公路混凝土橋梁損傷評估技術研究

應 波

(杭州余杭瑞達交通工程有限公司)

損傷一般指單調加載或者重復加載情況下，材料發生微觀的缺陷，使材料內聚進展性發生減弱，使局部單元發生破壞。公路混凝土的結構材料損傷，有些是在工程施工過程中發生的，稱為初始損傷。有些是受外力和環境的共同影響造成的。材料的損傷描述可以根據模型特征的尺寸與研究方法的不同，分成微觀、宏觀和細觀三種。混凝土橋梁損傷在我國的研究只處于宏觀損傷的評估測定階段。對混凝土橋梁的微觀分析和細觀分析現在只能處于理論的研究階段，還不能完全適應我國目前在實際工程中的需要。結合實際情況，本文對我國很多的公路混凝土橋梁產生的損傷進行調查，經過對混凝土結構損傷進行分析和總結，可以更好的開展公路混凝土橋梁損傷的評估技術研究工作。

1 混凝土結構的橋梁損傷診斷

1.1 模型修正的方法

要準確的確定診斷方法，我們可以建立非損傷分析的模型，使用混凝土結構橋梁動靜荷載的試驗，通過準確的分析和判斷，測出數據后進行修正。例如:頻率和振型等項目內容。對于我國公路混凝土橋梁的結構中非損傷，則需要我們進行更好的剛度及材料參數修正。

模型計算模態為了更好的將損傷的結構設置在測試的模態。在損傷的診斷方法中就要進行優化，準確的判斷受損單元的剛度減少程度，而試驗人員也要及時根據剛度變化對橋梁損傷的定位和具體的損傷程度進行評估。

1.2 神經網絡法

神經網絡法是智能診斷的損傷識別方法。神經網絡法是利用數值求解法和開展實踐中的操作進行實測法研究，進而獲得結構所需的物理量，將物理量作為訓練樣本參數進行輸入的過程，而且在一般的情況下，可以更廣泛的應用結構缺陷，將缺陷轉化成輸出參數。神經網絡需要有著很強的學習和組織、適應能力，以一定量的訓練學習后，神經網絡可以實現快速的記憶，得出輸入的參數和輸出的參數間非線性的映射，以此獲得相關的反問題解。

神經網絡法在設計之初，并不是專門針對混凝土的橋梁損傷開始進行設計的，而是用于其他的用途，但后來經研究發現，它對非線性問題有著強大的處理能力，很適合混凝土橋梁結構操作的診斷工作。常用的神經網絡模型包括BP網絡模型和對偶傳播神經網絡等網絡模型。神經網絡有著非常強大的容錯性，并且對于輸入的參數并沒有過高的要求，具有廣闊的發展前景。

1.3 動力指紋分析的方法

動力指紋分析的方法一般情況下，又可以稱作對比法。當結構發生損傷后，參數也會產生變化，動力指紋會隨之進行不同的變化。

損傷識別工作開始以前，要對損傷的位置與大小數據庫等內容進行數據的進一步完善，實測值和數據庫系統存檔數值認真的進行比對。如果數據極為相近，說明結構已經有了損傷的位置。比較常用的動力指紋參數包括:頻率、應變、振型、頻響函數等。

動力指紋的分析法需要耗費極大的工作量，不具有很高的敏感性，而損傷情況的對比數據庫也很難建立，所以，一般只將動力指紋分析法應用于地震后橋梁結構的內部不可見損傷對比。

1.4 專家系統法

專家系統法是模擬專業的方法，對工程進行計算機程序系統的分析，在進行損傷診斷的時候，可以通過使用計算機將系統內存儲大量混凝土結構的橋梁損傷診斷知識進行分析。專業系統具有高效率、高準確性的特點。而且專業系統法的優點還包括，不容易被環境影響，而混凝土也由于自身結構的原因，離散性與多樣性的特點使專家系統法在實際應用中很難推廣使用。

2 混凝土結構的橋梁損傷技術檢測

2.1 外觀檢測技術

結構損傷最常用的方法是直接觀察方法，如果使用外觀檢測技術，就要對混凝土橋梁的裂縫和其它病害進行觀察，對橋梁使用現狀進行評定，不過這種技術不能準確判斷，重要的損傷很可能發生在結構的內部或不容易發現的位置。而且外觀檢測技術也不能對橋梁混凝土結構剩余強度做出準確的定量描述。

2.2 靜載檢測技術

靜載檢測技術可以更好的檢測橋梁結構的性能，對橋梁的參數，和橋梁承載力的識別的技術方法。試驗可以得出以下結論，結構反應參數對橋梁的結構強度和剛度及抗裂能力都要進行認真的分析，才能更好的判斷出橋梁承載真正的能力。一般情況下，靜力識別具有高檢測精度、十分穩定的特性，但是，由于靜載試驗的時間十分漫長，耗費資金過大，在實際應用中受到很大的影響。

2.3 振動檢測技術

振動檢測技術一般要包括激振技術、試驗模態分析。有時候，激振會參與到結構的實際動態測試環節，既會影響實測的測試精度，也會影響實測的速度。

激振可以分為瞬態、瞬態隨機和隨機。由于隨機的激振能量比較小，不能滿足平穩的噪聲，所以一般情況下，實際中使用瞬態激振的情況比較多，但是，瞬態激振需要阻斷交通，在有些時候還會發生損壞橋梁的現象。

試驗模態的分析是需要將描述結構系統固有頻率進行確定，也要確定振型等相關參數的。測試的過程以激振器與傳感器優化的布置，檢測結果和顯示相同。

2.4 局部檢測技術

局部檢測技術是專門針對公路混凝土橋梁損傷檢測的方法。一般應用方法為染色法、回彈法射線法和超聲脈沖法等。而超聲脈沖法的檢測被評為進行混凝土結構的橋梁損傷評估比較常見的方法。而超聲檢測技術相比于其它同類技術，卻有著應用范圍廣泛、實際使用檢測成本低、實踐檢測深度大、檢測速度快等特點，而且對人體沒有任何危害，利于推廣使用。

3 混凝土結構橋梁承載力評估的分析計算方法

(1)荷載試驗法

荷載試驗法有著很多的優點，最突出的優點就是比較直觀。可以對橋梁結構的實際承受荷載做出重量增加，通過實際的檢測，觀察橋梁的結構是否正常。荷載試驗包括靜載和動載。

(2)動載試驗方法

很多時候會使用動測儀器對結構頻率與振型進行檢測，而結構參數也要考慮在正常范圍的選取。這種檢測法只適用于橋梁整體評估的檢測，并不能很好的反映橋梁結構實際的能力。甚至很多評估方法都有很多問題，過于粗糙。

4 結束語

加強混凝土橋梁的檢測、鑒定和評估工作，對橋梁后期的結構修復與維護起到重要的作用。加強混凝土橋梁損傷評估技術的分析，也有利于新型特種修復材料的研發，可以有針對性的提出具有可行的修復方法，使混凝土橋梁損傷與修復工作走在健康發展的道路上。

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