超声波方法助力桥梁安全监测

Josiah02 · 发表于昨天 13:34

钢筋混凝土结构承受着巨大的荷载。这些结构必须承受高速列车和货运列车的重量和振动，以及作用于高层建筑的力。因此，定期检查整个结构并评估建筑材料的状况至关重要。
到目前为止，监测工作依赖于复杂的材料测试，这些测试耗时、耗力且成本高昂。例如，检查员经常用锤子手工敲击桥梁以检查是否有空洞，这可能需要暂时关闭桥梁。尽管进行了这些定期测试，但严重的材料故障（例如德累斯顿卡罗拉桥的倒塌）仍不能完全排除。
这就是为什么超声波检测方法的研究已经持续了很长时间。CoDA（通过尾波进行混凝土损伤评估）研究小组现已展示了一种新方法的有希望的成果：基于超声波的高灵敏度尾波干涉测量法（CWI）。
这种方法不仅可以对结构进行选择性测试，还可以进行持续全面的监测。因此，可以尽早发现建筑物的重大变化，以便及时采取措施防止关闭或疏散。
真实条件下的测量
CWI 是一种监测和分析材料变化的方法，特别适用于混凝土和预应力混凝土构件。它使用超声波检测材料结构中非常微小的变化。该技术特别适用于在早期检测应力状态和潜在损坏。
CoDA 研究小组 (DFG FOR 2825) 由来自慕尼黑工业大学 (TUM)、德国联邦材料研究与测试研究院 (BAM)、波鸿鲁尔大学 (RUB) 和波鸿应用技术大学 (BO) 的研究人员组成，目前正在对 CWI在两座结构的长期试验中监测钢筋混凝土结构的应用进行测试。
自 2021 年以来，研究人员一直在使用超声波传感器评估 Gänstor 桥的状况，该桥横跨乌尔姆和新乌尔姆之间 96 米。2022 年，慕尼黑 Scheidplatz 地铁站也开始进行测量，传感器监测上方有轨电车交通对天花板造成的负载。
11 月 21 日，在慕尼黑工业大学举办的多瑙河流域桥梁国际会议 ( ICBDB 2024 ) 上展示了Gänstor 大桥的合作成果和正在进行的研究成果。
计算机辅助模型解释传感器信号
管状传感器长度仅为 75 毫米，直径为 20 毫米，在生产过程中永久安装在钻孔中或直接安装在结构内。它们持续提供有关当前负载和材料任何与年龄相关的变化的数据。然而，超声波传感器发出的信号不会立即显示任何损坏的程度或确切位置。它们必须经过翻译和解释的过程。
当与机器学习相结合时，超声波数据可以被解释为揭示材料物理性质（例如刚度）在不同尺度上的变化。这些方法不仅可以确定损坏程度，还可以确定损坏的位置。从传感器收集的数据被传输到服务器，从而实现对结构的远程监控。这一进步使得未来可以对多个结构进行集中监控。
“永久监控，尽量减少入侵”
CoDA 项目发言人、慕尼黑工业大学土木工程材料与材料测试教授 Christoph Gehlen 表示：“我们多年在真实条件下进行的测试结果非常明确：我们成功改进了 CWI 测量方法，使我们可以使用传感器和复杂的评估模型在未来对大型建筑物进行监测，同时将对结构的干扰降到最低。
“这里的决定性因素是我们的系统和整体方法——它考虑到了从温度和湿度等外部影响到评估信号的各种不同因素。”

账号		自动登录	找回密码
密码			立即注册