公路混凝土橋梁損傷評估技術(shù)研究

應(yīng) 波

(杭州余杭瑞達交通工程有限公司)

損傷一般指單調(diào)加載或者重復(fù)加載情況下，材料發(fā)生微觀的缺陷，使材料內(nèi)聚進展性發(fā)生減弱，使局部單元發(fā)生破壞。公路混凝土的結(jié)構(gòu)材料損傷，有些是在工程施工過程中發(fā)生的，稱為初始損傷。有些是受外力和環(huán)境的共同影響造成的。材料的損傷描述可以根據(jù)模型特征的尺寸與研究方法的不同，分成微觀、宏觀和細(xì)觀三種?；炷翗蛄簱p傷在我國的研究只處于宏觀損傷的評估測定階段。對混凝土橋梁的微觀分析和細(xì)觀分析現(xiàn)在只能處于理論的研究階段，還不能完全適應(yīng)我國目前在實際工程中的需要。結(jié)合實際情況，本文對我國很多的公路混凝土橋梁產(chǎn)生的損傷進行調(diào)查，經(jīng)過對混凝土結(jié)構(gòu)損傷進行分析和總結(jié)，可以更好的開展公路混凝土橋梁損傷的評估技術(shù)研究工作。

1 混凝土結(jié)構(gòu)的橋梁損傷診斷

1.1 模型修正的方法

要準(zhǔn)確的確定診斷方法，我們可以建立非損傷分析的模型，使用混凝土結(jié)構(gòu)橋梁動靜荷載的試驗，通過準(zhǔn)確的分析和判斷，測出數(shù)據(jù)后進行修正。例如:頻率和振型等項目內(nèi)容。對于我國公路混凝土橋梁的結(jié)構(gòu)中非損傷，則需要我們進行更好的剛度及材料參數(shù)修正。

模型計算模態(tài)為了更好的將損傷的結(jié)構(gòu)設(shè)置在測試的模態(tài)。在損傷的診斷方法中就要進行優(yōu)化，準(zhǔn)確的判斷受損單元的剛度減少程度，而試驗人員也要及時根據(jù)剛度變化對橋梁損傷的定位和具體的損傷程度進行評估。

1.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法是智能診斷的損傷識別方法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法是利用數(shù)值求解法和開展實踐中的操作進行實測法研究，進而獲得結(jié)構(gòu)所需的物理量，將物理量作為訓(xùn)練樣本參數(shù)進行輸入的過程，而且在一般的情況下，可以更廣泛的應(yīng)用結(jié)構(gòu)缺陷，將缺陷轉(zhuǎn)化成輸出參數(shù)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)需要有著很強的學(xué)習(xí)和組織、適應(yīng)能力，以一定量的訓(xùn)練學(xué)習(xí)后，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)快速的記憶，得出輸入的參數(shù)和輸出的參數(shù)間非線性的映射，以此獲得相關(guān)的反問題解。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法在設(shè)計之初，并不是專門針對混凝土的橋梁損傷開始進行設(shè)計的，而是用于其他的用途，但后來經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，它對非線性問題有著強大的處理能力，很適合混凝土橋梁結(jié)構(gòu)操作的診斷工作。常用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型包括BP網(wǎng)絡(luò)模型和對偶傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等網(wǎng)絡(luò)模型。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有著非常強大的容錯性，并且對于輸入的參數(shù)并沒有過高的要求，具有廣闊的發(fā)展前景。

1.3 動力指紋分析的方法

動力指紋分析的方法一般情況下，又可以稱作對比法。當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷后，參數(shù)也會產(chǎn)生變化，動力指紋會隨之進行不同的變化。

損傷識別工作開始以前，要對損傷的位置與大小數(shù)據(jù)庫等內(nèi)容進行數(shù)據(jù)的進一步完善，實測值和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)存檔數(shù)值認(rèn)真的進行比對。如果數(shù)據(jù)極為相近，說明結(jié)構(gòu)已經(jīng)有了損傷的位置。比較常用的動力指紋參數(shù)包括:頻率、應(yīng)變、振型、頻響函數(shù)等。

動力指紋的分析法需要耗費極大的工作量，不具有很高的敏感性，而損傷情況的對比數(shù)據(jù)庫也很難建立，所以，一般只將動力指紋分析法應(yīng)用于地震后橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)部不可見損傷對比。

1.4 專家系統(tǒng)法

專家系統(tǒng)法是模擬專業(yè)的方法，對工程進行計算機程序系統(tǒng)的分析，在進行損傷診斷的時候，可以通過使用計算機將系統(tǒng)內(nèi)存儲大量混凝土結(jié)構(gòu)的橋梁損傷診斷知識進行分析。專業(yè)系統(tǒng)具有高效率、高準(zhǔn)確性的特點。而且專業(yè)系統(tǒng)法的優(yōu)點還包括，不容易被環(huán)境影響，而混凝土也由于自身結(jié)構(gòu)的原因，離散性與多樣性的特點使專家系統(tǒng)法在實際應(yīng)用中很難推廣使用。

2 混凝土結(jié)構(gòu)的橋梁損傷技術(shù)檢測

2.1 外觀檢測技術(shù)

結(jié)構(gòu)損傷最常用的方法是直接觀察方法，如果使用外觀檢測技術(shù)，就要對混凝土橋梁的裂縫和其它病害進行觀察，對橋梁使用現(xiàn)狀進行評定，不過這種技術(shù)不能準(zhǔn)確判斷，重要的損傷很可能發(fā)生在結(jié)構(gòu)的內(nèi)部或不容易發(fā)現(xiàn)的位置。而且外觀檢測技術(shù)也不能對橋梁混凝土結(jié)構(gòu)剩余強度做出準(zhǔn)確的定量描述。

2.2 靜載檢測技術(shù)

靜載檢測技術(shù)可以更好的檢測橋梁結(jié)構(gòu)的性能，對橋梁的參數(shù)，和橋梁承載力的識別的技術(shù)方法。試驗可以得出以下結(jié)論，結(jié)構(gòu)反應(yīng)參數(shù)對橋梁的結(jié)構(gòu)強度和剛度及抗裂能力都要進行認(rèn)真的分析，才能更好的判斷出橋梁承載真正的能力。一般情況下，靜力識別具有高檢測精度、十分穩(wěn)定的特性，但是，由于靜載試驗的時間十分漫長，耗費資金過大，在實際應(yīng)用中受到很大的影響。

2.3 振動檢測技術(shù)

振動檢測技術(shù)一般要包括激振技術(shù)、試驗?zāi)B(tài)分析。有時候，激振會參與到結(jié)構(gòu)的實際動態(tài)測試環(huán)節(jié)，既會影響實測的測試精度，也會影響實測的速度。

激振可以分為瞬態(tài)、瞬態(tài)隨機和隨機。由于隨機的激振能量比較小，不能滿足平穩(wěn)的噪聲，所以一般情況下，實際中使用瞬態(tài)激振的情況比較多，但是，瞬態(tài)激振需要阻斷交通，在有些時候還會發(fā)生損壞橋梁的現(xiàn)象。

試驗?zāi)B(tài)的分析是需要將描述結(jié)構(gòu)系統(tǒng)固有頻率進行確定，也要確定振型等相關(guān)參數(shù)的。測試的過程以激振器與傳感器優(yōu)化的布置，檢測結(jié)果和顯示相同。

2.4 局部檢測技術(shù)

局部檢測技術(shù)是專門針對公路混凝土橋梁損傷檢測的方法。一般應(yīng)用方法為染色法、回彈法射線法和超聲脈沖法等。而超聲脈沖法的檢測被評為進行混凝土結(jié)構(gòu)的橋梁損傷評估比較常見的方法。而超聲檢測技術(shù)相比于其它同類技術(shù)，卻有著應(yīng)用范圍廣泛、實際使用檢測成本低、實踐檢測深度大、檢測速度快等特點，而且對人體沒有任何危害，利于推廣使用。

3 混凝土結(jié)構(gòu)橋梁承載力評估的分析計算方法

(1)荷載試驗法

荷載試驗法有著很多的優(yōu)點，最突出的優(yōu)點就是比較直觀?？梢詫蛄航Y(jié)構(gòu)的實際承受荷載做出重量增加，通過實際的檢測，觀察橋梁的結(jié)構(gòu)是否正常。荷載試驗包括靜載和動載。

(2)動載試驗方法

很多時候會使用動測儀器對結(jié)構(gòu)頻率與振型進行檢測，而結(jié)構(gòu)參數(shù)也要考慮在正常范圍的選取。這種檢測法只適用于橋梁整體評估的檢測，并不能很好的反映橋梁結(jié)構(gòu)實際的能力。甚至很多評估方法都有很多問題，過于粗糙。

4 結(jié)束語

加強混凝土橋梁的檢測、鑒定和評估工作，對橋梁后期的結(jié)構(gòu)修復(fù)與維護起到重要的作用。加強混凝土橋梁損傷評估技術(shù)的分析，也有利于新型特種修復(fù)材料的研發(fā)，可以有針對性的提出具有可行的修復(fù)方法，使混凝土橋梁損傷與修復(fù)工作走在健康發(fā)展的道路上。

[1] 袁萬城，崔飛，張啟偉.橋梁健康監(jiān)測與狀態(tài)評估的研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J].同濟大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2012，27(2):184-188.

[2] 姜海波，車惠民，錢永久.一座既有鐵路混凝土梁的承載力可靠性評估[J].橋梁建設(shè)，2012，(2).

[3] 王柏生，倪一清，高贊明.用概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行結(jié)構(gòu)損傷位置識別[J].振動工程學(xué)報，2011，14(1).