鐵路架橋機(jī)損傷識別的研究進(jìn)展與展望

冷志堅(jiān)，孟奎

（中交第二航務(wù)工程局有限公司，湖北 武漢 430014）

作為鐵路建設(shè)當(dāng)中重要的大型施工裝備之一的架橋機(jī)，一旦出現(xiàn)問題將導(dǎo)致大量的人員傷亡以及巨額的財(cái)產(chǎn)損失。近些年來，由于架橋機(jī)導(dǎo)致的鐵路事故頻頻發(fā)生，引起了人們的廣泛關(guān)注。要想對其進(jìn)行有效的預(yù)防，就需要對其進(jìn)行損傷識別，下面我們主要就鐵路架橋機(jī)損傷識別的研究進(jìn)展與展望進(jìn)行相關(guān)的分析。

1 鐵路架橋機(jī)的損傷識別方法

現(xiàn)階段，對于鐵路架橋機(jī)損傷識別的研究，就其總的發(fā)展歷程而言，我國的相關(guān)學(xué)者對其進(jìn)行的研究主要為以下3個(gè)階段。

1.1 第1階段:只檢測其中重要的受力位置

在鐵路架橋機(jī)當(dāng)中鋼絲繩是主要的受力部位，通常情況下，在經(jīng)過長時(shí)間的使用后會(huì)產(chǎn)生一定的損傷，其類別有變形、斷絲、銹蝕或者磨損等情況，如果損傷情況較為嚴(yán)重，又沒有對其進(jìn)行及時(shí)的發(fā)現(xiàn)解決，就會(huì)在架梁時(shí)導(dǎo)致斷裂情況的出現(xiàn)。針對這種現(xiàn)象，楊磊等人表示需要通過無損檢測的手段來對鋼絲繩進(jìn)行定期檢測，故此對于鋼絲繩的損傷情況就可以做到及時(shí)開展并處理，同時(shí)還能夠有效的避免由于提早更換鋼絲繩所帶來的經(jīng)濟(jì)損失。而在鐵路架橋機(jī)當(dāng)中損傷的問題還有很多，這只是其中之一，要想真正的確保鐵路建設(shè)的安全穩(wěn)定，還需對其他問題進(jìn)行探析。

1.2 第 2 階段：全面檢測鐵路架橋機(jī)

在對造成鐵路架橋機(jī)事故發(fā)生的因素進(jìn)行研究后，劉愛國和俞勇等人發(fā)現(xiàn)，之所以會(huì)造成鐵路架橋機(jī)事故，其最重要的一點(diǎn)就是在制造與拼裝的過程中，沒有嚴(yán)格按照相關(guān)要求進(jìn)行所造成，在該前提之下，為了從根本上確保鐵路架橋機(jī)的安全，指出了在鐵路架橋機(jī)制造、拼裝階段的安全技術(shù)檢驗(yàn)項(xiàng)目，其中主要有相關(guān)的技術(shù)資料、部件的外形和制造、拼裝的環(huán)境、構(gòu)成該部件的金屬結(jié)構(gòu)、構(gòu)成該部件的主要零件、部件當(dāng)中的安全裝置和液壓系統(tǒng)以及電氣、防護(hù)和試驗(yàn)等8個(gè)主項(xiàng)目；同時(shí)對于不同主項(xiàng)目間負(fù)責(zé)檢測的具體項(xiàng)目，也進(jìn)行了詳細(xì)的說明，和第1階段當(dāng)中單單采用無損檢測的手段對鋼絲繩做定期檢測的方式相比，該檢測導(dǎo)致事故發(fā)生原因的方法能夠?qū)﹁F路架橋機(jī)的整體安全情況進(jìn)行全面的掌握，對其安全性能進(jìn)行有效的保證，從而對事故的發(fā)生做到有效的預(yù)防，然而這種該方法卻沒有對檢測結(jié)果的安全評定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行詳細(xì)的說明，只是單純的對需要進(jìn)行狀態(tài)檢測的項(xiàng)目做了簡要分析?；诖?，呂偉指出了評定檢測結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)還根據(jù)檢測部件的不同進(jìn)行了分類，主要有電氣類、無損檢測類、液壓類、金屬結(jié)構(gòu)類和鋼絲繩類，同時(shí)每一種類別的評定標(biāo)準(zhǔn)必須要和有關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相符，另外還將安全評估進(jìn)行了等級劃分，分別為優(yōu)良、合格與不合格，在對鐵路架橋機(jī)的安全情況進(jìn)行評估的時(shí)候，該方法比較實(shí)用。

1.3 基于結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的結(jié)構(gòu)損傷識別方法

一些研究人員通過研究鐵路架橋機(jī)的動(dòng)力特性來對其損失部分及其程度進(jìn)行相應(yīng)的分析。張超利用模態(tài)分析的方法對鐵路架橋機(jī)進(jìn)行了相應(yīng)的研究，由此得出鐵路架橋機(jī)的前5階模態(tài)頻率，并將其作為判定損傷的依據(jù)，同時(shí)和支持矢量機(jī)算法相結(jié)合，如此能夠?qū)軜驒C(jī)具體損傷的部位和損傷嚴(yán)重與否進(jìn)行判定。王麗英等人在進(jìn)行研究的過程中，主要對架橋機(jī)的裂紋損傷進(jìn)行了相應(yīng)的分析，利用模態(tài)保證標(biāo)準(zhǔn)和架橋機(jī)固有的頻率，同時(shí)和改進(jìn)后的布谷鳥算法相結(jié)合來有效的識別架橋機(jī)具體的損傷部位及損傷程度，這種識別的方式在精度方面更高。趙文杰在對架橋機(jī)損傷識別進(jìn)行研究時(shí)主要以鐵路架橋機(jī)的頻率改變率、損傷信號及頻率平方改變率作為損傷指標(biāo)，并和 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法相結(jié)合來進(jìn)行，該方法的主要優(yōu)勢在于，能夠在一定程度上較準(zhǔn)確的對部位的損傷程度以及具體的損傷部位做出相應(yīng)的識別分析。楊紹普等在對架橋機(jī)進(jìn)行損傷識別研究時(shí)會(huì)將其動(dòng)剛度及其模態(tài)應(yīng)變能力作為安全因子，同時(shí)將其作為識別損傷的依據(jù)，主要做法就是通過仿真分析驗(yàn)證的方法來獲取基于安全因子構(gòu)造的損傷識別指標(biāo)，以此作為識別架橋機(jī)損傷的方法，在精準(zhǔn)度方面有了很大的提高。

通常情況下，基于動(dòng)力特性的結(jié)構(gòu)損傷識別方法往往會(huì)用到架橋機(jī)的模態(tài)參數(shù)，然而上述研究人員獲取模態(tài)參數(shù)的方法則是通過有限元仿真分析得來，在后來建立損傷指標(biāo)的過程中，通常也是將獲取的模態(tài)參數(shù)作為參照來分析，通過對損傷指標(biāo)的有效應(yīng)用，能夠?qū)軜驒C(jī)的損傷程度和具體的損傷部位做到主動(dòng)發(fā)現(xiàn)，這和工作人員采用無損檢測設(shè)備來對架橋機(jī)的損傷位置進(jìn)行盲目尋找的方式相比，所顯現(xiàn)出來的優(yōu)勢顯而易見，然而我們這里提到的識別方法都是建立在簡單的試驗(yàn)?zāi)Ｐ突蛘邤?shù)值模擬當(dāng)中，其是否能夠應(yīng)用到具體的工作當(dāng)中去？效果如何？仍然要做更深一步的研究分析。

2 鐵路架橋機(jī)的損傷識別方法的局限性

2.1 結(jié)構(gòu)損前的模態(tài)和物理參數(shù)

在對鐵路架橋機(jī)進(jìn)行損傷識別的時(shí)候，既有方法往往需要將其損傷之前的物理參數(shù)和模態(tài)作為依據(jù)來進(jìn)行。現(xiàn)階段在鐵路所使用的架橋機(jī)往往都使用了很長的一段時(shí)間，在使用過程中通常經(jīng)歷了多次改造、轉(zhuǎn)場以及拆裝，如此一來就對其物理參數(shù)和模態(tài)形成了相應(yīng)的干擾影響，所以正常情況下獲取架橋機(jī)在損傷之前的物理參數(shù)及模態(tài)相對較為困難。

2.2 未考慮鐵路架橋機(jī)施工現(xiàn)場的環(huán)境因素

在具體施工的過程中，鐵路架橋機(jī)的施工環(huán)境通常都較為復(fù)雜，在施工中所用到的動(dòng)力往往需要利用發(fā)電機(jī)發(fā)電來提供，因此會(huì)形成一定的噪音污染，再者工程參建人員在指揮施工中所用到的對講機(jī)以及來回在架橋機(jī)上走動(dòng)，都會(huì)對現(xiàn)場的實(shí)測結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)的準(zhǔn)確性造成一定影響。

2.3 未結(jié)合鐵路架橋機(jī)的現(xiàn)場作業(yè)工況

上面我們已經(jīng)提到過通常架橋機(jī)所處的施工環(huán)境都比較復(fù)雜，如下列幾種情況：①高低不平的支腿；②有時(shí)甚至因?yàn)楝F(xiàn)場施工的實(shí)際情況，而將架橋機(jī)主梁和支腿之間的某個(gè)構(gòu)件做鎖死處理，從而將二者變成了固接的方式，這時(shí)就會(huì)在很大程度上影響到實(shí)測結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)。

2.4 在具體運(yùn)用的過程中，損傷識別效果有待研究

要想有效的確保架橋機(jī)的安全性，有關(guān)規(guī)定表示必須要定期檢測架橋機(jī)，這對于具體施工中的安全將有著直接的關(guān)系。盡管現(xiàn)階段所采用的損傷識別方法在效果方面還比較理想，然而卻限于簡單模型試驗(yàn)以及數(shù)值模擬研究，缺乏實(shí)踐，而架橋機(jī)在進(jìn)行損傷識別時(shí)，對于具體的應(yīng)用效果更為看重。

再者，近幾年來在損傷識別方法的研究當(dāng)中，以基于撓度影響線曲率的損傷識別較為熱門，該方法在實(shí)用價(jià)值方面較高，且便于操作，然而現(xiàn)階段該方法的主要研究對象是橋梁結(jié)構(gòu)，能夠在鐵路架橋機(jī)當(dāng)中進(jìn)行很好的應(yīng)用，就需要作更深入的探討。

3 展望

在進(jìn)行了相關(guān)的分析探討之后，我們發(fā)現(xiàn)和既有的架橋機(jī)損傷識別方法相比，基于撓度影響線曲率損傷指標(biāo)的損傷識別方法具有如下4點(diǎn)優(yōu)勢：①僅僅需要1臺位移撓度儀就可以完成操作，具有較強(qiáng)的便捷性；②由于施工現(xiàn)場復(fù)雜的環(huán)境決定了具有較強(qiáng)抗干擾能力的位移撓度儀十分適合；③能夠?qū)Χ嗵幰约皢翁帗p傷進(jìn)行識別，實(shí)用性強(qiáng)；④不需要結(jié)構(gòu)損傷前的物理參數(shù)和模態(tài)?，F(xiàn)階段利用撓度影響線曲率損傷指標(biāo)進(jìn)行損傷識別的研究只是在橋梁結(jié)構(gòu)當(dāng)中進(jìn)行了應(yīng)用，由于現(xiàn)階段既有其他的損傷識別方法的局限性，在對鐵路架橋機(jī)進(jìn)行損傷識別時(shí)，可以將此方法運(yùn)用到其中，需要注意的是，一定要和架橋機(jī)的具體施工情況相結(jié)合，比如鐵路架橋機(jī)存在支點(diǎn)高差、支腿與主梁連接方式的改變等。

在對上述情況進(jìn)行分析探討后，我們總結(jié)認(rèn)為，將來鐵路架橋機(jī)損傷識別方法的研究發(fā)展方向有以下幾點(diǎn)：①由于鐵路架橋機(jī)施工現(xiàn)場的復(fù)雜性，損傷識別方法需要具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力；②在對架橋機(jī)進(jìn)行損傷識別時(shí)所需要用到的數(shù)據(jù)較少，只需將施工現(xiàn)場的實(shí)測數(shù)據(jù)作為識別依據(jù)即可；③能夠不受架橋機(jī)復(fù)雜施工環(huán)境的影響，依然可以對損傷部分進(jìn)行識別。

4 結(jié)語

架橋機(jī)的損傷識別技術(shù)作為一門新型技術(shù)，尚在研究的初步階段。就現(xiàn)階段的研究發(fā)展情況而言，如果要在具體的工程建設(shè)當(dāng)中進(jìn)行應(yīng)用，必須要通過更深一步的探索研究之后才可行。