現(xiàn)有橋梁結構的安全監(jiān)測與評估技術

侯娜

摘 要：隨著現(xiàn)代化施工技術的發(fā)展，橋梁工程施工技術也不斷成熟，人們對橋梁結構質量也越來越重視，在此趨勢下，相關部門也加強了橋梁結構施工養(yǎng)護技術的研究。橋梁結構是整個橋梁施工的核心，為了有效保證橋梁結構的安全和穩(wěn)定，需要對橋梁結構進行安全監(jiān)測，以此保證橋梁竣工完成后可以安全穩(wěn)定投入運營。對此，本文主要對現(xiàn)有橋梁結構安全監(jiān)測和評估技術進行研究，推動橋梁結構安全性和耐久性的提升。

關鍵詞：橋梁結構;安全監(jiān)測;評估技術

0 引言

隨著我國大跨度橋梁建設力度的提高，人們從橋梁施工質量的關注向著橋梁結構安全方向轉變，橋梁結構是整個橋梁的骨骼脈絡，其地位和作用對于橋梁性能和運營而言是非常重要的，對此，需要相關技術部門加強技術研究，對橋梁結構進行系統(tǒng)化的安全監(jiān)測，并對橋梁結構的穩(wěn)定性和剛度進行評估，以此保證我國橋梁整體運營安全。

1 橋梁結構安全監(jiān)測概述

橋梁結構的安全監(jiān)測包含病害診斷和狀態(tài)檢測兩個方面，這兩個方面既有差別，也有相似，其中，病害診斷是一種高水平的橋梁結構安全監(jiān)測技術。這種技術主要對橋梁結構病害位置和原因進行分析，并對橋梁結構的整體狀態(tài)進行初步預估，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)來制定橋梁結構管理方案，并為橋梁結構管理提供依據(jù)。狀態(tài)檢測技術也叫精密診斷，狀態(tài)檢測是指對橋梁結構的特點參數(shù)進行檢測，尤其是預應力、溫度、振動等進行精密測量，從而分析出橋梁結構是否健康，這種狀態(tài)檢測又叫做簡易診斷。對橋梁結構進行病害檢診斷時，技術人員需要確定橋梁結構檢測周期、檢測位置、檢測參數(shù)，從而保證檢測結果精確有效。狀態(tài)檢測也是對橋梁結構的整體狀態(tài)進行一種綜合評價的過程，在此過程中，需要技術人員具有熟練的監(jiān)測經(jīng)驗，可以直接對橋梁結構運行狀態(tài)進行主觀判斷。病害診斷，主要對狀態(tài)檢測中的一些不正常的橋梁結構進行檢測和評估，從而采取針對性技術進行調整，在整個橋梁結構監(jiān)測過程中，狀態(tài)監(jiān)測是基礎性工作，在此過程中，技術人員必須保證狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)可靠、合理，病害診斷是在基礎監(jiān)測上進行的優(yōu)化和深入。這兩種技術監(jiān)測方法的最終目的是對橋梁結構進行病害診斷。另外，在橋梁結構進行安全監(jiān)測過程中，如果監(jiān)測出病害情況，檢測參數(shù)就會表現(xiàn)出異常狀態(tài)，橋梁結構安全監(jiān)測的最終目的是通過監(jiān)測數(shù)據(jù)判斷出橋梁結構病害表現(xiàn)，并在深入研究后，得出橋梁結構安全度系數(shù)。

2 橋梁結構的安全監(jiān)測類型

2.1 結構狀態(tài)監(jiān)測

橋梁結構狀態(tài)監(jiān)測主要有定時監(jiān)測和實時監(jiān)測，具體的監(jiān)測任務主要有以下幾方面：第一振動監(jiān)測對結構的振動、沖擊力、模態(tài)參數(shù)進行監(jiān)測;第二聲學監(jiān)測對結構內的各種噪聲、聲阻、超聲、聲發(fā)射等進行監(jiān)測;第三溫度監(jiān)測對實時溫度、溫差、溫度場、熱像進行監(jiān)測;第四功能監(jiān)測對結構各方面的功能指標進行監(jiān)測;第五強度監(jiān)測對預應力、重力、承載力等進行監(jiān)測;第六結構外部特征監(jiān)測主要對變形、裂紋、斑點、凹坑監(jiān)測。不同的監(jiān)測任務有不同的監(jiān)測控制因素，因此監(jiān)測物理因素也有不同。通常對結構整體響應、結構局部響應，以及環(huán)境和荷載情況進行監(jiān)測、預警和狀態(tài)評估。

2.2 病害診斷

病害診斷是通過橋梁結構病害特點和決策方法選擇診斷方式的一種方法，該方法可以依賴模型進行診斷，也可以不依賴模型進行診斷，以此形成了兩種診斷方法，這兩種診斷方法一般采用的是決策法和分離法，具體診斷方法有閥值邏輯法和對比診斷法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡法、專家系統(tǒng)法、模式識別法、模糊數(shù)學法。

3 橋梁結構安全監(jiān)測動力響應法

3.1 動力響應監(jiān)測振動模態(tài)法

為了準確地檢測出結構參數(shù)的變化情況，需要對結構狀態(tài)和結構損傷程度進行量化分析，振動模態(tài)法就是一種量化方法。橋梁振動模態(tài)一般采用的是試驗模態(tài)測試分析法，對結構不同位置振動進行測量，以此得出橋梁結構振動模態(tài)化參數(shù)，通過參數(shù)確定出結構的健康狀態(tài)。這種方法安全性強，應用程度高，可以更加精確的分析出結果病害敏感參數(shù)，在進行參數(shù)識別時可以選擇以下幾種方法：第一，簡易模態(tài)參數(shù)對比法;第二，模態(tài)保證準則模式診斷法;第三，模態(tài)能量轉變對比法。

3.2 動力響應監(jiān)測應變模態(tài)法

動力響應監(jiān)測應變模態(tài)法也是應變法，應變是指移動導數(shù)，不同移動模態(tài)有對應的固定應變分布狀態(tài)，其和移動模態(tài)對應的固有應變分布狀態(tài)結合在一起，就形成了應變模態(tài)，應變模態(tài)可以直接反應結構的初始特點。通過模態(tài)質量、模態(tài)剛度、模態(tài)阻尼直接計算出結構的應變場，在計算時，可以選擇多種方法計算結構移動模態(tài)振動。

3.3 動力響應監(jiān)測動力系數(shù)法

橋梁結構振動是導致橋梁病害的因素之一，因此需要在橋梁結構底部位置安裝加速計、速度感應器、應變傳感器等，以此直接測量橋梁結構的動力響應。

4 橋梁結構的評估技術

4.1 安全評估

橋梁結構由正常狀態(tài)轉為缺陷問題的過程，也是橋梁結構發(fā)生損傷的過程。因為橋梁結構形式和體系多樣性，促使橋梁結構損傷形式多樣，損傷過程主要類型為以下幾種：第一，比例損傷：比例損傷程度和結構的使用年限成正比;第二，加速損傷：損傷程度和時間表現(xiàn)為指數(shù)函數(shù)或者冪函數(shù);第三，突發(fā)性加速損傷：是指某一特定時刻橋梁結構異常，狀態(tài)變化顯著;第四，突發(fā)損傷：沒有任何隱患問題存在，但是突然發(fā)生損壞。橋梁結構安全監(jiān)和評估的目的是不同的，安全監(jiān)測的目標是對結構的安全性能進行綜合分析后，保證車輛安全運行，分析結果也可以為橋梁維護和修復提供技術參考。橋梁結構安全評估是通過特定的數(shù)據(jù)信息對橋梁結構的運行狀態(tài)可行性進行分析并得出結果的過程，橋梁結構安全評估旨在是通過實時監(jiān)測或者定期檢測后的數(shù)據(jù)結果，來推斷結構發(fā)展變化的過程，由此確定結構的安全使用時間。

4.2 結果壽命預測

第一，建立理論模型。依據(jù)安全監(jiān)測后的結論研究數(shù)據(jù)，建立結構使用壽命模型，并推斷其使用年限，但是這種理論模型方法有一定的弊端，應用程度低;第二，累積應力跟蹤，通過計算結構應力累積數(shù)據(jù)，分析結果發(fā)生問題、變形后的損傷程度，這種方法可以應用在加速損傷、急劇損傷結構類型研究中，應用較為普遍;第三，特點參數(shù)跟蹤，通過定期或者實時監(jiān)測，得出結構特點參數(shù)，這種方法可以應用在加速損壞、急劇加速損壞類型中，應用程度較高。特征參數(shù)跟蹤法可以對監(jiān)測的橋梁結構特點參數(shù)的變化數(shù)據(jù)確定診斷時間，并分析出診斷時間內的特點參數(shù)數(shù)值，從而判斷出結果剩余使用年限和出現(xiàn)病害情況的特點。

5 結束語

總之，以上結構監(jiān)測和評估方法可以得出精準的監(jiān)測數(shù)據(jù)和指標，為橋梁結構設計制定提供數(shù)據(jù)支持，便于人們對橋梁結構功能性進行研究。

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