在役橋梁評(píng)價(jià)方法-長(zhǎng)安大學(xué).ppt

在役橋梁檢測(cè)評(píng)價(jià),長(zhǎng)安大學(xué),國(guó)內(nèi)舊橋檢測(cè)與加固的專門(mén)機(jī)構(gòu),交通運(yùn)輸部： 舊橋檢測(cè)與加固技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（西安） 任務(wù)：檢測(cè)新技術(shù)、加固新技術(shù)、工程實(shí)踐、行業(yè)引領(lǐng),五類檢測(cè)需求 六類檢測(cè)方法 七類評(píng)價(jià)方法,在役橋梁結(jié)構(gòu)安全 五類檢測(cè)需求,1、正常管養(yǎng)需求,公路橋梁養(yǎng)護(hù)規(guī)范（JTG H112004）部分條款 1.0.4 預(yù)防為主，防治結(jié)合 3.1.1 經(jīng)常檢查、定期檢查、特殊檢查 3.2.1 經(jīng)常檢查一般每月不得少于一次 3.3.1 定期檢查周期最長(zhǎng)不得超過(guò)3年,2、耐久性評(píng)價(jià)需求,結(jié)構(gòu)只有具有足夠的耐久性能 使用壽命才有保證,使用年限,材料老化 銹蝕 開(kāi)裂 疲勞 結(jié)構(gòu)性能退化 ,3、耐荷能力（承載能力）評(píng)價(jià)需求,結(jié)構(gòu)只有具有承受各種荷載的能力 才能保證使用期內(nèi)的安全,4、抗沖刷（抗泥石流）能力評(píng)價(jià)需求,結(jié)構(gòu)只有具有足夠的抗沖刷能力 才能抵御強(qiáng)暴雨的襲擊,5、抗震能力評(píng)價(jià)需求,結(jié)構(gòu)只有具有足夠的抗震能力 才能保證小震不壞、中震可修、大震不倒,在役橋梁結(jié)構(gòu)安全對(duì)策 六類檢測(cè)方法,1、目測(cè)法,以目測(cè)為主，常用儀器配合 巡查、敲擊、尺量開(kāi)裂、剝落、老化、生銹、沖刷等，正常管養(yǎng)多以此法為主,2、測(cè)試法,以常規(guī)儀器檢測(cè)為主 裂縫、強(qiáng)度、碳化、銹蝕程度、保護(hù)層厚度、撓度、索力、均勻性、密實(shí)性等，耐久性檢測(cè)多以此法為主,強(qiáng)度回彈法、取芯法,現(xiàn)場(chǎng)回彈檢測(cè),試件回彈試驗(yàn),現(xiàn)場(chǎng)取芯,芯樣試件,試件抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),混凝土均勻性、密實(shí)性超聲波檢測(cè),超聲波檢測(cè),鋼筋保護(hù)層厚度 鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)儀,3、探測(cè)法,針對(duì)隱蔽部件所實(shí)施的檢測(cè)方法 抗泥石流檢測(cè)、動(dòng)力性能檢測(cè)等,動(dòng)應(yīng)變時(shí)程曲線,300 KN 車(chē)以10km/h通過(guò)： 1+=1.1811 300 KN +200 KN通過(guò)： 1+=1.1475 300 KN +200 KN通過(guò)：1+=1.285 300 KN +200 KN通過(guò)： 1+=1.1919,頻譜圖,4、專項(xiàng)檢測(cè)法,針對(duì)某一可能影響結(jié)構(gòu)安全事項(xiàng)的專門(mén)檢測(cè) 疲勞檢測(cè)、預(yù)應(yīng)力檢測(cè)等,有效應(yīng)力檢測(cè),5、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)法,橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè) 及時(shí)掌握、全面評(píng)估 特大橋、特別重要橋梁需求 -監(jiān)測(cè)、評(píng)估、評(píng)級(jí)、管理,6、荷載試驗(yàn)法 針對(duì)承載能力（橋梁或某一部件）的檢測(cè),測(cè)試：應(yīng)變、撓度、裂縫開(kāi)展、振型、沖擊系數(shù)、自振頻率.,靜力分析,動(dòng)力分析,加載位置 測(cè)試斷面,動(dòng)力性能,拱肋橫向 分布影響線,加載效率：=Sstat/(S) 1.050.8,工況1：縱橋向按橋面板跨中截面（）彎矩和撓度的最不利位置布載，橫橋向?yàn)橹休d 工況2：縱橋向按橋面板跨中截面（）彎矩和撓度的最不利位置布載，橫橋向?yàn)槠d 工況3：縱橋向按拱肋L/4截面（-）彎矩和撓度的最不利位置布載，橫橋向?yàn)橹休d ,測(cè)點(diǎn)布置,數(shù)據(jù)采集,檢測(cè)注意事項(xiàng) 1、一種病害的兩種有效方法檢測(cè)結(jié)果不能相互否定，結(jié)果不一致時(shí)，應(yīng)分析原因確定取舍 2、荷載試驗(yàn)時(shí)，加載效率盡量大一些，必須進(jìn)行預(yù)加載試驗(yàn)，必須量測(cè)結(jié)構(gòu)理論固定點(diǎn)的變位，如支點(diǎn)的變位、墩臺(tái)壓縮量等 3、選擇適宜的檢測(cè)條件 4、專業(yè)機(jī)構(gòu),在役橋梁結(jié)構(gòu)安全對(duì)策 七種評(píng)價(jià)方法,1、打分排序法,方 法：技術(shù)人員檢查-定性或定量評(píng)分 分類-計(jì)算評(píng)分排序分級(jí) 使用國(guó)家：中國(guó)、英國(guó)、美國(guó)、奧地利、丹 麥、挪威等 優(yōu) 點(diǎn)：易掌握 缺 點(diǎn)：主觀性強(qiáng),中國(guó)（打分法）-養(yǎng)護(hù)規(guī)范,全橋技術(shù)狀況評(píng)分（0100），高分表示橋梁好,對(duì)各部件評(píng)定標(biāo)度（05）對(duì)于標(biāo)度的定量描述,各部件權(quán)重,88分及以上：一類橋梁好 60分-88分：二類橋梁較好 40分-60分：三類橋梁差 40分以下：四類橋梁危險(xiǎn),中國(guó)（打分法）-養(yǎng)護(hù)規(guī)范的擴(kuò)展,橋梁使用功能評(píng)定值（0-100）,橋梁所在道路行政等級(jí)、交通量、繞行距離影響系數(shù),層次結(jié)構(gòu)中結(jié)構(gòu)缺損狀況下最低層元素的評(píng)定值,荷載標(biāo)準(zhǔn)足夠性評(píng)定值,橋面收縮狀況足夠性評(píng)定值,新的養(yǎng)護(hù)規(guī)范法,橋梁養(yǎng)護(hù)管理綜合系統(tǒng),中國(guó)（打分法）-上海市政橋梁系統(tǒng),橋梁總體缺損狀況,結(jié)構(gòu)的BCI定義,橋梁構(gòu)件缺損等級(jí)扣分值,多個(gè)構(gòu)件出現(xiàn)缺損現(xiàn)象時(shí)的修正權(quán)系數(shù),得分高者優(yōu)先祥細(xì)檢測(cè),英國(guó)-排序法,橋齡評(píng)價(jià)等級(jí)（15）,橋型評(píng)價(jià)等級(jí)（15）,薄弱部位評(píng)價(jià)等級(jí)（15）,年均日交通量（AADT）評(píng)價(jià)等級(jí)（15）,地形交通量評(píng)價(jià)等級(jí)（15）,路線重要性評(píng)價(jià)等級(jí)（05）,美國(guó)-分級(jí)法,美國(guó)聯(lián)邦公路局（FHWA）于1988年2月在的FHWA-ED-89-044中將橋梁部件分為10級(jí)（09），具體為： 9優(yōu)越狀態(tài)較目前所希望的數(shù)據(jù)優(yōu)越 8甚好狀態(tài)未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題 7良好狀態(tài)一些小問(wèn)題 6滿意狀態(tài)與目前的最低檢測(cè)相同 5尚好狀態(tài)比保持現(xiàn)狀的最低容忍忽限度的狀態(tài)略好 4不良狀態(tài)與保持現(xiàn)狀的最低容忍限度相符 3嚴(yán)重狀態(tài)基本上不能容忍，要求優(yōu)先采取糾正措施 2臨界狀態(tài)基本上不能容忍，要求優(yōu)先更換 1急迫的破壞狀態(tài)定格規(guī)則中，不用本值 0破壞狀態(tài)不能使用、無(wú)法修復(fù)、橋梁關(guān)閉 以Sufficiency 評(píng)價(jià)橋梁可供使用的程度。100%滿足要求，0%完全不能滿足要求,奧地利分級(jí)法,橋梁結(jié)構(gòu)狀況等級(jí),病害類型 32種病害 值域?yàn)?到5,病害范圍 值域?yàn)?0到10,病害嚴(yán)重程度 值域?yàn)?到10,構(gòu)件重要性 值域?yàn)?到10,丹麥分級(jí)法,橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件狀況等級(jí)劃分,狀況等級(jí)等于3或大于3時(shí)，采取維修措施,挪威-分級(jí)法,病害等級(jí),病害損害代碼,以等級(jí)代碼和損傷代碼組合表示病害的嚴(yán)重程度，如3B指嚴(yán)重的病害，1-3年內(nèi)不采取措施會(huì)縮減橋梁的承載力,耐震能力評(píng)價(jià)打分法 分為穩(wěn)定破壞、落橋破壞、強(qiáng)度及韌性破壞分別打分，綜合獲得整體分?jǐn)?shù)，判定橋梁耐震能力是否足夠,公路橋梁安全初步評(píng)價(jià)表（耐震能力）穩(wěn)定性評(píng)價(jià),耐洪、泥石流能力評(píng)價(jià)打分法,2、分析檢算法,方 法：以折減承載力進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算或 以評(píng)估系數(shù)判定 使用國(guó)家：中國(guó)、美國(guó)、英國(guó)、加拿大 優(yōu) 點(diǎn)：簡(jiǎn)單 缺 點(diǎn)：折減系數(shù)較難把握,中國(guó)-檢算法,舊橋檢算（折算）系數(shù),經(jīng)過(guò)荷載試驗(yàn)的舊橋檢算系數(shù)與校驗(yàn)系數(shù)的關(guān)系,90鑒定方法：,11方法,承載力評(píng)定方法與體系,磚石及RC橋,RC及PC橋,活荷載加成系數(shù)依交通量 1.3-1.8,美國(guó)評(píng)估系數(shù)法 AASHTO1989頒布的橋梁耐和評(píng)估準(zhǔn)則,評(píng)估系數(shù),強(qiáng)度折減系數(shù)0.55-0.95,靜荷載加成系數(shù)1.2,沖擊系數(shù),RF1 能承受所評(píng)估的活荷載,或,英國(guó)折減法,承載能力評(píng)定值,缺陷估計(jì) 狀態(tài)系數(shù),實(shí)測(cè)材料強(qiáng)度 和截面特性計(jì) 算承載能力,要求,作用,加拿大 折減法,惡化系數(shù) 承載能力折減系數(shù) 結(jié)構(gòu)承載能力 永久荷載 永久荷載變異系數(shù) 沖擊系數(shù) 表示橋上同時(shí)存在一輛以上車(chē)輛的可能性指數(shù) 最大容許活載 活載變異系數(shù) 要求左端至少有1.25的總安全度,靜力有限元分析評(píng)價(jià) 完好橋梁在外荷載作用下平衡方程 橋梁損傷以后結(jié)構(gòu)剛度矩陣發(fā)生變化，成為 式中： 結(jié)構(gòu)損傷后的剛度矩陣 結(jié)構(gòu)剛度的損傷矩陣 記 為與損傷后結(jié)構(gòu)相應(yīng)的位移列陣，當(dāng)前結(jié)構(gòu)的平衡方程為 可得到 荷載 作用下的位移 可以實(shí)測(cè)，由上式可解出 增量矩陣 ，可判斷結(jié)構(gòu)的損傷,動(dòng)力有限元分析評(píng)價(jià) 橋梁在外荷載作用下動(dòng)力平衡方程 、 、 結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、阻尼、剛度矩陣 、 、 加速度、速度、動(dòng)位移矩陣 為簡(jiǎn)化，令 ，得到特征值問(wèn)題 其中： 得到 若 已知，有 同樣可以測(cè)量，可解出 。可判斷結(jié)構(gòu)的損傷,3、荷載試驗(yàn)法 方法：加載-測(cè)試（檢測(cè)）；數(shù)據(jù)分析-評(píng)價(jià) 使用：世界各國(guó)；優(yōu)點(diǎn)：直接；缺點(diǎn)：成本高，風(fēng)險(xiǎn)大,四階振型（2.5Hz）,應(yīng)變計(jì)算值和實(shí)測(cè)值對(duì)比,撓度相對(duì)殘余變形值,撓度校驗(yàn)系數(shù),常見(jiàn)橋梁校驗(yàn)系數(shù),1、校驗(yàn)系數(shù)計(jì)算應(yīng)使用測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)值與對(duì)應(yīng)的理論值，不應(yīng)外推或內(nèi)插 2、理論計(jì)算應(yīng)按規(guī)范原理進(jìn)行，非線性分析或仿真分析可作為對(duì)結(jié)構(gòu)承載力的進(jìn)一步判斷使用 3、數(shù)據(jù)整理時(shí)，應(yīng)按數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法剔除異常數(shù)據(jù),強(qiáng) 度應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)、結(jié)構(gòu)承載能力、安全儲(chǔ)備 剛 度-撓度校驗(yàn)系數(shù)、位移、結(jié)構(gòu)整體工作性能 動(dòng)力性能抗沖擊性能、基頻、動(dòng)剛度、結(jié)構(gòu)整體性 抗 裂 性-裂縫,4、專家系統(tǒng)法,方法：以專家意見(jiàn)調(diào)查權(quán)重（特爾斐法）及其關(guān)系-用計(jì)算機(jī)模擬專家的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)水平和決策機(jī)理，對(duì)損傷橋梁進(jìn)行綜合評(píng)價(jià) 應(yīng)用：研究階段，僅為模糊評(píng)價(jià)法提供依據(jù) 優(yōu)點(diǎn)：快捷 缺點(diǎn)：人為因素大，系統(tǒng)建立難度高,系統(tǒng)結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)流圖,功能模塊,專家系統(tǒng)法,專家判定值與專家人頻關(guān)系,5、可靠度法,方法：考慮材料退化，計(jì)算結(jié)構(gòu)可靠度指標(biāo)， 與最低指標(biāo)對(duì)比評(píng)定 應(yīng)用：工民建成熟，橋梁初步應(yīng)用 優(yōu)點(diǎn)：可信度高 缺點(diǎn)：復(fù)雜結(jié)構(gòu)難度大，最低可靠度指標(biāo)難 確定,可靠度法,功能函數(shù),橋梁構(gòu)件抗力概率模型,混凝土碳化模型,混凝土強(qiáng)度平均值的經(jīng)時(shí)模型,評(píng) 估 流 程,可靠度評(píng)估,壽命預(yù)測(cè),可靠度法,實(shí)例,抗彎可靠度,6、模糊評(píng)價(jià)法,方法：考慮各因素內(nèi)部關(guān)系的錯(cuò)綜復(fù)雜性、模 糊性及層次關(guān)系，建立模糊綜合評(píng)判的 數(shù)學(xué)模型，以不同的算法給出所需的目 標(biāo)評(píng)判結(jié)果 適用：原則上可用于任何結(jié)構(gòu) 優(yōu)點(diǎn)：手段科學(xué)，方法先進(jìn) 缺點(diǎn)：一般技術(shù)人員較難掌握 層次分析法（AHP） 模糊綜合法 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法 灰色理論法,層次分析法（AHP）,按結(jié)構(gòu)組成的支配關(guān)系將復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)表示為有序的遞階層次結(jié)構(gòu)，通過(guò)兩兩比較確定層次中因素的相對(duì)重要性，綜合人的判斷以決定因素相對(duì)重要性順序，統(tǒng)一處理決策中的定性與定量因素進(jìn)行評(píng)價(jià)，分為常權(quán)和變權(quán)模式,橋梁評(píng)價(jià)用常權(quán)模式,層次分析法（AHP）,梁橋評(píng)價(jià)模型,中承式鋼管拱橋評(píng)價(jià)模型及權(quán)重,層次,層次,模糊綜合法,將安全與不安全 、穩(wěn)定與不穩(wěn)定、健康與不健康等不確定性現(xiàn)象及結(jié)構(gòu)量變到質(zhì)變連續(xù)過(guò)程用模糊數(shù)學(xué)來(lái)定量表示，讓每個(gè)因素(指標(biāo))都對(duì)評(píng)價(jià)都有所貢獻(xiàn) ，因素依照權(quán)重進(jìn)行分配 ，因素間的關(guān)聯(lián)程度以隸屬度表示，分析其綜合結(jié)果 權(quán) 重：專家調(diào)查法、九度法 、不確定層次 法 、特征根法 隸屬度：專家確定法、多相模糊專家統(tǒng)計(jì)法 評(píng) 價(jià)：隸屬度歸一化法、非對(duì)稱貼近度法,評(píng)價(jià)模型,模糊綜合法,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法,將許多簡(jiǎn)單的、高度互連的因素(人工神經(jīng)元)構(gòu)成運(yùn)算處理系統(tǒng)，將外部輸入作出動(dòng)態(tài)響應(yīng)的形式處理信息。使大量神經(jīng)元相互連接在一起，形成高度非線性的大規(guī)模連續(xù)時(shí)間動(dòng)力系統(tǒng)，采用類似于“黑箱”的方法，通過(guò)學(xué)習(xí)和記憶找出輸入、輸出變量之間的非線性關(guān)系，依據(jù)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)進(jìn)行推理，得到合理結(jié)果 方法：BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Back propagation)、 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換函數(shù) 采用S型邏輯 非線性函數(shù),，,，,評(píng)價(jià)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),評(píng)價(jià)指標(biāo)值實(shí)橋檢測(cè)隨機(jī)樣本,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法,灰色理論法,對(duì)于橋梁評(píng)價(jià)中的多種因素共同作用，運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析的量化模型，通過(guò)參考序列與比較序列各點(diǎn)之間的距離分析來(lái)確定確定其關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度，找出各因子之間的影響關(guān)系及影響主要因子，兩者相對(duì)變化基本一致，認(rèn)為關(guān)聯(lián)度大，反之關(guān)聯(lián)度小，確定評(píng)價(jià)結(jié)果 方法：灰色關(guān)聯(lián)分析法、灰色變權(quán)聚類分析法,檢測(cè)數(shù)據(jù)序列,關(guān)聯(lián)系數(shù)計(jì)算式,灰色理論法,斜拉橋評(píng)價(jià)模型,7、動(dòng)力評(píng)價(jià)法,方法：任何結(jié)構(gòu)都是由剛度、質(zhì)量、阻尼構(gòu)成 力學(xué)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)一旦出現(xiàn)破損，結(jié)構(gòu)參 數(shù)也隨之變化，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的頻響函 數(shù)和模態(tài)參數(shù)的改變。將動(dòng)力試驗(yàn)與有 限元分析建模結(jié)合起來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià) 應(yīng)用：任何結(jié)構(gòu) 優(yōu)點(diǎn)：可確定損傷位置 缺點(diǎn)：評(píng)估困難較大,預(yù)設(shè)結(jié)構(gòu)破損方案診斷法,發(fā)生破損后的任意兩階頻率改變量之比僅是破損位置的函數(shù)，而與破損大小無(wú)關(guān)： 假設(shè)一組可能的結(jié)構(gòu)破損方案 計(jì)算每個(gè)假設(shè)方案所對(duì)應(yīng)的 值 計(jì)算試驗(yàn)測(cè)量的 值 將 與 進(jìn)行比較，則,所對(duì)應(yīng)的破損方案即為結(jié)構(gòu)的實(shí)際破損狀態(tài),模態(tài)置信度判據(jù)法（MAC）,未發(fā)生破損,發(fā)生破損,未破損結(jié)構(gòu)測(cè)量模態(tài),破損結(jié)構(gòu)后 測(cè)量模態(tài),模態(tài)個(gè)數(shù),振型曲率法,CMS顯著大者則損傷,振型變化量法,RD較大者發(fā)生損傷,動(dòng)力分解法,依據(jù)：混凝土結(jié)構(gòu)的基頻與外荷載的關(guān)系 適用：RC簡(jiǎn)支梁 參數(shù)：裂縫和結(jié)構(gòu)基頻,ACI規(guī)范 ，AASHTO規(guī)范、04橋規(guī)、加拿大建筑規(guī)范采用,基頻與荷載,裂 縫 參 數(shù),動(dòng)力分解法,裂縫特征參數(shù)與截面特征參數(shù)的關(guān)系,抗壓區(qū)高度,截面轉(zhuǎn)角,回歸系數(shù),x的計(jì)算值與預(yù)測(cè)值,動(dòng)力分解法 靜剛度的初步預(yù)測(cè),平均剛度,單梁剛度變化比較,模型橋各梁的剛度變化,動(dòng)力分解法 多梁式橋動(dòng)力分解法,實(shí)橋基頻,動(dòng)力分解法 試驗(yàn)橋剛度預(yù)測(cè)圖,動(dòng)力分解法 實(shí)橋評(píng)估系統(tǒng),動(dòng)力分解法 部分實(shí)橋評(píng)估,評(píng)價(jià)實(shí)例- 五跨16m砼空心板橋 1、打分排序法評(píng)價(jià),2、試驗(yàn)荷載法評(píng)價(jià) 中載、偏載兩種方式加載，五個(gè)靜載工況、三個(gè)動(dòng)載工況 跨中截面撓度及應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)個(gè)別測(cè)點(diǎn)在校驗(yàn)系數(shù)常值范圍內(nèi)，其余均超出 結(jié)構(gòu)前四階自振頻率實(shí)測(cè)值均小于計(jì)算值 實(shí)測(cè)沖擊系數(shù)1+=1.2273大于計(jì)算值1.1491 整體工作性能較差，安全性不足,3、分析檢算法承載力檢算評(píng)價(jià),承載能力檢算系數(shù) 0.93 承載能