橋梁結(jié)構(gòu)檢測及其承載力評定分析

1、橋梁結(jié)構(gòu)檢測及其承載力評定分析 橋梁結(jié)構(gòu)檢測及其承載力評定分析 【摘 要】隨著我國城市建設(shè)速度的加快，國家對于交通行業(yè)投入日益增多，大量公路橋梁先后興建，通過對橋梁結(jié)構(gòu)的檢測，對橋梁的損傷情況和程度進行診斷，對橋梁的可靠性、耐久性和承載能力進行評估，為橋梁的維修、養(yǎng)護與管理決策提供依據(jù) 。本文主要介紹了橋梁結(jié)構(gòu)檢測的方法及承載力的評定方法，針對我國橋梁檢測開展的現(xiàn)狀來對技術(shù)作出綜合的評價。 【關(guān)鍵詞】橋梁結(jié)構(gòu)；檢測；承載力；評定 隨著我國城市建設(shè)的開展速度越來越快，對于城市交通的建設(shè)也越來越多，尤其是橋梁建設(shè)方面，大型、特大型橋梁如雨后春筍，出現(xiàn)在祖國大江南北。橋梁結(jié)構(gòu)檢測是保證橋梁正常使用、

2、進行維修加固的重要依據(jù)。通過橋梁結(jié)構(gòu)檢測，評價橋梁技術(shù)狀況，記錄橋梁根本特征，為橋梁承載能力評定和日后養(yǎng)護、維修和加固的決策提供科學(xué)依據(jù)和支持，確保橋梁長期處于良好的工作狀態(tài)，最終表達于對營運的橋梁進行有效管理和狀況監(jiān)控，從而保證公路橋梁工程質(zhì)量及人民生命和財產(chǎn)平安。本文介紹了橋梁結(jié)構(gòu)檢測的方法及承載力的評定方法，針對我國橋梁檢測開展的現(xiàn)狀來對技術(shù)作出綜合的評價。 1 我國對現(xiàn)行的橋梁承載力的評定方法 1.1病害調(diào)查經(jīng)驗評定法 這種方法對于具有很強的專業(yè)性，除了要求專業(yè)的標準依據(jù)以外，還要求負責(zé)檢查的工作人員擁有豐富的現(xiàn)場經(jīng)驗和專業(yè)的理論知識。當工作人員對損壞的橋梁進行檢查時，除了進行的一些根

3、本檢查以外，還要對出現(xiàn)損傷的部位進行嚴密的檢測，包括受損的性質(zhì)，嚴重的程度以及后果影響等等，首先要調(diào)查清楚為什么會造成這種損傷，這種損傷會對橋梁產(chǎn)生什么樣的影響，并針對其產(chǎn)生原因采取合理的維修技術(shù)和保護方案進行修護，保證橋梁的質(zhì)量和其承載力不受影響。 1.2綜合分析法 此種方法除了檢查橋梁的根本情況之外還要對折減后的橋梁承載力進行驗算，主要目的是通過對驗算的結(jié)果和橋梁結(jié)構(gòu)間的裂縫進行分析，來評估橋梁建設(shè)的材料的受損情況。那么怎樣對承載力進行驗算呢？主要的依據(jù)方法是采用無破損的方式對建設(shè)橋梁的一些材料進行檢測，例如混凝土的強度、碳化的深度、電阻率和氯離子的數(shù)量、以及混凝土的厚度和鋼筋的腐蝕情況等

4、等。 1.3分析計算法 測試人員先對橋梁進行根本的檢查，將得到的數(shù)據(jù)資料通過一種固定的計算方法來進行分析計算，這種方法涉及到了橋梁結(jié)構(gòu)方面的計算理論和相關(guān)的經(jīng)驗系數(shù)，通過綜合分析計算測出橋梁的平安承受力。有關(guān)專家一般把分析計算法分為兩種：經(jīng)驗系數(shù)折算及理論計算。由于條件因素不同，采用的計算方法也不一樣，區(qū)分這兩種算法的依據(jù)就是是否知道所檢測的橋梁的荷載等級系數(shù)。值得注意的是，測試人員進行檢測計算的過程中，所測的荷載和材料的強度都應(yīng)該以實際為準。 1.4荷載實驗法 通常直接檢測橋梁的運營狀態(tài)的檢測測試稱為橋梁結(jié)構(gòu)荷載實驗法。它是一種直接有效的檢測手段，能夠直觀可靠的檢測出橋梁的承載力，并且根據(jù)加

5、在橋梁上的荷載類型把檢測方法分為靜力荷載試驗及動載試驗。國家相關(guān)部門針對這種方法還專門制定了一些標準和標準。靜力荷載試驗是指通過在橋梁結(jié)構(gòu)上施加與設(shè)計荷載或使用荷載根本相當?shù)撵o態(tài)外加荷載，利用檢測儀器測試橋梁結(jié)構(gòu)控制部位與控制截面的力學(xué)效應(yīng)，從而評定橋梁承載能。我國規(guī)定的靜載加載量應(yīng)為荷載的0.81.0倍之間，而且在進行試驗之前應(yīng)該先進行估算比擬合理。動力荷載試驗是通過測試結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在動荷載激振和脈動荷載作用下的受迫振動特性和自振特性，以分析判斷結(jié)構(gòu)的動力特性，即有關(guān)橋梁的沖擊系數(shù)、結(jié)構(gòu)頻率、模態(tài)特征等，從而測出了橋梁的結(jié)構(gòu)特征。不管對橋梁結(jié)構(gòu)施加的是動載還是靜載的荷載，收集來的響應(yīng)信號分析后

6、可以全面得到橋梁結(jié)構(gòu)的特性參數(shù)，橋梁測試分析人員根據(jù)這些參數(shù)來評價橋梁的性能和識別結(jié)構(gòu)的損傷。 2 關(guān)于橋梁結(jié)構(gòu)的檢測方法 2.1靜態(tài)檢測方法 為了能夠檢測出在正常情況下一座橋梁的結(jié)構(gòu)是否處在科學(xué)合理的工作狀態(tài)或者它的使用情況是否正常，靜力加載試驗是橋梁測試準備時間最長也是最為重要的測試試驗。靜力加載試驗時，載重貨車將模擬多種工況下對橋梁結(jié)構(gòu)的加載，利用多種檢測儀器，對測試橋梁結(jié)構(gòu)控制部位與控制截面在各級試驗荷載作用下的撓度、變形、應(yīng)力、混凝土橋可能出現(xiàn)的裂縫、荷載橫向分布規(guī)律等力學(xué)效應(yīng)，測試人員以根據(jù)數(shù)據(jù)得出有關(guān)橋梁的特性參并與橋梁結(jié)構(gòu)按相應(yīng)荷載作用下的計算值及有關(guān)標準規(guī)定值作比擬，從而計算

7、出橋梁的結(jié)構(gòu)強度、韌性和抵抗裂縫的能力，也就判斷出所測的橋梁的承載力。 2.2動態(tài)檢測方法 動態(tài)檢測包括橋梁自振特性參數(shù)測試、橋梁動力響應(yīng)測試和索力測試。 測定橋梁自振特性的激振方法通常采用隨機環(huán)境激振方法和強迫振動法。隨機環(huán)境激振法是指在橋面無任何交通荷載以及橋址附近無規(guī)那么振源的情況下，測定橋跨結(jié)構(gòu)由于橋址處風(fēng)荷載、地脈動、水流等隨機荷載激振而引起的橋跨結(jié)構(gòu)微小振動響應(yīng)；強迫振動法通常是利用激振機械對結(jié)構(gòu)激振，根據(jù)共振效應(yīng)，得到結(jié)構(gòu)的自振特性參數(shù)。其缺點是需要較為龐大的起振機設(shè)備，運輸和安裝不方便，同時安裝起振機對橋面將產(chǎn)生一定的損傷。目前大型橋梁如泰州長江大橋、嘉紹大橋、馬鞍山長江大橋不

8、斷建成，隨機環(huán)境激振方法和無線信號采集儀由操作方便、效率高于成為此類橋梁測試的主流方向。 橋梁動力響應(yīng)測試可采用行車試驗激振，即通過加載車在多種工況下行駛產(chǎn)生激振，測試人員可以根據(jù)行車對橋梁的作用推算出橋梁結(jié)構(gòu)的動力特性，主要包括橋梁結(jié)構(gòu)動位移、動應(yīng)變、動力放大系數(shù)和沖擊系數(shù)。動變形采用位移傳感器或光電變形測量裝置，動應(yīng)變可采用動態(tài)應(yīng)變儀，為確保信號不失真，設(shè)備的采集頻一般應(yīng)大于所關(guān)心的橋梁結(jié)構(gòu)自振頻率的10倍以上。 對于具有索結(jié)構(gòu)的橋梁如懸索橋、斜拉橋那么需要進行索力測量。索力測試采用基頻測試法，即測出拉索的橫向振動頻率，再計算出索力。其特點為快速、方便、經(jīng)濟，適合進行現(xiàn)場測試。拉索頻率測試

9、時可采用環(huán)境隨機振動法或人工激振，計算時需要根據(jù)橋的類型和索的特點進行修正。 3 有關(guān)橋梁結(jié)構(gòu)的性能指標檢測 3.1在動載試驗下的結(jié)構(gòu)性能檢測 橋梁結(jié)構(gòu)的組成方式、重量的分布、材料的質(zhì)地以及剛度都可以對結(jié)構(gòu)的動力特性產(chǎn)生影響，對固有頻率進行測定時要根據(jù)被測橋梁結(jié)構(gòu)的難易程度考慮固有頻率，在實際的測量中通過橋梁的振動信號，測試人員可借助FFT快速得到橋梁的一階固有頻率。對于二、三乃至更高階的頻率需要通過一定的系統(tǒng)建模和曲線擬合的方法進行識別。為保證測試過程的高效、有序、完整，測試人員需要實際測試情況需要事先布置好周密的測試方案， 如仿真計算數(shù)據(jù)、測點、測試距離等。 對于阻尼的檢測一般通過信號的衰

10、減曲線對數(shù)衰減率或者頻譜半功率帶寬法來計算來判斷。 沖擊系數(shù)的檢測，也就是行車在橋梁上行駛時對橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的沖擊力與汽車本身荷載的比值，一般采用的方法是通過測量橋梁結(jié)構(gòu)的動應(yīng)變或者是動撓度進行計算。在試驗時加速度、速度、變形測試，最好直接測試所需的物理量，不宜測試間接物理量再通過數(shù)學(xué)運算得到所需的物理量。 3.2 在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)下結(jié)構(gòu)性能檢測 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是以動物的神經(jīng)網(wǎng)為模型，通過信息的分析和計算而研發(fā)出來的一種數(shù)學(xué)模型。由于它具有很好的優(yōu)勢，即能夠?qū)斎氲膮?shù)實現(xiàn)非線性映射得出輸出參數(shù)，因此對于非線性的混凝土橋梁來說，它非常適用。在判斷橋梁結(jié)構(gòu)的損傷時，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)把結(jié)構(gòu)中的一些頻率或振型經(jīng)過數(shù)值求解后當作輸入?yún)?shù)，把損傷橋梁處的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括剛度、阻尼特性和荷載量等當作輸出參數(shù)，經(jīng)過自身的組織學(xué)習(xí)實現(xiàn)非線性映射，進一步反向求出問題的解，從而得到橋梁被損壞的情況。在實際中用到的網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)模型不止一種，常見的有包括BP網(wǎng)絡(luò)模型在內(nèi)的四種模型。 4結(jié)束語 橋梁的結(jié)構(gòu)檢測和承載力的評定對于我國的城市建設(shè)來說是一項重要且細致的工作，它不但要求扎實的技術(shù)理論、有專業(yè)的技術(shù)人員，實際測試情況還需要根據(jù)結(jié)構(gòu)、環(huán)境及人員情況，在儀器原理、系統(tǒng)性等方面盡量考慮減少種類，以減少測試系統(tǒng)的環(huán)節(jié)、提高測試工作的可靠性和可操作性。隨著科技的不斷創(chuàng)新，對于新材料新技術(shù)的使用也