桥梁定期检查中关键构件损伤机理与检测技术研究

一、引言

我国交通迅速发展带动了桥梁建设规模的持续扩张，众多桥梁已进入运营后期，结构老化和损伤累积问题日益明显。在长期使用中，桥梁承受车辆荷载、自然环境和材料退化等多重压力，关键部件难以避免地出现损伤。若不及时发现和处理，可能触发结构失效甚至造成坍塌事故。定期检查是桥梁全生命周期养护的关键步骤，有助于及早发现潜在病害，为维修提供依据。尽管传统检查方法存在效率低下、主观性强等问题，但它们难以满足复杂桥梁结构的检测需求。随着材料科学和信息技术的进步，桥梁检测技术不断革新，但对关键部件损伤机理的理解深度仍有待提高，检测技术与工程实践的结合也需进一步完善。因此，深入研究桥梁定期检查中关键部件的损伤机理与检测技术，对提升桥梁安全保障水平和延长使用寿命具有重要意义。

二、桥梁关键构件损伤机理分析

（一）梁体结构损伤机理

桥梁的主要承重部分是梁体，其损坏会直接影响到桥梁的整体承重能力。常见的损伤形式有裂缝、形变和钢筋锈蚀等。裂缝的形成原因主要分为荷载引起的和非荷载引起的两种：荷载引起的裂缝通常是由于车辆超载或不均匀受力，使得梁体的弯矩或剪力超过了设计标准，从而在受拉区域产生横向或斜向裂缝；而非荷载引起的裂缝则与材料的收缩、温度变化和混凝土的碳化有关，比如混凝土在硬化过程中因收缩受阻而产生的纵向裂缝，或者是温度梯度造成的温差裂缝。钢筋锈蚀是导致梁体耐久性下降的关键问题，其过程是混凝土碳化或氯离子侵入破坏了钢筋的钝化膜，引起钢筋的电化学腐蚀，体积膨胀，进而导致混凝土保护层脱落，形成沿钢筋方向的裂缝。

（二）桥墩结构损伤机理

桥墩作为支撑桥梁上部结构的关键部分，其受损现象通常包括裂缝、沉降、倾斜和混凝土剥落等问题。桥墩倾斜的主要原因是基础不均匀沉降，这通常由地质差异、地基承载力不足或基础遭受侵蚀引起，导致桥墩承受额外的弯矩，从而在墩身上形成竖直或斜向裂缝。对于位于水中的桥墩，水流冲刷是一个常见的损害因素，快速流动的水携带泥沙对墩身和基础造成侵蚀，加上水位变化引起的干湿交替，加速了混凝土的碳化和钢筋的锈蚀。

（三）支座与连接部位损伤机理

支座是连接上部结构与桥墩的关键部件，其损伤将影响结构受力传递。常见损伤包括支座老化、变形、位移及剪切破坏。橡胶支座因长期受力与环境影响，易发生老化开裂、弹性降低，导致支座承载力下降；板式支座若安装不平或受力不均，会出现局部压溃或脱空，影响荷载传递均匀性。温度变化引起桥梁伸缩时，支座若未能自由变形，将产生附加应力，导致支座剪切变形过大或锚栓断裂。连接部位如铰缝、伸缩缝的损伤机理与构造缺陷、荷载冲击相关，铰缝渗漏会导致内部钢筋锈蚀，伸缩缝堵塞使梁体伸缩受阻，产生附加内力，进而引发桥面裂缝与结构振动噪声。

三、桥梁关键构件检测技术研究

（一）无损检测技术应用

无损检测技术因其不会损害结构完整性的特点，在桥梁的定期检查中被广泛采用。超声检测通过发射超声波并捕捉其反射信号，根据声波的传播速度和衰减特性来评估构件内部的缺陷，特别适用于检测混凝土裂缝的深度和钢结构焊缝的质量。回弹法通过测量混凝土表面的回弹值来估算其强度，操作简便，但精度易受表面条件影响，通常需要与钻芯法结合校准。电磁感应法主要用来检测钢筋锈蚀，通过测量钢筋电阻率的变化来评估锈蚀程度，结合钢筋位置检测仪可以确定钢筋的分布和保护层的厚度，有助于评估结构的耐久性。

（二）智能监测技术发展

随着物联网与传感技术的进步，智能监测技术逐渐成为桥梁检测的重要手段。光纤传感技术通过将光纤植入结构内部或粘贴于表面，利用光信号变化监测应变、温度、裂缝等参数，具有精度高、抗干扰能力强、可分布式监测的特点，适用于大型桥梁关键部位的长期监测。无线传感网络（WSN）由多个传感器节点组成，可实现对桥梁多参数的实时监测与数据传输，具有布设灵活、成本较低的优势，在中小跨径桥梁监测中应用前景广阔。

（三）检测技术的优化与集成

单一检测技术存在局限性，技术集成是提升检测效果的有效途径。例如，将回弹法与钻芯法结合，可提高混凝土强度检测精度；超声与回弹综合法能同时反映混凝土内部与表面性能，减少检测误差。无损检测与智能监测技术的融合，可实现短期检测与长期监测的互补，通过定期检测校准监测数据，利用监测数据指导检测重点，形成 “监测 - 检测 - 评估” 闭环体系。无人机巡检技术与高清成像技术的结合，为桥梁上部结构检测提供了新手段，通过无人机搭载红外相机或激光雷达，可快速获取梁体底面、桥墩侧面等难达部位的图像数据，结合图像识别算法自动识别裂缝、剥落等病害，大幅提高检测效率与安全性。

结语

桥梁关键部件的损伤原因繁多，受到荷载、环境、材料等多种因素的交互作用。对损伤原因的深入研究是制定有效检测策略的基础。目前，无损检测和智能监测技术在桥梁的常规检查中扮演了关键角色，大幅提高了损伤诊断的准确性和速度。然而，仍面临一些挑战：某些技术对细微损伤的检测不够敏感，数据的分析往往依赖于专家经验，检测设备的便携性和智能化水平也需要提高。未来的研究应当集中在以下几方面：一是开发高灵敏度的传感器和新型检测工具，增强对微小损伤的探测能力；二是深化人工智能和大数据技术的应用，实现检测数据的自动化分析和损伤的早期预警；三是推进检测技术的标准化和规范化，完善损伤评估的体系。通过不断的科技创新和实际应用，不断提高桥梁检查的质量，为桥梁的安全运行提供稳固的保障，并推动我国交通基础设施的养护和管理向智能化和精细化的方向发展。

参考文献

1. 张辉，王宇，赵宇飞. 桥梁关键构件损伤机理及检测技术研究综述[J].桥梁建设，2018，48（2）：1-8.2. 刘强，杨晓峰，赵玉峰，等. 桥梁关键构件损伤检测技术研究进展[J].公路交通科技，2017，34（1）：1-6.3. 韩晓亮，陈志强，赵晓辉，等. 基于红外热像法的桥梁关键构件损伤检测研究[J]. 建筑材料学报，2019，22（1）：1-7.4. 李明，吴志勇，黄伟，等. 基于有限元分析的桥梁关键构件损伤机理研究[J]. 土木工程与管理学报，2018，15（4）：1-8.