基于損傷識(shí)別的橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)研究

謝世春

（馬鞍山市公路管理局）

基于損傷識(shí)別的橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)研究

謝世春

（馬鞍山市公路管理局）

受密集交通量的反復(fù)作用、氣候環(huán)境的外部影響等多方面因素的作用橋梁損傷和病害發(fā)生的概率較大，如果得不到有效的預(yù)防和控制，將直接威脅橋梁的使用壽命和整體性能，加大橋梁使用風(fēng)險(xiǎn)，所以橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)受到社會(huì)各界的高度關(guān)注。本文為對(duì)基于損傷識(shí)別的橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)產(chǎn)生更加全面的認(rèn)識(shí)，并推動(dòng)其整體水平的提升，對(duì)目前常用的橋梁損傷識(shí)別方法、橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)理論和技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，對(duì)基于損傷識(shí)別的橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案展開(kāi)研究。

損傷識(shí)別；橋梁；預(yù)防性養(yǎng)護(hù)

前言

橋梁損傷識(shí)別是橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的主要依據(jù)，橋梁在使用的過(guò)程中受車(chē)輛超載、反復(fù)碾壓、溫差變化等因素的影響，會(huì)在表面或內(nèi)部發(fā)生損傷，為保證橋梁的整體品質(zhì)，強(qiáng)化耐久性，需要對(duì)其損傷進(jìn)行科學(xué)的識(shí)別，并針對(duì)性的采取預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施。

1 目前常用的橋梁損傷識(shí)別方法

1.1 常見(jiàn)橋梁損傷識(shí)別方法

1.1.1 以靜力測(cè)試為基礎(chǔ)的橋梁損傷識(shí)別

此方法是在停止橋梁正常使用的前提下，對(duì)橋梁進(jìn)行靜載試驗(yàn)，確定橋梁結(jié)構(gòu)在應(yīng)變、裂縫等方面的靜力參數(shù)，通過(guò)參數(shù)對(duì)橋梁的靜承載力進(jìn)行判斷的方法，由于其建立在實(shí)際檢測(cè)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，所以準(zhǔn)確性、可靠性均較理想，但對(duì)于跨度較大的橋梁，由于需要測(cè)量的數(shù)據(jù)過(guò)多，實(shí)踐難度較大，而且要長(zhǎng)時(shí)間停止橋梁使用，影響較大[1]。

1.1.2 以動(dòng)力測(cè)試為基礎(chǔ)的橋梁損傷識(shí)別

此方法是直接針對(duì)橋梁的剛度、質(zhì)量等方面的參數(shù)分析，對(duì)損傷部位和程度等進(jìn)行確定，所以損害識(shí)別的效率較高，對(duì)區(qū)域交通的影響較小，但其所應(yīng)用的數(shù)據(jù)幾乎全部來(lái)源于傳感器，所以傳感器布置、數(shù)據(jù)采集誤差等都會(huì)對(duì)損傷識(shí)別的精準(zhǔn)度構(gòu)成影響。1.1.3以智能算法為基礎(chǔ)的橋梁損傷識(shí)別

此方法是利用現(xiàn)代信息技術(shù)和統(tǒng)計(jì)學(xué)、模糊理論等計(jì)算方法的綜合方法，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等都是理想的損傷識(shí)別途徑，此方法的準(zhǔn)確性較高，而且識(shí)別的效率更有保證，但對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)建設(shè)依賴性較強(qiáng)[2]。

1.2 以模型修正為基礎(chǔ)的橋梁損傷識(shí)別方法

此方法是在針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)所獲取的動(dòng)力特征基礎(chǔ)上建立對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行修正的模型，并在目標(biāo)函數(shù)、約束條件等方面的作用下保證橋梁修正模型的精準(zhǔn)度，為橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)提供全面參考的方法，此方法具有周期短、耗資少的特點(diǎn)，現(xiàn)階段我國(guó)在以模型修正為基礎(chǔ)的橋梁損傷識(shí)別方法方面也取得了較理想的成果，形成多樣化的修正模型，如靜力模型修正、綜合靜動(dòng)模型修正、參數(shù)模型修正、矩陣模型修正等，有效的推動(dòng)了橋梁損傷識(shí)別技術(shù)的發(fā)展。

2 橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)理論和技術(shù)

2.1 常見(jiàn)橋梁病害種類(lèi)

適用性病害主要包括以下方面：①受瀝青混凝土表面均勻性、孔隙率、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及路面車(chē)載等多方面因素的影響，橋面出現(xiàn)龜裂、滲漏、凍脹、破損等病害的可能性較大；②受橋臺(tái)剛度、地基沉降、引道剛度等方面因素的影響，橋頭和路堤通常會(huì)出現(xiàn)橋頭跳車(chē)、路堤過(guò)度沉降、橋面不平整等病害；另外，在設(shè)計(jì)或施工過(guò)程中如果存在操作不當(dāng)、維護(hù)不及時(shí)或材料不合格等問(wèn)題，也會(huì)導(dǎo)致挑梁伸縮縫破損、松動(dòng)、堵塞，支座過(guò)度剪力變形等病害；③如果橋梁泄水管堵塞、破損或設(shè)計(jì)不合理也會(huì)出現(xiàn)橋面積水、鋼筋腐蝕等病害。耐久性病害即橋梁在長(zhǎng)時(shí)間使用后出現(xiàn)的混凝土老化脫落、涂層脫落等病害；安全性病害即對(duì)橋梁整體性能產(chǎn)生影響的病害，如側(cè)墻與臺(tái)體分離、橋梁結(jié)構(gòu)性裂縫超限等。

2.2 橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)

橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)是以橋梁全壽命為重點(diǎn)，在設(shè)計(jì)方面對(duì)橋梁的各項(xiàng)細(xì)節(jié)構(gòu)造進(jìn)行有意識(shí)的完善，對(duì)防水排水系統(tǒng)等科學(xué)布置，對(duì)橋梁構(gòu)件和配件進(jìn)行及時(shí)的檢查和維護(hù)，在施工過(guò)程中通過(guò)施工方法的不斷改進(jìn)，提升橋梁整體性能的有效方法，在實(shí)踐中其將高效的檢測(cè)手段和全面科學(xué)的性能評(píng)估有機(jī)結(jié)合，并在此基礎(chǔ)上制定與損害識(shí)別相匹配的周期性養(yǎng)護(hù)計(jì)劃，在橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的過(guò)程中注重細(xì)節(jié)優(yōu)化，積極引進(jìn)新技術(shù)、新工藝等[3]。在橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工作中主要進(jìn)行裂縫封閉、缺損混凝土修補(bǔ)、伸縮縫清除、金屬構(gòu)件和鋼結(jié)構(gòu)維護(hù)、滲水腐蝕部位清理、附件設(shè)施維護(hù)等工作，是主動(dòng)控制橋梁使用風(fēng)險(xiǎn)，延長(zhǎng)橋梁使用壽命的技術(shù)。

3 基于損傷識(shí)別的橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案

3.1 基于損傷識(shí)別的橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)方法

將養(yǎng)護(hù)技術(shù)和預(yù)防性養(yǎng)護(hù)同時(shí)作為保證橋梁整體性能的有效手段，在合理位置布置針對(duì)橋梁健康狀況的監(jiān)測(cè)器，對(duì)橋梁健康數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理，確定橋梁的損傷狀況進(jìn)而對(duì)橋梁的技術(shù)狀況進(jìn)行識(shí)別，在此基礎(chǔ)上利用人工檢查進(jìn)行病害確定，設(shè)計(jì)針對(duì)性的合理預(yù)防養(yǎng)護(hù)方案的過(guò)程即基于損傷識(shí)別的橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)。其在操作的過(guò)程中，要結(jié)合橋梁的具體結(jié)構(gòu)、車(chē)載量等實(shí)際數(shù)據(jù)在橋梁上布置傳感器系統(tǒng)，采集橋梁健康數(shù)據(jù)，利用結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別技術(shù)和方法，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并模擬實(shí)驗(yàn)，利用人工和自動(dòng)檢測(cè)的雙重手段實(shí)現(xiàn)損傷識(shí)別和預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案的針對(duì)性合理提出。

3.2 結(jié)合案例，分析基于損傷識(shí)別的橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案

例如長(zhǎng)江中下游某大橋傳感器系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，其剛度下降位置可能存在損傷，所以人工攜帶專(zhuān)業(yè)儀器對(duì)此部位進(jìn)行了針對(duì)性的檢查，如圖1所示，通過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)第四跨懸臂梁端部箱體內(nèi)壁混凝土表面存在寬度為0.43mm超限裂縫，原因可能是主梁根部因使用荷載超出設(shè)計(jì)荷載而導(dǎo)致負(fù)彎矩過(guò)大，針對(duì)其損害現(xiàn)狀及原因確定利用表面封閉法對(duì)其進(jìn)行修補(bǔ)，即在準(zhǔn)備工作落實(shí)后在裂縫兩側(cè)劃線間利用手鏟、鋼絲刷等工具將養(yǎng)護(hù)范圍表面整平，并利用丙酮擦洗，在保證裂縫未被堵塞的前提下，清除其周?chē)臀?，然后利用合適的灌漿嘴修補(bǔ)，注意埋嘴前后的輔助工作，埋嘴后一天后進(jìn)行壓水或壓氣實(shí)驗(yàn)，對(duì)孔眼暢通情況進(jìn)行確定。其次，該橋梁第三跨右側(cè)根部箱梁內(nèi)倒角處出現(xiàn)蜂窩麻面和露筋病害，如圖2所示，其主要是由于混凝土施工過(guò)程中振搗不達(dá)標(biāo)，漏漿導(dǎo)致，如果不及時(shí)修復(fù)可能誘發(fā)混凝土漏筋問(wèn)題，預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案是在將損傷部位表面麻面鑿除后，對(duì)鋼筋進(jìn)行除銹、阻銹處理，并進(jìn)行針對(duì)性的修補(bǔ)。再次，該橋梁箱梁內(nèi)存在滲水、漏水問(wèn)題，對(duì)橋梁箱梁部位可能產(chǎn)生積水腐蝕，考慮到其主要原因是橋面積水，所以預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案是先對(duì)橋梁的排水設(shè)施進(jìn)行檢查，對(duì)泄水管的損傷進(jìn)行修補(bǔ)。另外，該橋梁支座周?chē)植看嬖谑┕ず筮z留的混凝土碎塊，而且鋼板已經(jīng)受到較嚴(yán)重的腐蝕，如果不能有效處理可能對(duì)支座的整體性能和橋梁結(jié)構(gòu)的自由伸縮產(chǎn)生影響，所以確定預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案是在對(duì)其周?chē)槭媲宄幕A(chǔ)上，對(duì)鋼板上已經(jīng)產(chǎn)生的銹進(jìn)行清除，并確定定期檢查的實(shí)施方案。除此之外，該橋梁局部出現(xiàn)后澆混凝土局部破壞、橋面板端部過(guò)渡段混凝土“啃邊”問(wèn)題，其可能是在使用的過(guò)程中車(chē)輪反復(fù)碾壓導(dǎo)致，所以確定預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案是對(duì)混凝土板端進(jìn)行修補(bǔ)。

通過(guò)該橋梁的預(yù)防性修補(bǔ)方案的確定可以看出，基于損傷識(shí)別的橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)是在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)評(píng)估橋梁損傷的基礎(chǔ)上，人工進(jìn)行針對(duì)性的檢測(cè)，并確定導(dǎo)致?lián)p傷的原因，進(jìn)而采取針對(duì)性的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方案，防止損傷進(jìn)一步擴(kuò)大。

圖1 人工對(duì)長(zhǎng)江中下游某大橋檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)圖

圖2 案例橋梁的病害現(xiàn)場(chǎng)圖

4 結(jié)論

通過(guò)上述分析可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段我國(guó)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到基于損傷識(shí)別的橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的重要性，并在實(shí)踐中有意識(shí)的豐富橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方法，將兩者有機(jī)結(jié)合推動(dòng)橋梁整體性能優(yōu)化和使用壽命的延長(zhǎng)，但橋梁交通設(shè)施的重要性決定相關(guān)技術(shù)在落實(shí)的過(guò)程中仍需要不斷地完善。

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U445.7

A

1004-7344（2016）11-0122-02

2016-3-29

謝世春（1976-），男，本科，主要從事公路工程及養(yǎng)護(hù)工作。