橋梁檢測(cè)和狀態(tài)評(píng)估研究與應(yīng)用

顧超

摘 要：近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及科技的不斷改革創(chuàng)新，國民對(duì)于便利安全的交通提出了更高的要求。在這種背景之下，我國橋梁上的車輛動(dòng)力作用加劇，橋梁的承載力和使用壽命都面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)，出現(xiàn)各種橋梁病害，甚至坍塌現(xiàn)象，造成財(cái)產(chǎn)上的損失或是生命安全的威脅。因此，需要對(duì)橋梁進(jìn)行定期檢測(cè)和狀態(tài)評(píng)估，掌握橋梁病害的現(xiàn)狀及動(dòng)態(tài)發(fā)展規(guī)律，以便保證車輛的安全通行和充分發(fā)揮橋梁自身的功效。橋梁有可能會(huì)在很長的一個(gè)時(shí)間段內(nèi)受到車輛、風(fēng)雨等動(dòng)荷載的作用而導(dǎo)致橋體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷，再加上不可避免的自然環(huán)境災(zāi)害以及材料老化等問題的共同作用，就很容易使橋梁在使用過程中出現(xiàn)各種隱患，導(dǎo)致橋梁無法正常使用，給人們出行帶來了不便。如果任其發(fā)展，毫不理會(huì)，就會(huì)給橋梁的安全使用帶來巨大的隱患。本文主要探討了應(yīng)如何進(jìn)行橋梁檢測(cè)與狀態(tài)評(píng)估。

關(guān)鍵詞：橋梁檢測(cè);狀態(tài)評(píng)估;如何應(yīng)用

1 進(jìn)行橋梁檢測(cè)和狀態(tài)評(píng)估的必要性

大多數(shù)橋梁在很長的時(shí)間內(nèi)必然會(huì)發(fā)生各種不可避免的結(jié)構(gòu)損傷。損傷的原因各不相同，可能是自然災(zāi)害，例如風(fēng)雨、地震海嘯等;當(dāng)然也可能是人為因素，不遵守相應(yīng)的法律法規(guī)，在橋梁之上行車時(shí)，超速超載，使橋梁不堪重負(fù)，埋下安全隱患。除此之外，隨著我國基礎(chǔ)交通設(shè)施的不斷建成，交通運(yùn)輸量在短時(shí)間內(nèi)就有了大幅度增加，交通量和車輛載重不斷增加，造成橋梁結(jié)構(gòu)的損傷，進(jìn)一步加劇橋體結(jié)構(gòu)自然老化，還有可能直接威脅到人們的生命健康以及財(cái)產(chǎn)安全，并可能引起一系列更加復(fù)雜、更加嚴(yán)重的問題。因此我們需要對(duì)橋梁進(jìn)行相應(yīng)的維修、改造以及加固來解決這些問題。進(jìn)行橋梁檢測(cè)和狀態(tài)評(píng)估，才有可能確保橋梁可以時(shí)常處于一個(gè)健康的運(yùn)營狀態(tài)、橋梁的老化及損壞速度不會(huì)過快、不存在嚴(yán)重影響公眾安全以及社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的明顯缺陷。近年來，我國相應(yīng)管理部門對(duì)新建橋梁進(jìn)行完工之后的驗(yàn)收，以后就轉(zhuǎn)入維護(hù)階段。如果橋梁發(fā)生明顯塌陷或者損毀，甚至?xí)?duì)人民甚至社會(huì)產(chǎn)生危害時(shí)，才去進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估工作，此時(shí)已經(jīng)晚矣。因?yàn)闃蛄簭某霈F(xiàn)病害到轉(zhuǎn)為更大更嚴(yán)重的事故往往只需要很短的時(shí)間，因此，對(duì)橋梁狀況進(jìn)行經(jīng)常性評(píng)估對(duì)橋梁管理人員來說是一項(xiàng)至關(guān)重要、不可懈怠的任務(wù)。

2 傳統(tǒng)檢測(cè)手段與現(xiàn)代化技術(shù)

前一個(gè)世紀(jì)的一段時(shí)間，橋梁監(jiān)測(cè)廣泛采用常規(guī)地面測(cè)量技術(shù)。之前的常規(guī)測(cè)量就是用濕度計(jì)測(cè)量橋梁周邊環(huán)境的濕度，pH值傳感器測(cè)量橋梁周圍水體中的酸堿度，地震儀記錄最近地震情況，統(tǒng)計(jì)橋梁日交通流量以推算交通荷載。后來經(jīng)過不斷地發(fā)展和進(jìn)步，已經(jīng)采用測(cè)距儀、經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、全站儀等常規(guī)測(cè)量設(shè)備測(cè)量定點(diǎn)位的變形值。這些不僅可以提供橋梁整體的變形狀態(tài)，也可以在很大程度上滿足測(cè)量精度要求，適應(yīng)各種不同的監(jiān)測(cè)環(huán)境。

但是這一檢測(cè)手段也有一定的不足之處，即現(xiàn)場(chǎng)工作量不小，布點(diǎn)會(huì)受橋梁地形條件影響。這一時(shí)期，也出現(xiàn)了一些不同尋常的測(cè)量手段，就像應(yīng)變測(cè)量、準(zhǔn)直測(cè)量和傾斜測(cè)量等手段。這些測(cè)量手段雖然具有過程簡單、可測(cè)量內(nèi)部的變形和自動(dòng)化測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，但是也存在只能得到局部以及相對(duì)的變形信息的缺點(diǎn)。

橋梁檢測(cè)的時(shí)候主要檢測(cè)以下幾方面：

（1）常規(guī)定期檢測(cè)：主要指橋面系檢測(cè)、上部結(jié)構(gòu)檢測(cè)以及下部結(jié)構(gòu)檢測(cè)。

（2）結(jié)構(gòu)定期檢測(cè)：包括混凝土強(qiáng)度檢測(cè)、鋼筋位置及混凝土保護(hù)層厚度檢測(cè)。

（3）水下構(gòu)件檢測(cè)：對(duì)水下樁基混凝土脫落、裂紋、露筋、空洞、機(jī)械損傷等病害進(jìn)行探查，并錄像。

近幾年，橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)檢測(cè)分為局部檢測(cè)和整體檢測(cè)兩種。局部檢測(cè)主要是對(duì)橋梁需要重點(diǎn)了解和檢測(cè)的部位進(jìn)行細(xì)致、仔細(xì)地檢查;整體檢測(cè)則是試圖從全局上把握結(jié)構(gòu)的真實(shí)狀態(tài)。最近幾年以來，我國科技取得了長足的發(fā)展，已經(jīng)研究出了全新的檢測(cè)方法。

2.1 模型修正法

模型修正法主要包括以下幾個(gè)方面：（1）構(gòu)建有限元分析模型對(duì)結(jié)構(gòu)損傷進(jìn)行模擬，此時(shí)該模型必然會(huì)產(chǎn)生變化，輸出結(jié)構(gòu)剛度。（2）對(duì)試驗(yàn)測(cè)得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行反演。（3）對(duì)兩者的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較、修正，找出橋梁結(jié)構(gòu)的剛度信息，從而確定橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷的位置。模型修正法的試驗(yàn)包括靜載試驗(yàn)和動(dòng)載試驗(yàn)兩種，且不同試驗(yàn)所對(duì)應(yīng)的有限元模型是不同的。模型修正方法在橋梁結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)中的優(yōu)勢(shì)突出體現(xiàn)在，其可以有效完成模態(tài)檢測(cè)，但是，此類方法也很容易受到自由度、噪聲等外界因素的干擾，對(duì)損傷檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性造成不良的影響，因此，還需要對(duì)該方法進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。精確的有限元建模是大型橋梁風(fēng)震響應(yīng)預(yù)測(cè)的重要前提，同時(shí)也是結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)、損傷檢測(cè)以及實(shí)現(xiàn)最優(yōu)振動(dòng)控制的基礎(chǔ)。如果從另一方面來看的話，盡管有限元建模已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)很高的層面，但是在結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜的有限元模型中，仍然會(huì)在一定程度上出現(xiàn)偏差。有限元建模為橋梁結(jié)構(gòu)的完整性提供了理論模態(tài)參數(shù)集，但是在很多時(shí)候，這些參數(shù)與結(jié)構(gòu)模態(tài)試驗(yàn)得到的參數(shù)會(huì)有一定的偏差。針對(duì)這一現(xiàn)象，相關(guān)工作部門應(yīng)該對(duì)結(jié)構(gòu)理論模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)整或修正，使得修正后的模態(tài)參數(shù)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)相一致，這一過程就被我們稱為有限元模型修正。

2.2 指紋分析法

橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性是其結(jié)構(gòu)本身所特有的，因此我們可以形象的將其比成 “指頭上的紋理”。我們可以通過結(jié)構(gòu)起始狀態(tài)與以后各個(gè)不同時(shí)期的“指紋”的相關(guān)變化，來對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的真實(shí)狀況做出正確的判斷。作為結(jié)構(gòu)狀態(tài)識(shí)別的指標(biāo)，就必須要對(duì)結(jié)構(gòu)變化有很高的靈敏度，并且可以通過簡捷易操作的測(cè)試和快速分析計(jì)算得到。在這一檢測(cè)中，頻率是非常容易得知的一個(gè)模態(tài)參數(shù)，不僅如此，它的精度也可以達(dá)到一個(gè)很高的標(biāo)準(zhǔn)。

但是我們經(jīng)過進(jìn)行大量的模型和實(shí)際結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)，得出了結(jié)構(gòu)損傷導(dǎo)致的固有頻率變化并不是特別明顯，但是振型形式有比較明顯的變化這一結(jié)論。因此，我們?cè)诖蠖鄶?shù)情況下認(rèn)為自振頻率并不能直接用來作為橋梁監(jiān)測(cè)的“指紋”。而振型雖然對(duì)局部剛度有很高的敏感性，但是對(duì)其進(jìn)行比較精確測(cè)量是有很大的難度與挑戰(zhàn)。這就需要我們繼續(xù)為之付出努力，不斷摸索前行，找到它的“指紋”。

3 結(jié)束語

從上文我們可以看出，橋梁檢測(cè)與狀態(tài)評(píng)估是一項(xiàng)十分復(fù)雜而又追求細(xì)致的工作，是保證橋梁安全運(yùn)營的重要手段。這就要求相關(guān)的工作人員不僅需要具備豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，也需要有堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)作為有力的支撐。在實(shí)際生產(chǎn)生活中，一定要不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)與規(guī)矩，嚴(yán)格遵守相關(guān)的準(zhǔn)則與規(guī)范，采用既合理又正確的檢測(cè)和狀態(tài)評(píng)估方法，只有這樣才能確保橋梁結(jié)構(gòu)的使用安全性。當(dāng)前情況下，橋梁工程領(lǐng)域已經(jīng)開始重視橋梁的安全性能檢測(cè)和狀態(tài)評(píng)估工作，橋梁工程的重點(diǎn)也慢慢的向橋梁的相關(guān)檢測(cè)、加固改造和鑒定評(píng)價(jià)等方面轉(zhuǎn)移。因此，必須要完善常規(guī)的人工檢測(cè)，工程技術(shù)人員只有親自到場(chǎng)進(jìn)行勘察，結(jié)合當(dāng)?shù)貥蛄旱木唧w情況，采取極具有針對(duì)性的橋梁檢測(cè)方案與決策，才可以對(duì)這一橋梁是否可以得到安全地使用做出正確的檢測(cè)和評(píng)估，進(jìn)而保證橋梁的安全使用。

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