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敲击扫描式桥梁损伤快速检测车

2018-12-7 18:45
来自: 检师学社 收藏 分享 邀请

敲击扫描式桥梁损伤快速检测车昨天介绍了inSAR地面微变形检测技术,本来么今天想顺着相同的技术原理,雷达波干涉,介绍一个结构微变形快速检测技术,无奈发明人出差在外,稿子晚几天发来。反正咱们每次都是随便聊, ...

敲击扫描式桥梁损伤快速检测车
 
昨天介绍了inSAR地面微变形检测技术,本来么今天想顺着相同的技术原理,雷达波干涉,介绍一个结构微变形快速检测技术,无奈发明人出差在外,稿子晚几天发来。反正咱们每次都是随便聊,今天就转个玩儿,说说敲击扫描式桥梁损伤快速检测车吧。

图1 敲击扫描式桥梁损伤检测车
这个车,我打包票您没见过!学社君见过,唉,其实是何止见过呢!我们可以从各个维度去理解或看待检测技术,这里我们单单从检测的时效性和检测精度来看看。时效性,也就是两次检测间隔之间的时间长度,最好的是在线健康监测系统,学社君主持过几个监测系统实施,传感器采样速率50-100hZ,但是从整体量获得局部损伤信息精度比较差;时效性差的是定期检测,2年甚至3年一次,但是定期检测往往针对结构局部,并且使用各种花样的检测设备,其精度是能够得到保证的。有没有中间一种状态,精度不差,时效性还凑合?如下图B点?

图2检测的时效性和精度
交通运输部关于桥梁养护方面的各种技术发展规划,肯定会提桥梁快速检测,这里的“快速”快到什么程度?没有定规!但是看看上面的图,估计各位出台政策的领导多多少少会有些启发。好,回到我们的小车吧!

图3 杨永斌院士
台湾杨永斌院士在一篇经典论文中认为,车从桥上通过,车桥形成一个耦合振动系统,当结构局部有病害的话,其损伤信息会体现在车桥耦合振动系统的频率中。据此原理杨院士也加工出来了检测车,示意见图4。这是第一个启发!第二个启发是啄木鸟找虫子,当当当用鸟喙敲,这里是有科学道理并有算法的。清华大学向志海教授于是乎就想,杨院士的车如果加上“敲击”,也就是给桥梁施加一个比较好的激励,效果会如何呢?如图5。

图4 杨永斌院士提出的桥梁病害检测构想

图5 啄木鸟找虫子

图5 敲击扫描检测车的启发示意图
     构想中的小车还真给造出来了!面相不咋地啊,可是试验下来,效果杠杠地,同志们,不能“以貌取车”啊。


图6 试验室中的敲击小车
技术原理大概是:车和桥耦合振动系统,在激振器的激励下,用加速度计测得系统加速度,分析出频谱包络线,其中暗含结构损伤信息,而且比杨院士以结构整体频率去获取损伤的敏感度大大提高了。两两断面之间进行比较,如此不用知道结构本身的历史信息。通过敲击频率的设置,排除环境噪声影响,可以实现不中断交通条件下的测量。速度20公里每小时左右,一百多米桥梁,走个通长不到二分钟,真真的算是“快速”。几经改版,小车长得也越来越帅了。

图7 第二版小车

图8 第三版小车
     有人说了,这个车有啥子用么?定期检测2-3年一次,在两次检测间隔中间用这个车时不时到桥上敲打敲打,能够及时发现病害,这是其一;其二么,在检测经费不足的情况下,事先用车到桥上敲打敲打,单次检测成本很低很低的,对桥梁进行一次筛查,有限的检测经费针对那些疑似有病的桥梁进行检测,其经费使用效率不是更高吗?还有其三,一座特大桥梁,几十跨,动静载试验只能做其中之一,选哪一跨呢?不妨事前用这个小车敲打敲打,选择疑似有病害的桥梁做动静载试验。举个例子吧。

图9 北京某桥梁
京郊某桥梁要做动静载试验,该桥总计8跨,选择了第2跨做荷载试验,试验结果分析下来这跨没毛病,等于是经费白花了呗。荷载试验完成了,敲击小车姗姗来迟,敲打下来第四跨不太好,人下去检测,果然这跨有些问题,所以在这跨做荷载试验较为合理。
有人又要问了,小车好用吗?通过百余座桥梁试验下来,还算好用,但是不能吹嘘为神器啊。真梁试验标定,刚度损失5%以上能够检测出来,精度还算尚可吧。
《Handbook of DamageMechanics》把该小车的力学原理以一种新的损伤识别方法编入其中。成果先后获得8项中国国家发明专利,2项美国发明专利,获得2016年度中国公路学会科学技术一等奖。

图10 《损伤力学手册》
目前敲击扫描式桥梁损伤快速检测车又进行了改进,可以取消激振器。学社君离开学术江湖好多年了,谁要是感兴趣和发明人清华大学向志海教授联系请教吧。



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