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橋樑是否安全?類似於MRI的掃描可以防止災難

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Suyun Ham不能離開掃描儀。 “降低傳感器更多,”火腿敦促助手敦促。然後,數據庫氾濫,填充計算機屏幕以進行診斷。

但是火腿不是醫生。他的“病人”也不是活物。他在阿靈頓大學德克薩斯大學工程學教授,在檢查橋樑:磁成像掃描儀中採用了一種新方法。

HAM的移動掃描系統是使美國基礎設施更具彈藥彈性的努力之一。專家說,與可以迅速摧毀橋樑的洪水和龍捲風不同,極端的熱量是一個沉默的殺手,隨著時間的流逝而夜晚。

漢姆解釋說:“如果溫度遙不可及,橋樑可能會出乎意料地損壞。”漢姆解釋說,他住在達拉斯 – 沃思堡地區,夏季溫度可以超過100F(38c)。 “有了我們的“ MRI”,我們可以看到橋內迅速發生的東西。”

橋樑材料會因溫度波動而發展並收縮。科羅拉多大學博爾德大學土木工程名譽教授Paul Chinowsky解釋說,雖然大多數人都具有適應這一運動的特徵,但它們旨在承受歷史上新鮮的溫度。

他補充說,當溫度達到記錄時,橋樑可以以工程師不想要的方式行為。

熱量到 – 近距離的鋼接頭可以至少暫時暫時打開或關閉鞦韆橋的遷移率。混凝土也會在熱量中膨脹。一旦其擴展超出了橋樑的原始設計極限,混凝土可以破裂,即可以腐蝕內部金屬組件的水分指數。

這是世界上日益普遍的場景。在中國,由於2022年殘酷的高溫,一座混凝土橋的一半破裂。同年,倫敦將錘子橋包裹在巨型葉子中,以防止其過熱。當耀眼的太陽在2018年烹飪芝加哥刺眼的龐特時,它的鋼接頭就會發展起來並被卡住,直到消防員用冷水灑滿了橋。

“橋樑非常敏感,” Chinowsky說。 “與一般情況相關的意識越多,您的危險就越多。”

“很多頭痛”

較高的溫度使橋樑在健康狀況已經惡化的時候。根據2025年美國土木工程師學會的報告,該國擁有60萬座橋,其中幾乎一半超過了其設計的壽命為50年。據行業集團稱,通過適當的採訪,許多人可以持續更長的時間,可能會超過100年。但是,根據美國道路和運輸建築商協會今年發布的一項分析,大約三分之一的橋需要維修或更換。

范德比爾特大學(University of Vanderbilt)的教授侯賽姆·馬哈茂德(Hussam Mahmoud)評估了美國約90,000台鋼樑橋的結構完整性,他發現許多人過早地老化了,很大程度上是由於其擴張關節的熱量而在功能障礙中大為加速。

隨著熱浪的頻率和嚴重程度隨著氣候變化的增加,連接兩個橋樑故事的膨脹關節更加頻繁地發展。 Mahmoud說,這與關節隨時間累積的碎屑或污垢引起的張力有關,為結構增加壓力,增加了橋樑或捲髮的風險。 Mahmoud解釋說,儘管這些斷層並沒有立即造成崩潰的危險,但必須將它們固定以避免其他損害,這可能會“大量頭痛”。

Mahmoud說,每天有超過49億次對美國橋樑進行的旅行,橋樑的關閉可能會破壞貿易和經濟。更多損壞還意味著更高的維護成本。根據美國土木工程師協會的說法,在未來10年內,美國已經面臨3730億美元的資金差額,以適當修復橋樑。

在最必要的自由移動的時候,由熱量引起的損害也會引起橋樑功能障礙。 6月,由於溫度窒息,一座卡羅來納州南部的鞦韆橋被困了幾個小時,無法開放船隻通過,從而延遲了致命的導航事故的救援工作。

培訓檢查

對於火腿而言,對橋樑進行更好的監視至關重要。他說:“正如很難治愈現場四年癌症患者的患者一樣,在有很多缺點時修復橋樑也為時已晚。”

漢姆(Ham)花了很大一部分時間檢查橋樑,他學會了傳統的第一手方法的局限性。他曾用錘子鍵入橋的表面,並聽取可能表明問題的空心聲音。後來,這種錘子演變成更先進的設備,但是需要手動檢查時間的時間仍然沒有變化,被稱為火腿。

傳統方法還需要一座橋以關閉其某些車道進行檢查,這是對德克薩斯州等地點的巨大需求,德克薩斯州有超過56,000座橋樑。儘管聯邦授權通常要求每兩年檢查一次道路橋樑,但HAM和其他智能基礎設施的成員以及來自阿靈頓分校的智能基礎設施和測試實驗室希望通過引入新解決方案來幫助增加此頻率:汽車檢查。

火腿機 – 裝有數十個電子產品的拖車 – 由一輛麵包車運輸。一個下午在7月破壞了,而車輛在大學校園的河床上的混凝土橋上越過機器,這些工具會產生機械波,可以通過混凝土散佈。傳感器收集所得橋的振動信號,而GPS設備從每個信號來源的位置上升。同時,雷達穿透地面發射脈衝,以創建橋橋下結構的圖像,而Gopros隱藏了表面狀況。 HAM認為,最終目標是收集廣泛的數據,使工程師能夠識別裂紋,空隙和其他異常。

機器在幾秒鐘內掃描了5英尺長的整個橋樑。另一方面,檢查員將花費數小時使用常規方法來完成相同的工作。

漢姆說:“有很多表面損壞。”他指著許多明亮的橙色點和刮擦分散在現場掃描產生的計算機圖像的深藍色背景上。他還確定了一群小裂紋,並由紅色矩形突出顯示。

Ham和他的團隊隨後使用人工智能來完善分析和過濾“噪聲” – 在檢查期間通過汽車通過的汽車引起的不規則振動信號。工程師向橋樑主管報告其結果,以進行安全評估和未來的維修工作。

“這比時間和效率比時間和效率更可取,”德克薩斯州運輸部的橋樑檢查協調員馬克·伯威爾(Mark Burwell)解釋說,自2019年以來,他的機構已經部署了HAM技術來檢查數十座橋樑。檢查人員必須與橋上的交通一起工作,但自動檢查也使人們避免了危險。

目前,由德克薩斯州交通運輸部進行現場測試的HAM的“便攜式MRI”僅用於檢查孤星州的橋樑。 HAM旨在增加其部署。要到達那裡,工程師將首先必須完善創新。

漢姆回憶說,有很多學習的時刻。一次,一段艱難的旅程消除了傳感器,削減了短暫的檢查任務。 (該機器現在配備了降低的電梯,學生可以避免道路上的障礙。)在另一種情況下,該軟件從覆蓋有瀝青斑塊的混凝土橋樑上敲出了解碼信號的複雜性。

為了幫助AI更好地解釋信號,Ham和他的團隊將實驗室轉變為人工缺陷的製造中心。在那裡,工程師將金屬棒浸入鹽水中以模仿腐蝕。它們還在混凝土板上持續孔以模仿裂縫。通過應用傳感器和雷達檢查這些人造缺陷,工程師可以將不同的信號與不同類型的損壞相關聯。

漢姆說,即便如此,機器不太可能掌握熱量引起的所有問題。例如,燃燒溫度可以突出橋樑,但是只要發生物理損害,機器就無法檢測到它。

但是,從受損橋樑收集的數據可以打開未來保護的手段。確實,通過比較用不同方法和材料構建的橋樑中的裂縫數量,技術在幫助監管機構確定如何設計更適合溫暖世界的結構方面發揮了作用。

漢姆說:“我們就像醫生。” “我們可以幫助他們做出決定。”

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