大跨橋梁結構損傷檢測的研究進展

李 鵬

(太原市市政公用工程質量監督站，山西 太原 030006)

大跨橋梁結構損傷檢測的研究進展

李 鵬

(太原市市政公用工程質量監督站，山西 太原 030006)

通過介紹國內外大跨橋梁結構損傷識別方法的研究進展，對人工檢測、振動模態檢測、無損檢測、概率統計方法檢測四種大跨橋梁結構損傷識別方法進行了分析和總結，為我國大跨橋梁結構施工企業在大跨橋梁結構施工方面的進一步發展提供借鑒和參考。

大跨橋梁，信號分析，振動模態，損傷檢測

1 概述

隨著我國現代化基礎設施的不斷發展，我國大跨橋梁結構建設工程也在不斷的發展和完善。并且隨著我國大跨橋梁結構建設工程項目的不斷增多，各種大跨橋梁結構施工企業也在不斷增加，從而導致這些企業之間的項目競爭越來越激烈。同樣的大跨橋梁結構建設施工項目對于不同的企業來說，對應的質量參差不齊。目前我國大跨橋梁結構施工的市場已經處于一種供過于求的情況，市場的需求量過度飽和，因此這種情況對不同的大跨橋梁結構建設企業來說既是機遇也是挑戰，大跨橋梁結構企業要想在眾多的企業中脫穎而出，立于不敗之地，大跨橋梁結構施工企業不僅需要先進的工程機械和雄厚的人才實力，而且還需要依靠科學的管理手段和方法。

大跨橋梁結構在使用過程中(正式建成通車后)，由于大跨橋梁受到車載、風載等不同的載荷作用，在這些作用下產生很多不同程度的裂紋和損傷，而這些裂紋和損傷對于大跨橋梁結構的安全性會產生很大的影響。尋找一種方法來隨時檢測大跨橋梁結構的裂紋和損傷就顯得尤為重要。隨著科學技術的飛速發展，為確保大跨橋梁結構能夠安全的服役，對于大跨橋梁結構，有必要尋求一種非常準確的損傷檢測方法。這項研究為我國大跨橋梁結構施工企業在大跨橋梁結構施工方面的進一步發展提供借鑒和參考[2]。

現代工程技術對損傷檢測的評估有很多種方法，主要為以下幾種：1)通過直觀判斷損傷是否發生；2)根據損傷的發生情況，判斷損傷產生的位置；3)通過損傷的發生情況，判斷損傷產生的位置，同時還可以通過一定的概率統計估測損傷的嚴重程度；4)通過損傷的發生情況，判斷損傷產生的位置，同時還可以通過一定的概率統計估測損傷的嚴重程度，并且能夠得到這種損傷對整個結構造成的危害。

2 大跨橋梁結構損傷檢測的方法

2.1 人工檢測

對于大跨橋梁結構的損傷識別，在21世紀之前，在國內外的土木界，通過研究發現損傷識別主要還是靠人工。人工損傷檢測，顧名思義，主要是靠人的肉眼、有限的工具和人工經驗來檢測橋梁損傷的發生。但是人工檢測大跨橋梁有很多局限性，在長時間的實際操作過程中，工人只有在預先知道裂紋發生的大概位置，通過這些位置的定位，然后通過肉眼才能對大跨橋梁結構進行損傷識別。人工檢測只能針對橋梁局部損傷的檢測，難以實現實時的健康監測和損傷識別，人工檢測存在檢測不全面，產生漏查，查不到等問題。人工檢測要花費大量的時間、人力、物力、財力[1]。近年來，隨著橋梁向大型化趨勢發展，導致很多地方通過人工去檢測是很難辦到的，需要對檢測方法進行改進。

2.2 振動模態檢測

隨著大跨橋梁結構和理論分析的快速發展，一些學者在人體診斷和治療的過程中得到啟發，革命性的提出了橋梁診斷監測的概念，并在進入二十世紀六七十年代提出了基于振動力學的損傷識別方法，這種診斷方法成為大跨橋梁結構的整體損傷檢測方法。由于大跨橋梁結構在局部產生損傷和裂紋的時候，整個大跨橋梁結構的力學特性會發生很大的變化，如質量減小、剛度下降、強度降低以及穩定性很弱。而橋梁結構的模態跟結構的質量和彈性模量有很大的關系，因此監測結構的振動模態就可以監測出橋梁結構的損傷情況。在具體的振動模態監測中，根據大跨橋梁結構損傷前后的變化，一般是通過選取特定的動力學指標來進行損傷的識別和分析[3-6]。

通過國內外學者的大量研究表明：由于高階振型比低階振型的測量更難獲得，所以對于高階振型的大跨橋梁結構，模態振型對局部損傷發生的敏感性比固有頻率更加優越。大跨橋梁結構的固有頻率是監測的重要參數，但是固有頻率的測量也有其局限性。當大跨橋梁結構只有一處損傷時，監測固有頻率是非常有效的方法。但是當大跨橋梁結構有多處損傷時，固有頻率的監測的準確性就顯得很不精確，甚至完全測不出來。

2.3 概率統計方法檢測

概率統計方法是由于隨機現象的統計規律的一種集體規律，必須在大量同類隨機現象中才能呈現出來。概率是隨機事件發生的可能性的數量指標。在獨立隨機事件中，考慮特征參數的不確定性及其統計分布特征，同時通過建立相關的隨機有限元模型來分析結構損傷的特征值，從而得到結構的損傷評估[7]。在大跨橋梁結構的損傷檢測中，由于偶然誤差和系統誤差的影響，都會給結果帶來不同的誤差，在損傷檢測的過程中應用數學統計方法可以有效的降低檢測結果的誤差，提高損傷檢測的準確度。

2.4 無損檢測

無損檢測NDT(Non-Destructive Testing)是利用結構的光、電、磁、聲特性，在不損害被檢測結構的使用性能的情況下，檢測被檢結構中是否存在缺陷，給出大跨橋梁結構的缺陷大小和位置等信息，進而判定被檢結構所處技術狀態的所有技術手段。

無損檢測與常規檢測相比具有許多優點。1)具有完整性。無損檢測在檢測大跨橋梁結構時不會對結構進行破壞。2)具有整體性。無損檢測可以對大跨橋梁結構進行全面檢測。3)具有全程性。無損檢測可以對整個橋梁結構的材料、安裝、使用的整個過程進行追蹤檢測，具有全程性。

3 結語

近年來，我國大跨橋梁結構建設得到了快速發展，大跨橋梁結構建設對城市的發展具有極其重要的作用。盡管我國大跨橋梁施工企業在市政道路施工方面積累了大量的實戰經驗并且對于重大問題也取得了很好的解決措施，但是在實際的大跨橋梁結構施工過程中仍然存在很多亟待解決的檢測問題。本文通過介紹國內外大跨橋梁結構損傷識別方法，為我國大跨橋梁結構施工企業在大跨橋梁結構施工方面的進一步發展提供借鑒和參考。

[1] 張 亮.橋梁結構損傷識別方法的研究進展[J].山西建筑,2009,35(27):298-299.

[2] 孫曉燕.橋梁結構健康監測技術研究進展[J].中外公路,2006,26(2):141-146.

[3] 張啟偉.斜拉橋正常運營條件下振動特性的變異性[J].同濟大學學報,2002,30(6):661-666.

[4] 謝 峻,韓大建.一種改進的基于頻率測量的結構損傷識別方法[J].工程力學,2004,21(1):21-25.

[5] 王根會,胡良紅.基于單元模態應變能法的橋梁結構損傷識別研究[J].鐵道學報,2006,28(3):83-86.

[6] 李忠獻,齊懷展,朱勁松.基于模態曲率法的大跨度斜拉橋損傷識別[J].地震工程與工程振動,2007,27(4):122-126.

[7] 宗周紅,任偉新,阮 毅.土木工程結構損傷診斷研究進展[J].土木工程學報,2003,36(5):105-110.

Onresearchdevelopmentofdefectinspectionatlarge-spanbridgestructures

LIPeng

(TaiyuanMunicipalPublicProjectQualityInspectionStation,Taiyuan030006,China)

By introducing the research development of the defect inspection at large-span bridge structures as home and abroad, the paper analyzes and sums up the defects identification methods of bridge structures, including the manual inspection, vibration models, non-destructive testing, and probabilistic method of the large-span bridges, so as to provide some reference for construction enterprises of large-span bridges in the aspect of construction.

large-span bridge, information analysis, vibration model, defect inspection

1009-6825(2014)33-0163-02

2014-09-10

李 鵬(1978- )，男，工程師

U441

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