橋梁檢測和狀態(tài)評估研究與應(yīng)用

田鋒

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展,我國公路建設(shè)發(fā)展迅速,橋梁建設(shè)在道路建設(shè)中也進(jìn)入了快速發(fā)展的時(shí)期。但是橋梁由于長期受車輛、風(fēng)等動(dòng)荷載的作用導(dǎo)致結(jié)構(gòu)疲勞，加上環(huán)境災(zāi)害和材料老化等因素的聯(lián)合作用，使橋梁容易出現(xiàn)各種缺陷，從而影響橋梁的正常使用，將給橋梁的安全使用帶來巨大的隱患。因此，為了確定橋梁是否具有安全隱患、能否采取一些補(bǔ)救措施等，就要對橋梁進(jìn)行必要的檢測和狀態(tài)評估，來確定橋梁是否還能繼續(xù)安全使用。本文主要闡述橋梁檢測與狀態(tài)評估研究與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：橋梁建設(shè)；檢測；狀態(tài)評估；發(fā)展趨勢

中圖分類號(hào)： TU997文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

一、橋梁檢測和狀態(tài)評估的重要性

橋梁技術(shù)狀態(tài)評估是利用橋梁檢測所得到的信息，對橋梁的缺損、承載能力、服務(wù)水平等所作的一項(xiàng)綜合評定。在橋梁的整個(gè)生命周期內(nèi)進(jìn)行定期的狀態(tài)檢測評估尤為重要，這樣可以確保：(1)橋梁是否處在健康運(yùn)營狀態(tài)；(2)橋梁退化速度是否過快；(3)是否存在影響公眾安全的明顯缺陷。目前我國管理部門對新建橋梁進(jìn)行竣工驗(yàn)收，以后就轉(zhuǎn)入維護(hù)。只有當(dāng)橋梁發(fā)生明顯缺陷時(shí)，才進(jìn)行狀態(tài)評估。而橋梁從出現(xiàn)病害到轉(zhuǎn)變?yōu)楦蟮氖鹿实臅r(shí)間往往很短，所以對橋梁技術(shù)狀況進(jìn)行經(jīng)常性評估對橋梁管理人員來說是一項(xiàng)很重要的任務(wù)。

二、橋梁結(jié)構(gòu)檢測和評估的方法與技術(shù)

傳統(tǒng)上，我國采用人工目測檢查或借助于便攜式儀器測量得到的信息對橋梁進(jìn)行檢測和評估。傳統(tǒng)橋梁檢測和評估有很大的不足，主要表現(xiàn)在：(1)主觀性強(qiáng)，難于量化；(2)需要大量人力、物力并有諸多檢查盲點(diǎn)；(3)影響正常交通運(yùn)行；(4)人工檢查以單一構(gòu)件為對象，缺少整體性；(5)周期長，時(shí)效性差。

當(dāng)前，應(yīng)用較為廣泛的橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)檢測分為局部檢測和整體檢測兩種。局部檢測主要是對橋梁需要重點(diǎn)了解和檢測的部位進(jìn)行細(xì)致、仔細(xì)的檢查，目的是清晰的了解結(jié)構(gòu)局部的物理、力學(xué)和構(gòu)造特性或者是實(shí)際狀態(tài)； 整體檢測則是試圖從全局上把握結(jié)構(gòu)的真實(shí)狀態(tài)。

(一)局部檢測法

局部檢測就是除了采用視察法以外，利用各種技術(shù)一起，例如X 射線、超聲波、聲學(xué)以及光學(xué)儀器對橋梁的局部進(jìn)行有效地檢測。通常情況下，由于局部檢測的費(fèi)用較為昂貴，檢測試驗(yàn)出來的數(shù)據(jù)也需要具有專業(yè)知識(shí)的人員。因此，在進(jìn)行局部檢測之前，一定要對需要檢測的部位或者是損傷部位有大概的了解，并且能夠使人員和設(shè)備能夠到達(dá)的位置。

(二)外觀檢測法

通過對橋梁進(jìn)行檢查，對橋梁設(shè)計(jì)、施工及維修加固的質(zhì)量與效果評定。橋梁的橋梁的設(shè)計(jì)、維修加固以施工的質(zhì)量與使用效果有密切聯(lián)系，橋梁各部分結(jié)構(gòu)的營運(yùn)情況進(jìn)行調(diào)查，然后對可能出現(xiàn)缺陷的原因分析，然后正確評價(jià)橋梁設(shè)計(jì)與施工的質(zhì)量。外觀檢查是橋梁檢測中一項(xiàng)非常重要的工作。外觀檢查要求做到抓住重點(diǎn)，力求全面。一般情況，病害的產(chǎn)生會(huì)有一些表象，這些病害產(chǎn)生的原因通過外觀檢查可分析判斷出，提出整治措施，明確接下來的工作重點(diǎn)。一般調(diào)查的要點(diǎn)可根據(jù)橋型確定，梁橋的檢查要點(diǎn)包括: 主梁連接部位的狀況；跨中區(qū)域的裂縫、撓度；端部的斜裂縫；構(gòu)件外觀質(zhì)量等。拱橋的檢查要點(diǎn)有:拱圈拱腳上緣與拱頂下緣裂縫；拱軸線坐標(biāo)；墩位移等。而索結(jié)構(gòu)則還有索、錨的質(zhì)量狀況等。橋梁從總體上可分為附屬結(jié)構(gòu)、上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)。通常，附屬結(jié)構(gòu)主要有橋面鋪裝、人行道、緣石、欄桿、伸縮縫等；上部結(jié)構(gòu)在梁式橋中主要是指主梁，在拱中則還包括拱波、拉索、主拱肋、風(fēng)撐等，根據(jù)結(jié)構(gòu)形式有所區(qū)別；下部結(jié)構(gòu)包括橋臺(tái)、橋墩、基礎(chǔ)與承臺(tái)、樁等。如果出現(xiàn)的不是常規(guī)病害，每個(gè)部位都有其自己的受力特征，病害也有一些共性，應(yīng)仔細(xì)研究，找出病因。常規(guī)病害在找出病因的同時(shí)，應(yīng)根據(jù)其損壞程度進(jìn)行評估，然后確定維持正常的運(yùn)營是否有必要更換構(gòu)件或加固。

(三)動(dòng)態(tài)檢測法

動(dòng)力荷載試驗(yàn)的主要目的是研究橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能，該性能是判斷承載能力和橋梁營運(yùn)狀況的重要標(biāo)志之一。橋梁檢測動(dòng)載試驗(yàn)是動(dòng)力測定評價(jià)方法的基本測試項(xiàng)目，是為了滿足工程應(yīng)用的需要。解決橋梁振動(dòng)問題是將試驗(yàn)測試與理論分析相結(jié)合的科學(xué)方法來進(jìn)行，也是橋梁檢測工作中的重要環(huán)節(jié)，其對承載力的評價(jià)和橋梁使用狀況提供了重要的數(shù)據(jù)參數(shù)。

橋梁檢測中，動(dòng)載試驗(yàn)的內(nèi)容主要是動(dòng)載響應(yīng)和結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的試驗(yàn)與分析，量測的主要部位是結(jié)構(gòu)動(dòng)力效應(yīng)最大構(gòu)件的動(dòng)變形及動(dòng)應(yīng)力的控制截面。通常來說，檢測項(xiàng)目主要包括橋梁動(dòng)力響應(yīng)測試和橋梁動(dòng)力特性模態(tài)參數(shù)測試。

(四)靜態(tài)檢測法

對橋梁進(jìn)行靜載試驗(yàn)，測量出與橋梁性能有關(guān)的參數(shù)，通過對橋梁結(jié)構(gòu)性能有關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析，進(jìn)而得出結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度以及抗裂性能，以此判斷橋梁的承載能力。橋梁靜載試驗(yàn)測定的內(nèi)容包括:(1)靜位移測量，測量的是兩活動(dòng)端位移和梁的撓度以及墩頂位移等；(2)靜應(yīng)變測量，能推斷出桿件受到的實(shí)際內(nèi)力與次應(yīng)力、結(jié)構(gòu)截面的應(yīng)力分布、混凝土與鋼筋的共同作用情況。

在進(jìn)行靜載實(shí)驗(yàn)前要做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作，首先要選擇有代表性的試驗(yàn)孔，選擇時(shí)需綜合考慮以下條件:(1)該孔施工質(zhì)量較差，病害較嚴(yán)重或缺陷較多；(2)該孔計(jì)算受力為最不利靜載情況下的受力；(3)該孔便于搭設(shè)腳手架及設(shè)置測點(diǎn)或試驗(yàn)時(shí)便于加載。一定要注意試驗(yàn)孔的選擇，因?yàn)樗苯佑绊懼囼?yàn)是否能夠準(zhǔn)確的反應(yīng)該部分結(jié)構(gòu)以及整座橋梁的結(jié)構(gòu)性能。其次要確定合適的加載方案。

三、橋梁檢測和狀態(tài)評估應(yīng)用與發(fā)展趨勢

(一)橋梁檢測的應(yīng)用與發(fā)展趨勢傳統(tǒng)的橋梁檢測技術(shù)主要分為靜力檢測和表觀檢測兩類，它們都有一定的局限性。目前，隨科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，橋梁檢測技術(shù)由靜力檢測逐漸過渡為動(dòng)力檢測，橋梁狀態(tài)檢測中逐漸引入一些技術(shù)分高的檢測手段，例如將振動(dòng)檢測技術(shù)作為一種常規(guī)的檢測手段，而不是特殊檢測手段。今后橋梁檢測的發(fā)展趨勢是：1）開發(fā)高效、高精度的測量儀器；2）研制和開發(fā)高技術(shù)的儀器和設(shè)備；3）明確橋梁狀態(tài)指標(biāo)與表觀檢測數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)方式；4）分析與測試技術(shù)的集成；5）靜態(tài)檢測技術(shù)與動(dòng)態(tài)檢測技術(shù)相結(jié)合。(二)橋梁評估的應(yīng)用與發(fā)展趨勢目前，國內(nèi)專家學(xué)者越來越重視橋梁的評估工作，并在橋梁的評估方面作了大量的研究，特別是在橋梁的結(jié)構(gòu)損傷、承載能力評估和構(gòu)件疲勞等方面取得一定的進(jìn)展。但是，國內(nèi)專家學(xué)者的研究成果大多是關(guān)于中小型橋梁的構(gòu)件檢測與單獨(dú)評價(jià)，以及橋梁維修和管理方面，對于大型橋梁的評估的研究較少。由于對大型橋梁進(jìn)行評估具有一定的復(fù)雜性，加上現(xiàn)有的各種評價(jià)方法在理論上均有一定的局限性，單純應(yīng)用某一種方法進(jìn)行評價(jià)，很難保證評價(jià)結(jié)果的可靠性。因此，今后橋梁評估的主要方向是針對大型橋梁，改進(jìn)各評價(jià)理論的缺陷，探討綜合多種評價(jià)理論進(jìn)行評價(jià)的可行性?，F(xiàn)代大型橋梁管理系統(tǒng)要求具備多種功能，我們可以同時(shí)采用多種方法進(jìn)行綜合評價(jià)，開發(fā)具有評價(jià)功能的專家系統(tǒng)，從而提高評價(jià)結(jié)果的可靠性。

結(jié)語

針對橋梁出現(xiàn)的一些問題，應(yīng)定期對橋梁進(jìn)行檢測，并建立適合的評估方法已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。事實(shí)上橋梁檢測和狀態(tài)評估能起到確保橋梁安全運(yùn)營，延長橋梁使用壽命的作用，同時(shí)通過檢測能較早的發(fā)現(xiàn)橋梁病害，不僅能大大節(jié)約橋梁的維修費(fèi)用，也可以避免最終頻繁大修關(guān)閉交通所引起的重大損失。由此可見，橋梁檢測對于橋梁具有非常重要的作用，應(yīng)引起橋梁管理者和技術(shù)人員的足夠重視。

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