公路混凝土橋梁損傷評估及檢測技術(shù)研究

(重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院， 重慶 400074)

公路混凝土橋梁損傷評估及檢測技術(shù)研究

張 宇

(重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院， 重慶 400074)

對橋梁損傷完成準(zhǔn)確的診斷和評估，對于橋梁的維修和保養(yǎng)工作和保證橋梁長期穩(wěn)定使用，有較深遠(yuǎn)的實(shí)際意義。現(xiàn)階段，國內(nèi)外專業(yè)人士對這問題高度重視并積極開展研究和交流。通過對公路橋梁損傷評估技術(shù)開展深入研究，并且重點(diǎn)說明公路混凝土橋梁損傷評估當(dāng)中的關(guān)鍵問題，以此延長橋梁的使用壽命。

橋梁損傷；公路工程；混凝土檢測

1 混凝土橋梁結(jié)構(gòu)損傷的原因

1.1 規(guī)劃不當(dāng)

混凝土橋梁建設(shè)時，應(yīng)當(dāng)提前做好規(guī)劃措施,并且對施工的可行性進(jìn)行研究和探討。也就是橋梁工程建設(shè)是否會對經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境、人文等方面的影響，進(jìn)行詳細(xì)考察和評估。如今的橋梁建設(shè)，較為常見的問題有以下三點(diǎn):①橋梁建設(shè)缺乏長期規(guī)劃，沒有進(jìn)行可行性調(diào)查，導(dǎo)致在實(shí)際施工中問題頻出，進(jìn)而引發(fā)一些橋梁結(jié)構(gòu)問題；②地質(zhì)、水文內(nèi)容調(diào)查不夠充分，或者調(diào)查數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)沉陷、或者移動情況；③計(jì)劃的交通量不夠，使得混凝土橋梁出現(xiàn)疲勞損壞的糟糕情況。

1.2 設(shè)計(jì)不良

設(shè)計(jì)不良主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：①設(shè)計(jì)方法考慮不全面，容易導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出現(xiàn)問題，進(jìn)而影響到橋梁耐久性和使用時間。②設(shè)計(jì)規(guī)范不完善，現(xiàn)階段很多橋梁設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)當(dāng)時技術(shù)而設(shè)計(jì)，具有一定局限性，會出現(xiàn)荷載組合不全、或者荷載取值偏小的問題。③設(shè)計(jì)人員自身問題，由于設(shè)計(jì)者能力不同，難免會出現(xiàn)設(shè)計(jì)漏洞，或者出現(xiàn)人為的失誤，從而使橋梁結(jié)構(gòu)損傷埋下隱患。④結(jié)構(gòu)造型和構(gòu)造存在缺陷，主要是缺乏對結(jié)構(gòu)造型、以及連接構(gòu)造的充分考慮，致使受損傷情況嚴(yán)重。

1.3 施工不嚴(yán)

受到施工管理能力和技術(shù)能力影響，在實(shí)際施工階段存在一些問題：①對混凝土得攪拌不是很均勻，出現(xiàn)部分漏振現(xiàn)象；②施工中偷工減料，不符合原材料的設(shè)計(jì)要求；③混凝土強(qiáng)度的質(zhì)量控制監(jiān)控不夠嚴(yán)格，從而影響到混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力；④施工人員理解圖紙出現(xiàn)錯誤，監(jiān)管人員工作不夠負(fù)責(zé)，導(dǎo)致橋梁建設(shè)難以達(dá)到預(yù)定目標(biāo)，縮小橋梁使用年限。

1.4 荷載作用

荷載作用也是混凝土橋梁結(jié)構(gòu)損傷的最主要因素，荷載作用較大容易導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)或者承載能力出現(xiàn)問題，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，致使橋梁無法正常使用。此外，荷載作用容易使橋梁疲勞，進(jìn)而影響橋梁的抵抗能力，致使其出現(xiàn)疲勞破壞。

2 混凝土結(jié)構(gòu)的橋梁損傷診斷

2.1 模型修正的方法

為保證診斷方式的準(zhǔn)確性，可以通過合理構(gòu)建非損傷分析模型，進(jìn)而開展混凝土結(jié)構(gòu)橋梁動靜荷載實(shí)驗(yàn)，然后進(jìn)行判斷和分析，檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，最后做好修正工作。比如說，振型、頻率的內(nèi)容。研究人員可以對剛度、材料參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的修正，以此分析我國公路混凝土橋梁的結(jié)構(gòu)中非損傷。為將損傷的結(jié)構(gòu)與測試模式有效結(jié)合，在模型計(jì)算模態(tài)時，可以進(jìn)一步優(yōu)化損傷中的診斷方法，對于受損單元的剛度較少情況，準(zhǔn)確做出判斷；而相關(guān)測試人員也應(yīng)當(dāng)能夠針對剛度變化情況，分析和評估對橋梁損傷的定位影響以及實(shí)際損傷程度。

2.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法具有一定的智能性質(zhì)，作為損傷識別方法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法主要是采取數(shù)值求解法開展實(shí)踐操作，以此完成實(shí)測法研究，最終有效獲取物理量。在物理量的輸入階段，需要根據(jù)訓(xùn)練樣本參數(shù)進(jìn)行考慮，并且可以在個別情況下，能夠使應(yīng)用結(jié)構(gòu)缺陷得到廣泛性應(yīng)用，將缺陷向輸出參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化。隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法在處理非線性問題方面，有很強(qiáng)大的影響力，足夠滿足混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的診斷評估要求。現(xiàn)階段，經(jīng)常使用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型主要有對偶傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、和BP網(wǎng)絡(luò)模型等網(wǎng)絡(luò)模型。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在容錯性能方面具有良好的表現(xiàn)，同時對于輸入的參數(shù)，不做較高要求，應(yīng)用空間較為廣泛。

2.3 動力指紋分析方法

動力指紋分析方法也可以稱作為對比法。在公路混凝土橋梁結(jié)構(gòu)受到損傷以后，經(jīng)常使得參數(shù)發(fā)生改變，從而影響動力指紋的變化。在開展損傷識別工作前，需要進(jìn)一步完善損傷位置、以及數(shù)據(jù)庫等數(shù)據(jù)信息，同時需要合理對比數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)存檔數(shù)值以及實(shí)測值。動力指紋分析方法，敏感度較差，需要投入較多的人力物力，工作量較大，并且不易建立對比損傷情況的數(shù)據(jù)庫。所以，動力指紋分析法，經(jīng)常只在地震之后橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)部不可見損傷。

2.4 專家系統(tǒng)法

專家系統(tǒng)法也就是模擬專業(yè)的方法，主要是利用計(jì)算機(jī)程序科學(xué)分析工程項(xiàng)目。診斷橋梁損傷時，可以利用計(jì)算機(jī)，充分分析混凝土結(jié)構(gòu)的橋梁損傷情況。專家系統(tǒng)法的準(zhǔn)確性更高一些，并且效率也更為理想。并且專家系統(tǒng)法不易受到環(huán)境因素所干擾；但因?yàn)榛炷了卸鄻有院碗x散性的特征，從而專家系統(tǒng)法并不有利于在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中推廣。

3 混凝土結(jié)構(gòu)的橋梁損傷技術(shù)檢測

3.1 外觀檢測技術(shù)

直接觀測方式，通常也是最為多用的檢測結(jié)構(gòu)損傷的一種手段。對于混凝土結(jié)構(gòu)的橋梁外觀進(jìn)行檢測，需要詳細(xì)觀察橋梁裂縫情況、以及其他相關(guān)問題，以此客觀科學(xué)的對橋梁使用現(xiàn)狀進(jìn)行評估。但是，外觀檢測方法不夠完善，具有一定的局限性，比如說個別重要的損傷，可能在結(jié)構(gòu)內(nèi)部或者不易發(fā)現(xiàn)的地方發(fā)生損傷，所以外觀檢測方法準(zhǔn)確性不夠理想。此外，對于橋梁混凝土結(jié)構(gòu)剩余強(qiáng)度的分析，外觀檢測技術(shù)也無法充分給予定量描述。

3.2 靜載檢測技術(shù)

對于橋梁結(jié)構(gòu)性能的檢測，利用靜載檢測技術(shù)，能夠更加科學(xué)的識別出橋梁的參數(shù)信息以及橋梁承載能力。通過具體測試結(jié)果，能夠發(fā)現(xiàn)混凝土橋梁的結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度、以及抗裂能力，都需要同橋梁結(jié)構(gòu)反應(yīng)參數(shù)緊密聯(lián)系起來綜合分析，從而更加有利于準(zhǔn)確的識別出混凝土橋梁的實(shí)際的承載能力。通常來講，靜載檢測技術(shù)具有較為強(qiáng)大的穩(wěn)定性能，同時其檢測精度較高；但是如果采取靜載檢測技術(shù)，需要耗費(fèi)相當(dāng)長的時間，而且需要投入大量的資金，并不適合在實(shí)際橋梁損傷檢測工作中使用。

3.3 振動檢測技術(shù)

振動檢測技術(shù)主要是由兩部分組成，它們是激振技術(shù)和試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析。個別情況下，在結(jié)構(gòu)的實(shí)際動態(tài)測試環(huán)節(jié)中，都會受到激振的影響，進(jìn)而使測試的速度以及測試的精度都難以滿足規(guī)范要求。激振又可以分類為隨機(jī)、瞬態(tài)、和瞬態(tài)隨機(jī)這三種振動。隨機(jī)激振能量較小，無法滿足平穩(wěn)的噪聲。因此，在實(shí)踐檢測中，在實(shí)踐檢測中，多數(shù)情況下采用瞬態(tài)激振。但是瞬態(tài)激振不利于交通順暢，甚至?xí)?dǎo)致橋梁出現(xiàn)損壞的情況發(fā)生。試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析，主要是先確定描述結(jié)構(gòu)系統(tǒng)固有的頻率，之后對振動類型參數(shù)來個確認(rèn)。在實(shí)際測試階段，需要優(yōu)化布置傳感器與激振器，保證檢測結(jié)果與顯示一致。

4 總結(jié)

對于公路混凝土橋梁的養(yǎng)護(hù)和維修工作，做好混凝土橋梁的損傷評估工作至關(guān)重要，能夠全面分析老舊橋梁結(jié)構(gòu)的性能，有利于提高公路橋梁混凝土的安全性和穩(wěn)定性。隨著損傷評估技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，必將進(jìn)一步延長混凝土橋梁的使用壽命，以此更好為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

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［3］安寧 夏禾 戰(zhàn)家旺 基于參數(shù)不確定列車作用下橋梁振動響應(yīng)的橋梁損傷識別研究，［J］．工程力學(xué)，2012，29（10）：275－281．

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U45

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1007-6344（2017）08-0070-01

張宇(1991-)，男，江西九江人，碩士，在讀研究生，研究方向?yàn)槌鞘械缆泛蜆蛄汗こ淘O(shè)計(jì)理論與養(yǎng)護(hù)技術(shù)。