探索 PM8500 查看混凝土结构检测方案
应用先进的多功能 GPR 技术进行地下测绘的完整解决方案
查看详情
了解更多
我们来看看世界上五座最具标志性的桥梁,它们是由什么材料制成的,以及如何使用不同的技术对其进行保护和检查。
说明
Get the best NDT and InspectionTech content delivered straight to your inbox
根据美国土木工程师协会的数据,全美国有超过617,000座桥梁,其中42%的桥梁至少有50年的历史,7.5%的桥梁被认为有结构性缺陷,意味着它们处于 "不良 "状态。而这仅仅是美国的情况!
在全球范围内,情况各不相同,但所有国家都有一个共同点——基础设施老化。本文着眼于世界上五座最具标志性的桥梁,以及如何使用不同的技术对其进行保护和检查。
金门大桥建于1937年,是一座连接旧金山和太平洋的宏伟吊桥。这座重达894,500吨的大桥仅用四年时间就设计完成,由于其复杂的工程设计和施工,被认为是一个工程奇迹。这座钢桥由两根主要的缆绳悬挂在塔顶上,并被固定在两端的混凝土锚上。
美国国家公路和交通官员协会(AASHTO)建议,每两年必须对桥梁进行检查。据《旧金山纪事报》报道,在讨论2018年金门大桥检查报告时,有执照的工程师和检查员 "在三个星期的检查过程中,对这座有81年历史的大桥的桥塔和混凝土基础进行了攀爬,拍照后并在纸上潦草地做了记录。"
幸运的是,现在有更有效的方法来进行目视检查。像INSPECT这样的智能软件可以将所有的东西存放在一起,在人工智能的帮助下捕捉缺陷,在AR中查看它们,并将所有的检查数据、照片和笔记安全地储存在一个地方,而不是用纸来记录结果。
大桥的钢材或混凝土的状况并不是全部可见的,需要采用多种技术方法来测试海平面上下的结构健康状况。海平面以下是金门大桥的大型混凝土地基,支撑着两个主塔。对这些地基的检测是通过专业的声纳设备下到水底深处,以及潜水队在水底进行检测。
在海平面以上,这座标志性的大桥由两座钢塔和桥面、混凝土桥墩、锚碇和巨大的混凝土块组成,这些混凝土块支撑着镀锌碳钢缆。钢缆可以用专业的金属探伤仪和硬度测试技术进行检查。混凝土块、桥墩和锚固件可以用步进频率连续波探地雷达(GPR)、超声波脉冲回波和回弹技术进行检测。
在智能软件的支持下,这些无损技术可以实时提供有关金门大桥的状况、健康和缺陷等深度数据,并为预防性维护决策提供参考。
塔桥是英国最著名的桥梁之一,建于1886年。该工程共耗时8年,塔楼和人行道框架使用了11000多吨钢材,另外两个桥墩使用了70000多吨混凝土来支撑该结构。然后,框架被覆盖在康尼什花岗岩和波特兰石上,以保护钢材。。
在英国,桥梁被要求每两年进行一次目视检查,每六年进行一次全面检查。只要出现任何异样都必须使用专业技术进行更深入的检查,以检出石材或混凝土中的腐蚀。我们可以在2021年3月的一份检查报告中看到,在对伦敦塔桥的最后一次目视检查中,没有发现任何重大问题,只存在一些轻微的锈蚀。
这很可能是在该桥多年来接受了广泛的维修和翻新后的一种成果。在1991年和1992年的大修中,由于及时发现了腐蚀,及时恢复了原来的结构,保障了桥梁原有的结构和安全性。
但最新的报告中,很难回溯锈蚀的确切位置,以及对于缺失那些被标记为 "早期恶化迹象 "或 "中度缺陷/损坏","可能会有一些功能损失 "的区域对应的预测性维护时间表。
有了像INSPECT这样的软件,我们无需猜测,仅需几次点击中记录所有的发现,就可以将相应的缺陷定位到准确的位置上。对于像塔桥这样需要定期检查的结构,知道缺陷的确切位置可以为下一个检查人员或维护团队节省数小时的时间。此外,INSPECT提供了一个单一的真相来源,过去和当前的检查数据都安全地存储在一起。这就避免了纸质报告中常见的数据丢失问题,或将不同时间的几份报告都存储在不同的地方。这不仅包括目视检查数据,还包括用各种技术进行的更深入的检查数据。
与这份名单上的其他桥梁不同,塔桥是一座结合了浮桥和吊桥的桥梁,每年拉开让船只通过约800次。它也正好是世界上最大的吊桥。这意味着对塔桥的检查,尤其是更深入的检查,可能是一个漫长而复杂的过程。
每个主塔的底部都包含了液压系统和配重,用于打开1200吨的基座,这些基座构成了桥上的路基。2021年,这些玄武岩在让一艘船通过后未能关闭,导致数百名驾车者和行人被困在两端,等待它的修复。塔桥的高功能加上它的年龄,需要采用多技术、彻底的检查方法来获得全貌。
例如,为了访问、绘制和监测混凝土中的腐蚀,先进的半电势技术是一个有效的解决方案。为了测试混凝土的强度和均匀性,回弹技术、超声脉冲速度和超声脉冲回波作为便携和精确的方法效果很好。
混凝土的耐久性也受到其渗透性的影响。对于像桥梁这样位于水中和水上的结构,检查渗透性可以是一个非常有价值的健康指标。为了测量塔桥混凝土的渗透性,可以使用表面电阻率仪来提供准确的指示。
对于道路,可以使用探地雷达来访问和绘制道路层的轮廓。金属部件可以用专业的探伤技术和非破坏性的硬度测试器进行检查。
来自目视检测和其他技术检查的数据可以用来为预测性维修建立一个准确的时间表。
法国的Millau 高架桥是世界上最高的高架桥。Millau 高架桥也是本期案例中最新的桥梁之一,它于2001年开始建造,仅用了不到四年时间就完成了。该桥由大约12.7万立方米的混凝土、1.9万吨用于加固混凝土的钢材以及5000吨用于缆绳和护罩的预应力钢材组成,该桥的建设者声称,该桥至少将使用120年。Millau 大桥有7个混凝土桥墩,支撑着带有硬路肩的四车道高速公路,由154根钢缆支架固定。
由于Millau 高架桥是较新的桥梁之一,它也应用了一些传感器,包括加速度计、风速计、伸展计和倾斜计。由于其巨大的高度,这些传感器有助于定位潜在的问题点或可能缩短桥梁寿命的磨损。Millau 高架桥的目视检测通常是用无人机进行的。
这座桥的另一个有趣之处在于,它从一开始就有详细的结构监测,提供了旧桥所没有的宝贵数据。自应用以来,它已经进行了几次详细的定期检查,除了无人机之外,还用专业设备进行年度检查。
然而,正如我们在最近对Marcel Poser的采访中所讨论的那样,收集大量的数据并不是检查的最终目标,尤其是其中许多数据可能被归类为 "坏数据 "或无法使用的数据时。我们的目标是收集深入的、信息丰富的、可操作的数据,最好是实时的。
在Millau 高架桥的案例中,传感器对于监测桥梁至关重要,因为它承受着巨大的地震、气候和地理挑战。这些数据在运营控制室被持续监测。将结构监测与定期检查相结合是使用多技术方法进行预防性维护的一个好例子。对于这种规模的结构,需要特别注意组织和管理从所有不同的传感器和检查中收集的大量数据。
由于Millau高架桥在整个建设过程中一直被监测,因此能够为未来的监测和维护建立基准值。这表明将结构的所有信息和缺陷记录到数字出生证中的价值和重要性。此外,高架桥也有具体规定,可以对结构的每一面进行预防性维护。
这座拉索桥还配备了传感器和设备,用于监测风速、空气和桥面平均温度、钢结构桥面湿度以及打滑现象等。其他专业技术可用于检测桥梁的混凝土或钢材的健康状况、强度和完整性。
来自无人机、结构监测和检查的数据都被一起使用,以准确指出任何需要更深入检查的问题。例如,回弹技术可以用来检查任何有问题的区域的混凝土强度和桥墩的均匀性。超声波可以用来检测空隙、蜂窝或缺陷。像这种结合超声波脉冲回波和雷达技术来监测桥梁张力结构的健康,是桥梁检测的主要策略之一。
里亚托桥(Ponte Di Rialto)是由瑞士出生的威尼斯建筑师安东尼奥-达-庞特(Antonio da Ponte)设计的单跨桥,经过三年的建设,于1591年竣工。它是意大利大运河上最古老的桥梁,已成为威尼斯的主要景点之一。里亚托桥由伊斯特拉石料制成,有两条坡道,拥有一排古朴的商店,通往中央门廊。
几个世纪以来,里亚托桥接受了许多检查和修复工程。在建造的时候,许多建筑师都怀疑这个结构是否可以长久保持,但由于检查、精心修复和额外的加固,这座桥仍然很坚固。最近的一次大型修复工程发生在2015年,400多年来第一次全面检测了大桥的所有结构部件。364根柱子出现了断裂,为了延长使用寿命,通过熔融铅进行了加固。初步调查显示没有需要特别关注的紧急情况。
通过智能检测软件确定桥梁的表面状况的目视检测结果是处于绿色(不需要采取行动),黄色(需要计划预防性维护),还是红色(需要紧急关注)。任何裂缝都可以用人工智能来识别和分类,报告可以当场生成,并为这个著名的结构建立一个数字历史。
在修复过程中,工人们需要重新排布坡道上供24个商店使用的煤气、电力管道和电话电缆。在进行任何钻探或维修之前,可以使用探地雷达(GPR)来准确定位埋在混凝土或石头下的公用设施和电线。特别是,对于这种类型的桥梁,步进频率连续波雷达是非常高效的,可以实现同时保障深度和高分辨率的实时探测。
超声脉冲回波是一种有效确定均匀性和强度、地下缺陷检测或测量厚度的解决方案。在增强现实或热图显示中,可以揭示有价值的历史数据。
位于阿联酋阿布扎比的Sheikh Zayed 大桥被描述为世界上最复杂的桥梁结构。由著名女建筑师Zaha Hadid为阿布扎比政府设计,Sheikh Zayed大桥于2003年开始施工,历时7年完成。大桥总长842米,有11个桥面跨度部分,两条四车道的道路,一条紧急车道和一条人行道。有三个主要的拱门(中央拱门达到63米高),有四个主要的桥墩,外加两组支撑。Sheikh Zayed大桥(有时称为Hadid 大桥)旨在成为当地的一个标志性结构,其设计寿命为120年。据报道,该项目还特别注意确保大桥的建造不会出现混凝土缺陷,以防止钢筋腐蚀。
在阿联酋和世界各地,在过去十年中,传统的桥梁检查有了很大的转变。例如,直到2009年,迪拜道路和运输管理局(RTA)依然使用纸和笔系统进行桥梁或资产检查和管理。这花费了检查工程师大量的时间,并使维护决策更具挑战性。
随着技术的发展,阿联酋的桥梁维护系统现在大多进行了数字化改革,纸和笔已经被换成了iPad或手机进行目视检查。现在,检查数据可以在现场轻松地收集和报告,不需要回到办公室去整理,没有数据丢失的风险。此外,像INSPECT这样的智能软件可以用来创建桥梁的三维数字孪生,使其整体形象化,并附带检查和监测的结果。
许多现代桥梁现在都有内置的传感器和嵌入的腐蚀监测器,对于像Sheikh Zaye大桥这样的大型资产,这可以帮助节省目视检查的时间。尽管如此,对于现代桥梁而言,视检查依然重要。
检测工程师可以从监测器中获取数据,并利用这些信息来协助目视检查和确定任何问题。他们还可以捕捉高分辨率的图像,这些图像在地图上进行地理定位,并与资产的其他记录一起安全地存储,以便进行检查后的分析。通过INSPECT,还可以根据检查结果对桥梁进行严重程度评级,这样决策者就可以在正确的时间获得正确的信息。先进的技术也得到了利用,只需点击几下就可以进行目视检查,并使用人工智能识别和分类混凝土上的裂缝。
在施工过程中,Sheikh Zayed 大桥有自己专门的计算机程序,以准确预测未来的几何变化。然而,这座独特的大桥有许多部件可能仍然需要更深入的检查。例如,Sheikh Zayed 大桥为了与景观契合而设计的臭名昭著的像沙丘一样的拱门。拱门是弯曲的钢结构箱形梁,并由混凝土块连接在一起,用钢缆加固。
总共使用了近500吨优质混凝土、5000吨预应力钢和2000吨基础钢。探地雷达是检查混凝土和检测表面下缺陷和钢筋的广泛的有效技术。可以用超声脉冲回波来完成详细的结构成像与缺陷检测和确定混凝土的强度和均匀性。由于靠近海水,半电势测试也可用于检查氯化物引起的腐蚀。
除了是阿布扎比的标志性建筑外,Sheikh Zayed大桥还是一座功能性极强的大桥,每小时大约有1600辆汽车通过,车流量很大。由于总共有8条车道,再加上紧急车道,道路安全是重中之重。需检查每个细节的安全性,包括道路标线。
由于大桥的照明系统很复杂,确保道路标线在夜间和白天的良好能见度有助于拯救生命和保护结构不受事故影响。通过使用安装在车辆上的动态逆反射率测试仪,可以安全有效地测试道路标线的逆反射系数。这样一来,在保证道路畅通的同时,进行测试的工程师也不会有任何风险。
由于有这么多类型的桥梁结构和各种不同的技术来检测它们,传统上,管理所有数据的每个来源是一个挑战。现在,来自所有不同技术的数据、报告、图纸、照片和任何其他文件都直接从Workspace中访问。这是桥梁管理的一个突破,在短期和长期内都能节省时间和成本,更重要的是确保结构的良好健康,防止任何灾难性事件的发生。
在全球范围内,对预防性检查的认识仍有很大需求。技术已经发生了巨大的变化,变得用户友好,符合人体工程学,甚至民主化,使其更容易获得。事实证明,拥有数字化的检查记录和桥梁健康状况的报告对于在维修变得难以管理之前做出预防性维护决定是非常宝贵的。
为了保护我们的建筑世界和全球大大小小的桥梁,使用正确的设备和预防性维护策略进行定期检查是实现这一巨大目标的唯一途径。
想了解更多如何使桥梁检查更具有成效和成本效益?看看我们的一些客户是如何使用INSPECT对大型桥梁进行目视检查的,以及如何使用雷达技术、超声波和其他技术进行准确和高效的混凝土健康检查。