的与互联网或电话线连接的声发射系统。该系统控制数据的采集、处理、分析、报警及远程计算机网络通讯。其工作原理是：断丝过程将产生强烈的有显著特征的声发射信号，这些信号被传感器捕捉并传至声发射系统，进行噪声去除滤波、特征抽取与分析及声源定位等，以判别断丝的发生定位及报警。断丝的定位由声发射信号到达两相邻传感器的时间差求得。另外该系统可与PAC公司的网络伺服主机相连，实现远程监控、数据分析与专家报告。许凤旌说，声发射监测系统可靠性的关键在于以下几个方面：合适的传感器、高速高品质的声发射系统、噪声滤波技术、有效的波形特征提取及处理技术、有效的频域特征抽取及分析技术、可靠的判断准则、有效的用于长时间连续监控的数据处理与管理软件。

　　他介绍说，他们公司的声发射技术的钢索断丝监测技术已在美国费城的本富兰克林大桥、美国纽约的曼哈顿大桥，以及英国、日本、巴西的数座大桥上得到了应用。其中美国的本富兰克林大桥的监测系统自2001年初安装以来至今仍通过互联网由PAC公司进行远程监控。

　　声发射健康检测目前在国内还处于试验摸索阶段。上海市政工程设计研究总院研究发展中心监测研究所杨玉泉所长对记者说，他们已经应用上海奥达光电子科技有限公司的声发射结构健康监测系统对上海虹桥机场进出港高架桥、义乌市商博大桥拉索桥主塔节段足尺模型试验等工程中进行了检测，也已取得了一定进展和经验，比如对声发射系统在混凝土工程中预测、预报的范围有了更清晰的认识；比如对有些参数如能量大小和持续时间之间的关系有了进一步的研究。杨玉泉说，他们目前对桥梁的健康检测中，声发射检测方式还只是跟其他手段一起辅助使用，该系统功能的开发和利用、预测预报精度还有待进一步完善。

　　业内人士认为，声发射健康检测技术是非常具有前景的无损检测手段，在中国具有良好的发展应用前景。