正交异性钢桥面板劳损的智能检测与检测体系( 三 )_钢桥面板具有自重轻、承载力高、适用范

智能养护途径与挑战

从1971年英国Severn桥钢桥面板出现疲劳开裂，工程界开始重视钢桥面板疲劳问题以来，对其疲劳问题的认识逐步深化，使钢桥面板的结构体系得以不断发展和优化。当前常用的钢桥面板主要采用闭口加劲肋，板件间主要通过焊接进行连接。尽管通过引入新的焊接技术、工艺和新的构造细节，使钢桥面板的疲劳抗力显著提高，但由于钢桥面板受力特性复杂、直接承受大量局部轮载的反复作用、结构涵盖多个应力集中问题突出的构造细节、焊接残余应力和初始制造缺陷难以避免等，其疲劳问题仍是阻碍钢结构桥梁可持续发展的关键技术难题之一。可以预期，如在提高桥面板结构体系疲劳抗力方面的实际进展速度，慢于“重载、高速、大流量”的现代交通对于钢桥面板疲劳抗力的需求发展速度，未来一段时期钢桥面板的疲劳问题可能会愈发突出。

图1 典型正交异性钢桥面板体系失效模式

最新的研究结果表明：钢桥面板的疲劳问题属于同时涵盖多个疲劳易损构造细节、且各构造细节均包含多个疲劳失效模式的结构体系可靠度问题，典型正交异性钢桥面板体系的失效模式如图1所示。目前钢桥面板的疲劳损伤监测仍主要采用传统的超声波、磁粉等传统人工检测技术。此类方法的主要问题包括:(1)检测效率低且漏检率高，无法满足钢结构桥梁快速巡检和高质量安全服役的要求:(2)巡检环境恶劣，尤其是夏季钢箱梁内高温高湿，工作条件恶劣，人工巡检困难且存在安全隐患:(3)维护成本高，需要耗费大量人工和时间成本。针对上述问题，相关学者提出了基于无人机技术和图像处理技术的桥梁裂纹检测方法。但该方法仅能检测表面裂纹，难以有效检出处于萌生期的微小疲劳裂纹。对于正交异性钢桥面板而言，其疲劳损伤危害最严重的构造细节，为直接承受轮载作用的顶板与纵肋焊接构造细节，该构造细节最常发生的疲劳开裂为失效模式I——裂纹萌生于焊根并沿顶板扩展，如图1所示。该裂纹为萌生于纵肋内部的非表面隐蔽型裂纹，无法通过基于无人机技术的图像处理方法检出，通常只有在裂穿顶板，发展成贯穿型长大裂纹，导致桥面铺装局部损坏时才能发现，此时加固极为困难且须中断交通，直接维护成本和间接经济损失较高。此外，当前无人机电池续航能力仍无法满足大跨度桥梁长距离巡检要求。因此，发展钢桥面板智能化监测方法和检测技术，建立智能化的疲劳损伤监测评估体系，是保障大跨度钢结构桥梁运营安全和服役质量、延长其使用寿命、促进其可持续发展的重要途径。