張舉文

（中交一航局第二工程有限公司，山東 青島 266071）

隨著檢測技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，橋梁結(jié)構(gòu)檢測體系也發(fā)生著變革和創(chuàng)新，結(jié)合橋梁檢測技術(shù)與量測儀器設(shè)備的應(yīng)用，探究儀器設(shè)備的選擇準(zhǔn)則與選用組配方法，在提高檢驗檢測工作的效率和質(zhì)量上具有現(xiàn)實意義。本文擬通過分析橋梁結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)的現(xiàn)狀與需求，結(jié)合量測儀器設(shè)備的技術(shù)應(yīng)用與性能特點，對其與量測儀器設(shè)備的選配方法進(jìn)行研究與探討。

1 橋梁結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)

1.1 橋梁結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r

橋梁結(jié)構(gòu)檢測是橋梁工程質(zhì)量的有效保證，通過橋梁檢查和荷載試驗檢測技術(shù)，可評定橋梁技術(shù)狀況，為橋梁養(yǎng)護(hù)、維護(hù)、管理提供依據(jù)，在檢驗橋梁結(jié)構(gòu)實際承載能力和使用性能、驗證橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工質(zhì)量等方面具有重要意義。在實際檢測的過程中，橋梁結(jié)構(gòu)檢測需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)采集與處理工作，涉及知識面廣泛，需要應(yīng)用力學(xué)、電子、光學(xué)、材料、機(jī)械、結(jié)構(gòu)、計算機(jī)、通信等多學(xué)科，同時各學(xué)科之間的交叉綜合又使得衛(wèi)星定位、光電成像、無人機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)、雷達(dá)、無損檢測、無線通信等技術(shù)加快應(yīng)用。目前，橋梁結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢是自動化與智能化，利用信息化技術(shù)實現(xiàn)對大區(qū)域內(nèi)獨立的橋梁的全自動大范圍群體檢測逐漸成為其未來發(fā)展方向之一。

1.2 橋梁結(jié)構(gòu)檢測的主要內(nèi)容

目前，橋梁結(jié)構(gòu)檢測主要包括橋梁技術(shù)狀況評定和荷載試驗評定。橋梁技術(shù)狀況評定主要通過橋梁檢查進(jìn)行，橋梁檢查是針對橋梁各部件的表觀情況及混凝土結(jié)構(gòu)的檢查。荷載試驗評定對橋梁的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性判斷至關(guān)重要，具體主要包括撓度、應(yīng)變、變形、裂縫、振幅、頻率等參數(shù)。根據(jù)荷載性質(zhì)分為靜力荷載試驗和動力荷載試驗，靜力荷載試驗主要是測量橋梁結(jié)構(gòu)的側(cè)向、豎向撓度、裂縫及扭曲變形、控制界面內(nèi)的應(yīng)力分布情況、測量支座的轉(zhuǎn)角、沉降變形和伸縮量等；動力荷載評定內(nèi)容主要是橋梁自振特性和車輛載荷動力響應(yīng)參數(shù)。這些評定信息都可以為橋梁的工作穩(wěn)定性提供參考，為后續(xù)的管理維護(hù)工作提供必要的基礎(chǔ)。

2 橋梁結(jié)構(gòu)檢測設(shè)備

2.1 橋梁結(jié)構(gòu)檢測設(shè)備量測技術(shù)概述

檢測設(shè)備量測技術(shù)的應(yīng)用對橋梁結(jié)構(gòu)檢測的發(fā)展有著重要的推動作用。隨著科學(xué)技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，橋梁檢測設(shè)備性能也在不斷改善，電測技術(shù)、光電技術(shù)和多功能自動化采集儀得到了廣泛應(yīng)用。雖然它們在外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、量測原理及量測精度等方面有很大的差異，但作為量測設(shè)備都可劃分為感知部分（基于電磁學(xué)、光學(xué)等原理，將非電量輸入信號轉(zhuǎn)換為便于放大處理的電信號）、放大調(diào)理部分（對傳感器輸出的微小電信號進(jìn)行放大和阻抗變換、微積分運(yùn)算、濾波等其他處理，便于后續(xù)采集記錄）和采集分析部分（完成數(shù)據(jù)采集存儲及各種分析功能）。

2.2 橋梁結(jié)構(gòu)檢測設(shè)備的技術(shù)特點和使用范圍

目前，橋梁結(jié)構(gòu)檢測儀器設(shè)備的發(fā)展比較成熟，針對不同的橋梁結(jié)構(gòu)檢測內(nèi)容，可以選擇相應(yīng)的檢測儀器設(shè)備。橋梁荷載試驗參數(shù)主要包括應(yīng)變（應(yīng)力）、變位（撓度等）、裂縫、傾角、索（桿）力、振動（振幅、頻率等）、強(qiáng)度等，這些參數(shù)對評價橋梁的使用情況等都有著重要的作用。

應(yīng)變和變位測試是靜力荷載試驗主要測試內(nèi)容，常用的應(yīng)變測試技術(shù)有機(jī)械位移計法、應(yīng)變電阻法、振弦頻率法、光纖光柵應(yīng)變測試方法。其中，以應(yīng)變電阻法應(yīng)用較多，具體應(yīng)用時因電阻片粘貼技術(shù)會影響測試結(jié)果，因而更多采用工具式應(yīng)變計。振弦式和光纖光柵式應(yīng)變計的抗干擾性強(qiáng)，適用于中長期觀測，但需配合專用的采集儀使用。

變位檢測主要是檢測豎向（撓度）和水平變位，可采用的檢測設(shè)備主要有機(jī)械百分表和千分表、拉絲位移計、機(jī)電百分表、光電式橋梁撓度檢測儀、精密光學(xué)水準(zhǔn)儀和電子水準(zhǔn)儀、全站儀、衛(wèi)星定位系統(tǒng)等。其中，基于不同采集方式的百分表、位移計需要在試驗現(xiàn)場搭設(shè)支架作基準(zhǔn)，適用于凈空較低的小型橋梁，精度為0.002～0.01mm，量程一般能達(dá)50mm。而光電橋梁撓度儀、精密水準(zhǔn)儀、全站儀、衛(wèi)星定位系統(tǒng)、雷達(dá)等屬于非接觸式，適用于位移較大的大型結(jié)構(gòu)變位及線型測量，可滿足大跨度橋梁形變測量需要，精度為 0.01～ 0.5mm，衛(wèi)星的測量精度較低（水平：5mm+10-6L；垂直：10mm+2×10-6L），量程均不受限。傾角測試儀主要有水準(zhǔn)式傾角儀（分辨力為2.5′，量程為20′～1°）、光纖光柵式傾角計（分辨力為5′，量程為±10°）、數(shù)顯傾角儀（分辨力為1′，量程為±1°～±18°）或雙軸傾角儀（分辨力為1′，量程為±30°）等。

橋梁動載試驗主要用到振動測試儀器，其中測振傳感器最關(guān)鍵，其性能好壞以及選用恰當(dāng)與否直接影響整個振動測試結(jié)果。常用的測振傳感器技術(shù)特點和適用范圍如表1所示。構(gòu)超低頻振動以及振動量值較小的特點，選用靈敏度高、低頻特性好的測振儀器。一般上限頻率容易滿足，而下限頻率需要重點考慮。對于小跨徑橋梁，下限頻率達(dá)到1Hz左右即可，而對于大跨徑橋梁，則下限頻率要求延

表1 常用的測振傳感器技術(shù)特點及適用范圍

除此之外，數(shù)顯裂縫寬度檢測儀得到較多應(yīng)用，其易用性和準(zhǔn)確性都得到較大提高。索力測試一般采用拾振器測頻法，傾角儀可采用水準(zhǔn)式、光纖光柵式、雙軸式等類型，這些設(shè)備的應(yīng)用對橋梁結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)的發(fā)展都有很好的幫助。

3 橋梁結(jié)構(gòu)檢測設(shè)備的選配與需求

3.1 橋梁結(jié)構(gòu)檢測儀器設(shè)備的選配要點

（1）選配儀器設(shè)備的規(guī)格、量程及精度時，要符合試驗的內(nèi)容和要求，對使用量大、容易損壞的儀器應(yīng)有一定數(shù)量的備件。在選用儀器量程時，精度不大于預(yù)計測量值的5%，預(yù)計實測值宜處于儀器量程的15%～85%，以保證測量準(zhǔn)確性和防止超量程損壞設(shè)備。在量程滿足要求的前提下，可選用分辨率高的儀器設(shè)備，也應(yīng)考慮實際結(jié)構(gòu)情況，如對于大跨度橋梁的撓度期望值達(dá)幾十厘米，選用毫米級的量測設(shè)備即可。

（2）應(yīng)特別關(guān)注儀器對環(huán)境的適用能力，盡可能避免因環(huán)境（如溫度、電磁干擾）的變化而帶來的試驗測量誤差。橋梁結(jié)構(gòu)測點很多時，有線設(shè)備的布線工作量較大，應(yīng)估計導(dǎo)線的長短，方便設(shè)置測站位置，選用具有合適測點數(shù)量的多點測量儀器；若現(xiàn)場有強(qiáng)電磁干擾源時，事先考慮應(yīng)對措施，必要時可采用機(jī)械式儀表測量。試驗前要進(jìn)行現(xiàn)場踏勘，根據(jù)現(xiàn)場是否具備儀器安裝條件，來選配不同檢測原理的設(shè)備，如激光撓度儀、全站儀、雷達(dá)、GPS等遠(yuǎn)距離檢測設(shè)備。

（3）同一試驗中選用的儀器種類盡可能少，便于設(shè)備調(diào)配和量測實施以及精度控制，減少數(shù)據(jù)處理工作量和避免差錯。同時要選用可靠性好的設(shè)備，使用安裝方便，適應(yīng)性強(qiáng)，不影響結(jié)構(gòu)工作和不改變結(jié)構(gòu)特性。也要考慮儀器的便攜性，盡量采用自動采集系統(tǒng)，以提高效率，減少人為因素影響。

（4）設(shè)備在使用之前應(yīng)進(jìn)行聯(lián)機(jī)測試、標(biāo)定或核查，定期檢定校準(zhǔn)，以確保其技術(shù)性能滿足試驗要求。對于動態(tài)試驗的量測儀表，除靈敏度、線性范圍、幅頻特性以及相頻特性都應(yīng)滿足要求以外，還須考慮橋梁結(jié)伸至0.20～0.50Hz，甚至更低。

3.2 橋梁結(jié)構(gòu)檢測儀器設(shè)備的需求分析

（1）基于無線技術(shù)的智能檢測設(shè)備應(yīng)用需求增多。在整橋結(jié)構(gòu)檢測的過程中，特別是大跨徑橋梁測點較多，有線方式的布設(shè)煩瑣，靈活性差，系統(tǒng)供電、數(shù)據(jù)傳輸有一定局限性。而隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展其應(yīng)用可以很好地彌補(bǔ)這些缺陷，特別在橋梁監(jiān)測方面有較大發(fā)展空間，將ZigBee、LoRa等無線技術(shù)應(yīng)用到橋梁檢測與監(jiān)測體系中具有重要研究價值和意義。

（2）不同儀器之間的選擇需要具有互通性。盡管目前部分儀器已經(jīng)具備了同時檢測多種信息的能力，但大部分儀器的功能還是比較單一。因此，要完成橋梁結(jié)構(gòu)檢測的任務(wù)，需要多種儀器的配合工作，數(shù)據(jù)兼容是保證不同儀器設(shè)備共同工作的重要前提。在此過程中，儀器之間的互通性和兼容性十分重要。

（3）需要推動儀器設(shè)備的信息自動化和智能集群化應(yīng)用。信息化、自動化以及智能化發(fā)展和應(yīng)用不僅是時代發(fā)展的要求，更是大范圍檢測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的需求。隨著新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，推動先進(jìn)檢測技術(shù)的發(fā)展對于橋梁結(jié)構(gòu)檢測體系的完善有著重要的影響。

4 結(jié)束語

橋梁結(jié)構(gòu)檢測對現(xiàn)代交通系統(tǒng)的發(fā)展有著重要的影響。文章通過分析橋梁結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，對其適用范圍進(jìn)行了研究。同時，結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)檢測設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀和技術(shù)特性，對其適配范圍及其選配準(zhǔn)則進(jìn)行了探討。這些研究對橋梁結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)的發(fā)展和相關(guān)儀器設(shè)備的應(yīng)用有很好的幫助。