橋梁損傷安全評(píng)定與維護(hù)策略

韓冬紅

摘 要：橋梁的安全使用是保障交通線路暢通的關(guān)鍵因素，隨著交通荷載量的加大以及橋梁結(jié)構(gòu)自身材料的自然損傷、老化、超載等眾多因素累積的加劇，橋梁結(jié)構(gòu)的健康狀況隨時(shí)間逐年下降。因此，對(duì)現(xiàn)有橋梁的健康狀況做出正確判斷，并采取有效的維護(hù)措施，及時(shí)對(duì)存在安全隱患的橋梁進(jìn)行修復(fù)勢(shì)在必行，它也是提高橋梁的使用壽命，避免或減少事故的發(fā)生的重要手段。本文基于橋梁損傷機(jī)理，對(duì)橋梁損傷進(jìn)行安全評(píng)定方法進(jìn)行了闡釋?zhuān)⒏鶕?jù)實(shí)時(shí)安全評(píng)定結(jié)果提出了相應(yīng)的橋梁維護(hù)管理對(duì)策，以確保橋梁能夠安全使用。

關(guān)鍵詞：橋梁損傷 安全評(píng)定 維護(hù) 管理 策略

中圖分類(lèi)號(hào)：U441.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）08（b）-0068-02

隨著地區(qū)間交通需求的增加，各類(lèi)橋梁建設(shè)得至迅速發(fā)展，橋梁的安全使用也成為了保障交通線路暢通的關(guān)鍵因素。隨著交通荷載量的加大以及橋梁結(jié)構(gòu)自身材料的自然損傷、老化、超載等眾多因素累積的加劇，橋梁結(jié)構(gòu)的健康狀況隨時(shí)間逐年下降。因此，為了更好地管理橋梁、確保其在使用時(shí)的安全性，避免或減少事故的發(fā)生，就要對(duì)現(xiàn)有橋梁的健康狀況做出正確判斷，并根據(jù)實(shí)時(shí)安全評(píng)定結(jié)果提出相應(yīng)的橋梁維護(hù)管理對(duì)策，采取有效的維護(hù)措施，及時(shí)對(duì)存在安全隱患的橋梁進(jìn)行修復(fù)以確保橋梁能夠安全使用。

1 造成橋梁損傷的因素

造成橋梁損傷的因素主要包括環(huán)境因素、材料性能退化、疲勞、車(chē)輛荷載、超載、風(fēng)的作用、地震的作用、人為因素等幾個(gè)方面。橋梁處于自然環(huán)境之中，受自然環(huán)境溫度、水蒸氣、有害的化學(xué)物質(zhì)等各種作用，橋梁結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)各種形式的損傷，如鋼結(jié)構(gòu)腐蝕、加筋結(jié)構(gòu)中力筋腐蝕、混凝土結(jié)構(gòu)凍害等。這些損傷會(huì)大大影響橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性和承載力。橋梁建筑材料性能退化也會(huì)降低橋梁的力學(xué)性能，如混凝土的碳化、堿骨料反應(yīng)、氧化、輻射等都會(huì)對(duì)橋梁造成損傷，并在循環(huán)荷載作用下，逐步形成宏觀裂紋，從而引起橋梁結(jié)構(gòu)的脆性斷裂。這種疲勞損傷引起橋梁垮塌的后果可能是災(zāi)難性的。車(chē)輛荷載和超載也都是橋梁損傷的重要原因，橋梁承受的交通荷載作為一種動(dòng)荷載，會(huì)使橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)形成循環(huán)變化的應(yīng)力，行駛車(chē)輛還會(huì)引起的結(jié)構(gòu)振動(dòng)沖擊作用會(huì)減弱構(gòu)件連接，降低橋梁結(jié)構(gòu)剛度，引起結(jié)構(gòu)的疲勞損傷。尤其在超載情況下，更是加劇了橋梁結(jié)構(gòu)損傷破壞。此外，風(fēng)、地震、洪水、滑坡、不均勻沉降等外力作用也是造成橋梁損傷的因素。風(fēng)引起的橋梁損傷主要來(lái)自其動(dòng)力作用，強(qiáng)風(fēng)作用時(shí)，橋梁會(huì)發(fā)生抖振，從而導(dǎo)致橋梁自身結(jié)構(gòu)的疲勞損傷。地震對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的損傷是一種高應(yīng)力、大應(yīng)變的損傷，火災(zāi)、爆炸、交通事故、維修養(yǎng)護(hù)不當(dāng)?shù)热藶橐蛩匾捕紩?huì)引起橋梁的損傷。

2 橋梁損傷形式及診斷技術(shù)

橋梁損傷的主要形式包括裂縫、混凝土碳化及鋼筋銹蝕、剝蝕、結(jié)構(gòu)局部構(gòu)造的破壞及人為破壞等多個(gè)方面。對(duì)橋梁損傷進(jìn)行診斷主要有以下幾種診斷方法：一是現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)法，這種方法主要依賴(lài)于技術(shù)人員或?qū)＜夷繙y(cè)，通過(guò)查看橋梁的損傷部位和狀況來(lái)綜合評(píng)定橋梁損傷程度，這種方法只適用于簡(jiǎn)單的損傷評(píng)定，是一種具有極強(qiáng)的主觀性且評(píng)估結(jié)果粗糙的診斷技術(shù)。二是承載能力試驗(yàn)法。這種荷載試驗(yàn)是一種評(píng)定舊橋承載安全的方法，但卻難以全面反映橋梁的損傷累積狀況，對(duì)橋梁的損傷狀態(tài)也難以做出細(xì)致、系統(tǒng)的評(píng)估。三是參數(shù)識(shí)別法。它是一種通過(guò)采用靜力法或動(dòng)力法進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)識(shí)別來(lái)診斷橋梁損傷的方法，具有較高的識(shí)別精度和穩(wěn)定性。靜力法是基于橋梁的靜態(tài)應(yīng)變、位移測(cè)量來(lái)進(jìn)行參數(shù)識(shí)別的方法，而動(dòng)力法是一種通過(guò)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)來(lái)進(jìn)行參數(shù)識(shí)別與損傷檢測(cè)的方法， 兩種方法各具特色，將兩種方法有機(jī)結(jié)合可以大大提高橋梁的損傷識(shí)別效率。四是健康監(jiān)測(cè)法。橋梁的健康監(jiān)測(cè)技術(shù)是用于橋梁損傷診斷的重要技術(shù)，它主要是指在橋梁上建立不同規(guī)模的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并通過(guò)現(xiàn)代傳感和通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)橋梁，及時(shí)發(fā)現(xiàn)橋梁的損傷與質(zhì)量退化的高科技橋梁損傷診斷技術(shù)。

3 橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)及損傷評(píng)定方法

橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估的方法主要有以下幾種：一是常規(guī)綜合評(píng)估法。它是一種概念清晰、計(jì)算簡(jiǎn)單的評(píng)估法，通過(guò)加權(quán)算術(shù)平均、加權(quán)幾何平均以及綜合算術(shù)與幾何平均等計(jì)算方法進(jìn)行綜合評(píng)估。二是模糊綜合評(píng)估法。通過(guò)模糊數(shù)學(xué)、隸屬函數(shù)等建立多層次模糊綜合評(píng)估模型，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)估。三是灰色關(guān)聯(lián)度評(píng)估法。通過(guò)灰色系統(tǒng)的相關(guān)理論，引用灰色關(guān)聯(lián)度和變權(quán)綜合的概念，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)估。四是模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。它是通過(guò)將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合對(duì)橋梁混凝土面板性能進(jìn)行評(píng)估的一種方法。五是層次分析法。它是將半定量或半定性問(wèn)題轉(zhuǎn)化為定量計(jì)算的一種橋梁安全性評(píng)價(jià)模型。這種方法有效應(yīng)用于鋼構(gòu)橋梁損傷的測(cè)定中，使橋梁安全性評(píng)估更為簡(jiǎn)潔、實(shí)用。六是承載能力評(píng)定法。它包括竣工試驗(yàn)評(píng)定和荷載試驗(yàn)評(píng)定兩種，這種方法雖然可以檢測(cè)出橋梁損傷情況，但對(duì)橋梁損傷積累情況卻不能全面反映。七是疲勞斷裂評(píng)定法。它主要用于檢測(cè)鋼橋等復(fù)合材料建造的橋梁損傷，不適用于混凝土橋梁的失效性檢驗(yàn)。

4 損傷橋梁的加固與維護(hù)管理策略

4.1 橋梁加固、改造措施

橋梁加固改造形式很多，通常采用改變結(jié)構(gòu)體系加固法、橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固法、預(yù)應(yīng)力加固法、梁板下緣增設(shè)鋼筋法、鋼板粘貼法、更換部分主梁法、增設(shè)縱梁法以及各種裂縫修補(bǔ)技術(shù)等對(duì)橋梁上部構(gòu)造進(jìn)行加固，采用加樁法、旋噴法、鋼筋鹼套箍法、托換法、擴(kuò)大基礎(chǔ)法來(lái)對(duì)橋梁的下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。對(duì)于不同材質(zhì)結(jié)構(gòu)的橋梁，也可以采用不同的方法進(jìn)行加固處理。如對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)橋梁加固措施主要通過(guò)加貼鋼板來(lái)提高強(qiáng)度，根據(jù)桿件實(shí)際損傷情況，通過(guò)焊接或栓接來(lái)提高結(jié)構(gòu)剛度，還可以通過(guò)增設(shè)體外預(yù)應(yīng)力束進(jìn)行改造。對(duì)于無(wú)法進(jìn)行加固的構(gòu)件則需要進(jìn)行相應(yīng)的更換。鋼結(jié)構(gòu)橋梁的加固還要通過(guò)采用防腐涂抹措施進(jìn)行處理。混凝土結(jié)構(gòu)橋梁的加固則要以預(yù)應(yīng)力加固、粘貼鋼板、碳纖維加固等方法來(lái)進(jìn)行。混凝土橋梁在加固后還要采取對(duì)混凝土表面進(jìn)行涂裝的防腐措施來(lái)保護(hù)橋梁。對(duì)于拱橋和橋梁墩、臺(tái)、基礎(chǔ)的圬工結(jié)構(gòu)加固上述方法以及裂縫封閉等方法也同樣適用。

4.2 橋梁安全維護(hù)管理對(duì)策

在對(duì)橋梁進(jìn)行養(yǎng)護(hù)管理的過(guò)程中，要通過(guò)合理利用養(yǎng)護(hù)費(fèi)用、妥善安排養(yǎng)護(hù)時(shí)間來(lái)確保橋梁安全、提高橋梁的持久性和耐用性。一是要以橋梁損傷原理為依據(jù)，定期檢測(cè)和評(píng)定受損橋梁的安全性，通過(guò)多種橋梁損傷識(shí)別技術(shù)的綜合運(yùn)用，來(lái)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的健康狀況進(jìn)行檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)，提高橋梁養(yǎng)護(hù)效率。二是要以橋梁損傷的具體情況為依據(jù)采用相應(yīng)的方法，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)破損進(jìn)行及時(shí)修補(bǔ)，同時(shí)采取清理泄水管、支座、伸縮縫以及限制車(chē)輛等多項(xiàng)措施，來(lái)對(duì)受損的橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行定期維護(hù)和加固。三是采取相應(yīng)技術(shù)手段定期對(duì)橋梁拉索等固件進(jìn)行腐蝕檢測(cè)，并在檢測(cè)出問(wèn)題后及時(shí)對(duì)受損橋梁進(jìn)行防腐處理。

5 結(jié)語(yǔ)

總而言之，要通過(guò)綜合運(yùn)用多種檢測(cè)手段對(duì)橋梁損傷進(jìn)行精確評(píng)估，并根據(jù)實(shí)時(shí)安全評(píng)定結(jié)果提出相應(yīng)的橋梁維護(hù)管理對(duì)策，采取有效的維護(hù)措施，及時(shí)對(duì)存在安全隱患的橋梁進(jìn)行修復(fù)以確保橋梁能夠安全使用。

參考文獻(xiàn)

[1] 姚洪春.橋梁管理系統(tǒng)中的橋梁結(jié)構(gòu)狀況評(píng)價(jià)[D].廣州：華南理工大學(xué)，2003.

[2] 王春生，陳惟珍，陳艾榮.橋梁損傷安全評(píng)定與維護(hù)管理策略[J].交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2002（4）：21-28.

[3] 梁軍，江薇，李旭宏.模糊綜合評(píng)價(jià)方法改進(jìn)及其在交通管理規(guī)劃中的應(yīng)用[J].交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2002（4）：68-72.

[4] 王東陽(yáng).混凝土橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)裂縫的分析、控制與修補(bǔ) [D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2001.