路桥工程中结构监测技术的应用

路桥工程中结构监测技术的应用

吴胜强

安徽建工检测科技集团有限公司  安徽合肥 230031

摘要：在当前交通量日益增加和自然环境挑战的背景下，结构监测技术的应用对于保障桥梁的安全性、延长其使用寿命以及优化维护策略具有重大意义。结构监测技术包括多种传感器技术、光纤传感技术等，这些技术能够实时监测桥梁的结构响应，如应力、应变、位移等。通过分析监测数据，可以及时发现结构的异常行为，评估桥梁的健康状况，并为养护决策提供科学依据。本文旨在探讨路桥工程中结构监测技术的应用。

关键词：路桥工程；结构监测技术；应用

随着社会经济的发展和交通运输需求的增加，路桥工程面临着日益严峻的安全和耐久性挑战。桥梁作为重要的交通枢纽，其安全性直接关系到人民生命财产安全和社会稳定。然而，桥梁在长期运营过程中，不可避免地会受到自然环境侵蚀、材料老化、荷载增加等因素的影响，导致结构性能退化。因此，实时、准确地监测桥梁的结构状况，及时发现和处理潜在的安全隐患，成为当前路桥工程管理的重要课题。近年来，结构监测技术的快速发展为解决这一问题提供了新的思路和方法。

一、路桥工程结构监测重要性

通过实时监测桥梁的关键性能指标，如应力、应变、位移等，能够实时掌握桥梁的健康状况。结构监测技术如声发射、红外热成像、数字图像处理等，能有效地探测和评估桥梁结构的损伤程度，如裂纹、变形、接缝损坏等，从而及时发出预警信息。在面对日益增长的交通量和恶劣的自然环境影响下，结构监测为桥梁的维护、修复和升级提供了科学依据。此外，监测数据的分析有助于工程师优化桥梁设计，提高工程质量，减少维护成本[1]。

二、路桥工程结构存在的问题

1.荷载超过设计标准

在路桥工程中，桥梁设计需满足特定的荷载标准，这些标准规定了桥梁能够承受的车辆重量、交通流量和荷载类型。然而，随着交通量的增加和车辆重量的上升，原有的桥梁可能不再能够适应这些超出预期的荷载。重型运输和超载车辆的频繁经过可能导致桥梁结构过早退化，出现裂缝、变形乃至结构性失效。超额荷载还可能导致桥面铺装损坏，加速桥梁材料的疲劳过程，以及增加结构维护的难度和频率。长期超载不仅影响桥梁的使用寿命和可靠性，还可能造成潜在的安全问题，如桥面板断裂、桥墩倾斜甚至整个桥梁的坍塌。

2.疲劳损伤

路桥工程中的结构疲劳主要源于车辆载荷的反复作用，尤其是在交通繁忙的道路和桥梁上更为常见。疲劳损伤是一种累积性的损伤过程，当桥梁材料经历重复的加载和卸载时，微小的裂缝会逐渐在材料内部形成并扩展。随着时间的推移，这些微观裂缝逐步连通，形成更大的裂纹，最终可能导致结构的突然断裂[2]。由于疲劳损伤具有隐蔽性和渐进性，往往在未达到明显的破坏前难以被发现，这就对桥梁的安全运行构成了严重威胁。

3.地震损害

位于地震区的桥梁经常面临地震带来的破坏风险，这些地区的桥梁在设计和建造时需要考虑地震的影响。然而，不是所有现有桥梁都能抵御强烈地震造成的损害。地震发生时，地面的剧烈震动会导致桥梁结构遭受突如其来的冲击和振动，引发一系列复杂的动态响应。如果桥梁未能按抗震标准进行设计，其结构可能会因为强度不足或者延性不够而发生严重损坏。常见的地震损害包括桥墩和支柱的剪切破坏、桥台与桥墩之间的相对位移、支撑结构的屈曲或断裂，甚至是上部结构的垮塌。

4.接缝和伸缩缝损坏

接缝和伸缩缝经常因设计不当、材料老化或维护不足而损坏。当接缝和伸缩缝不能正常工作时，桥梁的正常使用和寿命周期会受到严重影响。接缝损坏可能导致路面不平整，影响驾驶舒适性和安全性；而伸缩缝的故障则可能引起桥面的破裂、偏移或塌陷，危及行车安全。此外，一旦水分透过损坏的接缝或伸缩缝进入桥梁结构内部，就可能引发钢筋锈蚀和混凝土剥落，进一步削弱桥梁的结构完整性。

三、路桥工程中结构监测技术的应用

1.传感器技术

传感器技术是路桥工程结构监测中不可或缺的一部分，它通过部署不同类型的传感器收集实时数据，为桥梁的健康状况把脉。应变计、加速度计、位移传感器和荷载传感器等传感设备被安装在桥梁的关键部位，如桥面、桥墩和支撑结构，以监测由交通、风载、温度变化及地震等因素引起的应力和变形。这些传感器能捕捉到微小的变化，并通过数据采集系统将信息实时传输给工程师。借助这些数据，工程师可以对桥梁进行实时的健康监测和性能评估，及时发现结构中的异常行为，比如不正常的振动、过大的位移或超标的载荷响应，从而及早采取措施进行维护和修复，防止结构性失败。传感器的数据还能帮助决策者制定更为合理的养护策略和规划，实现预防性维护，延长桥梁的使用寿命，同时减少因突发性桥梁事故带来的社会成本。

2.光纤传感技术

光纤传感技术在路桥工程中主要应用于测量和监测桥梁的结构健康状态。这种技术通过布设一条或多条光纤，沿桥梁的关键承载结构，如桥面、桥墩和悬索等，形成分布式或点式的传感网络[3]。光纤传感器可以感知温度、压力、应变等多种物理量的变化，并将这些变化转化为光信号的变化，经由光电转换和信号处理提取出监测数据。光纤传感技术应用如下表1：

表1光纤传感技术应用

3.声发射技术

声发射技术是一种动态监测技术，用于检测和评估材料或结构中的微小损伤和缺陷。在桥梁工程中，该技术可以探测到裂纹的形成和扩展、材料的疲劳损伤以及结构组件之间的摩擦。当桥梁结构受到外部载荷，如交通或风载，产生的应力波传播到材料表面时，声发射传感器可以捕捉这些波动。通过对这些声波信号进行分析，可以得到关于裂纹位置、大小和发展趋势的信息。声发射技术的优势在于它能实时监测结构的完整性，提供早期预警，避免潜在的灾难性失败。然而，这种技术需要专业的知识来正确地解读声发射信号，并且环境噪音可能会干扰监测效果，因此在繁忙的交通环境中可能需要额外的噪声抑制措施。

4.红外热成像技术

红外热成像技术在路桥工程中的应用主要是通过捕捉桥梁表面的红外辐射来识别结构的热分布情况。不同部位的温度差异可能暗示了结构内部的缺陷、水分渗透或者绝缘不良等问题。红外热成像技术应用如下表2：

表2 红外热成像技术应用

5.数字图像处理技术

数字图像处理技术在路桥工程中的应用主要体现在通过分析桥梁的视觉信息来监测其结构的变化和损伤状况。利用高分辨率的摄像机定期或连续捕获桥梁关键部位的图像，然后通过图像识别和分析软件，比较不同时间点的图像差异。关键技术点包括图像配准，即确保不同时间拍摄的图像可以进行有效对比；特征提取，即识别图像中关键的结构特征，如裂缝、变形等；以及模式识别，用于自动识别异常情况。

四、结语

综上所述，结构监测技术在路桥工程中的应用不仅显著提高了桥梁的安全管理效率，而且对延长桥梁的使用寿命、降低维护成本具有积极作用。随着技术的不断进步和创新，未来的结构监测技术将更加智能化、精准化，为路桥工程的可持续发展提供更加坚实的技术支持。

参考文献

[1]孙晗笑. 基于线结构光的道路凹陷检测技术研究[D]. 江苏科技大学, 2023.

[2]颜鲁春. 地质雷达检测道路结构的理论及应用探究 [J]. 新型工业化, 2021, 11 (09): 86-87+90.

[3]柏格文,齐云鹏. 光纤光栅传感器在路桥隧结构健康监测中的应用 [J]. 无线互联科技, 2018, 15 (06): 30-31.