大跨橋梁結(jié)構(gòu)損傷檢測的研究進展

李 鵬

(太原市市政公用工程質(zhì)量監(jiān)督站，山西 太原 030006)

大跨橋梁結(jié)構(gòu)損傷檢測的研究進展

李 鵬

(太原市市政公用工程質(zhì)量監(jiān)督站，山西 太原 030006)

通過介紹國內(nèi)外大跨橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別方法的研究進展，對人工檢測、振動模態(tài)檢測、無損檢測、概率統(tǒng)計方法檢測四種大跨橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別方法進行了分析和總結(jié)，為我國大跨橋梁結(jié)構(gòu)施工企業(yè)在大跨橋梁結(jié)構(gòu)施工方面的進一步發(fā)展提供借鑒和參考。

大跨橋梁，信號分析，振動模態(tài)，損傷檢測

1 概述

隨著我國現(xiàn)代化基礎(chǔ)設(shè)施的不斷發(fā)展，我國大跨橋梁結(jié)構(gòu)建設(shè)工程也在不斷的發(fā)展和完善。并且隨著我國大跨橋梁結(jié)構(gòu)建設(shè)工程項目的不斷增多，各種大跨橋梁結(jié)構(gòu)施工企業(yè)也在不斷增加，從而導(dǎo)致這些企業(yè)之間的項目競爭越來越激烈。同樣的大跨橋梁結(jié)構(gòu)建設(shè)施工項目對于不同的企業(yè)來說，對應(yīng)的質(zhì)量參差不齊。目前我國大跨橋梁結(jié)構(gòu)施工的市場已經(jīng)處于一種供過于求的情況，市場的需求量過度飽和，因此這種情況對不同的大跨橋梁結(jié)構(gòu)建設(shè)企業(yè)來說既是機遇也是挑戰(zhàn)，大跨橋梁結(jié)構(gòu)企業(yè)要想在眾多的企業(yè)中脫穎而出，立于不敗之地，大跨橋梁結(jié)構(gòu)施工企業(yè)不僅需要先進的工程機械和雄厚的人才實力，而且還需要依靠科學(xué)的管理手段和方法。

大跨橋梁結(jié)構(gòu)在使用過程中(正式建成通車后)，由于大跨橋梁受到車載、風(fēng)載等不同的載荷作用，在這些作用下產(chǎn)生很多不同程度的裂紋和損傷，而這些裂紋和損傷對于大跨橋梁結(jié)構(gòu)的安全性會產(chǎn)生很大的影響。尋找一種方法來隨時檢測大跨橋梁結(jié)構(gòu)的裂紋和損傷就顯得尤為重要。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，為確保大跨橋梁結(jié)構(gòu)能夠安全的服役，對于大跨橋梁結(jié)構(gòu)，有必要尋求一種非常準(zhǔn)確的損傷檢測方法。這項研究為我國大跨橋梁結(jié)構(gòu)施工企業(yè)在大跨橋梁結(jié)構(gòu)施工方面的進一步發(fā)展提供借鑒和參考[2]。

現(xiàn)代工程技術(shù)對損傷檢測的評估有很多種方法，主要為以下幾種：1)通過直觀判斷損傷是否發(fā)生；2)根據(jù)損傷的發(fā)生情況，判斷損傷產(chǎn)生的位置；3)通過損傷的發(fā)生情況，判斷損傷產(chǎn)生的位置，同時還可以通過一定的概率統(tǒng)計估測損傷的嚴(yán)重程度；4)通過損傷的發(fā)生情況，判斷損傷產(chǎn)生的位置，同時還可以通過一定的概率統(tǒng)計估測損傷的嚴(yán)重程度，并且能夠得到這種損傷對整個結(jié)構(gòu)造成的危害。

2 大跨橋梁結(jié)構(gòu)損傷檢測的方法

2.1 人工檢測

對于大跨橋梁結(jié)構(gòu)的損傷識別，在21世紀(jì)之前，在國內(nèi)外的土木界，通過研究發(fā)現(xiàn)損傷識別主要還是靠人工。人工損傷檢測，顧名思義，主要是靠人的肉眼、有限的工具和人工經(jīng)驗來檢測橋梁損傷的發(fā)生。但是人工檢測大跨橋梁有很多局限性，在長時間的實際操作過程中，工人只有在預(yù)先知道裂紋發(fā)生的大概位置，通過這些位置的定位，然后通過肉眼才能對大跨橋梁結(jié)構(gòu)進行損傷識別。人工檢測只能針對橋梁局部損傷的檢測，難以實現(xiàn)實時的健康監(jiān)測和損傷識別，人工檢測存在檢測不全面，產(chǎn)生漏查，查不到等問題。人工檢測要花費大量的時間、人力、物力、財力[1]。近年來，隨著橋梁向大型化趨勢發(fā)展，導(dǎo)致很多地方通過人工去檢測是很難辦到的，需要對檢測方法進行改進。

2.2 振動模態(tài)檢測

隨著大跨橋梁結(jié)構(gòu)和理論分析的快速發(fā)展，一些學(xué)者在人體診斷和治療的過程中得到啟發(fā)，革命性的提出了橋梁診斷監(jiān)測的概念，并在進入二十世紀(jì)六七十年代提出了基于振動力學(xué)的損傷識別方法，這種診斷方法成為大跨橋梁結(jié)構(gòu)的整體損傷檢測方法。由于大跨橋梁結(jié)構(gòu)在局部產(chǎn)生損傷和裂紋的時候，整個大跨橋梁結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性會發(fā)生很大的變化，如質(zhì)量減小、剛度下降、強度降低以及穩(wěn)定性很弱。而橋梁結(jié)構(gòu)的模態(tài)跟結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和彈性模量有很大的關(guān)系，因此監(jiān)測結(jié)構(gòu)的振動模態(tài)就可以監(jiān)測出橋梁結(jié)構(gòu)的損傷情況。在具體的振動模態(tài)監(jiān)測中，根據(jù)大跨橋梁結(jié)構(gòu)損傷前后的變化，一般是通過選取特定的動力學(xué)指標(biāo)來進行損傷的識別和分析[3-6]。

通過國內(nèi)外學(xué)者的大量研究表明：由于高階振型比低階振型的測量更難獲得，所以對于高階振型的大跨橋梁結(jié)構(gòu)，模態(tài)振型對局部損傷發(fā)生的敏感性比固有頻率更加優(yōu)越。大跨橋梁結(jié)構(gòu)的固有頻率是監(jiān)測的重要參數(shù)，但是固有頻率的測量也有其局限性。當(dāng)大跨橋梁結(jié)構(gòu)只有一處損傷時，監(jiān)測固有頻率是非常有效的方法。但是當(dāng)大跨橋梁結(jié)構(gòu)有多處損傷時，固有頻率的監(jiān)測的準(zhǔn)確性就顯得很不精確，甚至完全測不出來。

2.3 概率統(tǒng)計方法檢測

概率統(tǒng)計方法是由于隨機現(xiàn)象的統(tǒng)計規(guī)律的一種集體規(guī)律，必須在大量同類隨機現(xiàn)象中才能呈現(xiàn)出來。概率是隨機事件發(fā)生的可能性的數(shù)量指標(biāo)。在獨立隨機事件中，考慮特征參數(shù)的不確定性及其統(tǒng)計分布特征，同時通過建立相關(guān)的隨機有限元模型來分析結(jié)構(gòu)損傷的特征值，從而得到結(jié)構(gòu)的損傷評估[7]。在大跨橋梁結(jié)構(gòu)的損傷檢測中，由于偶然誤差和系統(tǒng)誤差的影響，都會給結(jié)果帶來不同的誤差，在損傷檢測的過程中應(yīng)用數(shù)學(xué)統(tǒng)計方法可以有效的降低檢測結(jié)果的誤差，提高損傷檢測的準(zhǔn)確度。

2.4 無損檢測

無損檢測NDT(Non-Destructive Testing)是利用結(jié)構(gòu)的光、電、磁、聲特性，在不損害被檢測結(jié)構(gòu)的使用性能的情況下，檢測被檢結(jié)構(gòu)中是否存在缺陷，給出大跨橋梁結(jié)構(gòu)的缺陷大小和位置等信息，進而判定被檢結(jié)構(gòu)所處技術(shù)狀態(tài)的所有技術(shù)手段。

無損檢測與常規(guī)檢測相比具有許多優(yōu)點。1)具有完整性。無損檢測在檢測大跨橋梁結(jié)構(gòu)時不會對結(jié)構(gòu)進行破壞。2)具有整體性。無損檢測可以對大跨橋梁結(jié)構(gòu)進行全面檢測。3)具有全程性。無損檢測可以對整個橋梁結(jié)構(gòu)的材料、安裝、使用的整個過程進行追蹤檢測，具有全程性。

3 結(jié)語

近年來，我國大跨橋梁結(jié)構(gòu)建設(shè)得到了快速發(fā)展，大跨橋梁結(jié)構(gòu)建設(shè)對城市的發(fā)展具有極其重要的作用。盡管我國大跨橋梁施工企業(yè)在市政道路施工方面積累了大量的實戰(zhàn)經(jīng)驗并且對于重大問題也取得了很好的解決措施，但是在實際的大跨橋梁結(jié)構(gòu)施工過程中仍然存在很多亟待解決的檢測問題。本文通過介紹國內(nèi)外大跨橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別方法，為我國大跨橋梁結(jié)構(gòu)施工企業(yè)在大跨橋梁結(jié)構(gòu)施工方面的進一步發(fā)展提供借鑒和參考。

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Onresearchdevelopmentofdefectinspectionatlarge-spanbridgestructures

LIPeng

(TaiyuanMunicipalPublicProjectQualityInspectionStation,Taiyuan030006,China)

By introducing the research development of the defect inspection at large-span bridge structures as home and abroad, the paper analyzes and sums up the defects identification methods of bridge structures, including the manual inspection, vibration models, non-destructive testing, and probabilistic method of the large-span bridges, so as to provide some reference for construction enterprises of large-span bridges in the aspect of construction.

large-span bridge, information analysis, vibration model, defect inspection

1009-6825(2014)33-0163-02

2014-09-10

李 鵬(1978- )，男，工程師

U441

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