橋梁檢測和狀態(tài)評估研究與應用

顧超

摘 要：近年來，隨著我國經濟的快速發(fā)展以及科技的不斷改革創(chuàng)新，國民對于便利安全的交通提出了更高的要求。在這種背景之下，我國橋梁上的車輛動力作用加劇，橋梁的承載力和使用壽命都面臨嚴峻考驗，出現各種橋梁病害，甚至坍塌現象，造成財產上的損失或是生命安全的威脅。因此，需要對橋梁進行定期檢測和狀態(tài)評估，掌握橋梁病害的現狀及動態(tài)發(fā)展規(guī)律，以便保證車輛的安全通行和充分發(fā)揮橋梁自身的功效。橋梁有可能會在很長的一個時間段內受到車輛、風雨等動荷載的作用而導致橋體結構出現損傷，再加上不可避免的自然環(huán)境災害以及材料老化等問題的共同作用，就很容易使橋梁在使用過程中出現各種隱患，導致橋梁無法正常使用，給人們出行帶來了不便。如果任其發(fā)展，毫不理會，就會給橋梁的安全使用帶來巨大的隱患。本文主要探討了應如何進行橋梁檢測與狀態(tài)評估。

關鍵詞：橋梁檢測;狀態(tài)評估;如何應用

1 進行橋梁檢測和狀態(tài)評估的必要性

大多數橋梁在很長的時間內必然會發(fā)生各種不可避免的結構損傷。損傷的原因各不相同，可能是自然災害，例如風雨、地震海嘯等;當然也可能是人為因素，不遵守相應的法律法規(guī)，在橋梁之上行車時，超速超載，使橋梁不堪重負，埋下安全隱患。除此之外，隨著我國基礎交通設施的不斷建成，交通運輸量在短時間內就有了大幅度增加，交通量和車輛載重不斷增加，造成橋梁結構的損傷，進一步加劇橋體結構自然老化，還有可能直接威脅到人們的生命健康以及財產安全，并可能引起一系列更加復雜、更加嚴重的問題。因此我們需要對橋梁進行相應的維修、改造以及加固來解決這些問題。進行橋梁檢測和狀態(tài)評估，才有可能確保橋梁可以時常處于一個健康的運營狀態(tài)、橋梁的老化及損壞速度不會過快、不存在嚴重影響公眾安全以及社會基礎設施建設的明顯缺陷。近年來，我國相應管理部門對新建橋梁進行完工之后的驗收，以后就轉入維護階段。如果橋梁發(fā)生明顯塌陷或者損毀，甚至會對人民甚至社會產生危害時，才去進行狀態(tài)評估工作，此時已經晚矣。因為橋梁從出現病害到轉為更大更嚴重的事故往往只需要很短的時間，因此，對橋梁狀況進行經常性評估對橋梁管理人員來說是一項至關重要、不可懈怠的任務。

2 傳統(tǒng)檢測手段與現代化技術

前一個世紀的一段時間，橋梁監(jiān)測廣泛采用常規(guī)地面測量技術。之前的常規(guī)測量就是用濕度計測量橋梁周邊環(huán)境的濕度，pH值傳感器測量橋梁周圍水體中的酸堿度，地震儀記錄最近地震情況，統(tǒng)計橋梁日交通流量以推算交通荷載。后來經過不斷地發(fā)展和進步，已經采用測距儀、經緯儀、水準儀、全站儀等常規(guī)測量設備測量定點位的變形值。這些不僅可以提供橋梁整體的變形狀態(tài)，也可以在很大程度上滿足測量精度要求，適應各種不同的監(jiān)測環(huán)境。

但是這一檢測手段也有一定的不足之處，即現場工作量不小，布點會受橋梁地形條件影響。這一時期，也出現了一些不同尋常的測量手段，就像應變測量、準直測量和傾斜測量等手段。這些測量手段雖然具有過程簡單、可測量內部的變形和自動化測量等優(yōu)點，但是也存在只能得到局部以及相對的變形信息的缺點。

橋梁檢測的時候主要檢測以下幾方面：

（1）常規(guī)定期檢測：主要指橋面系檢測、上部結構檢測以及下部結構檢測。

（2）結構定期檢測：包括混凝土強度檢測、鋼筋位置及混凝土保護層厚度檢測。

（3）水下構件檢測：對水下樁基混凝土脫落、裂紋、露筋、空洞、機械損傷等病害進行探查，并錄像。

近幾年，橋梁結構狀態(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了解和檢測的部位進行細致、仔細地檢查;整體檢測則是試圖從全局上把握結構的真實狀態(tài)。最近幾年以來，我國科技取得了長足的發(fā)展，已經研究出了全新的檢測方法。

2.1 模型修正法

模型修正法主要包括以下幾個方面：（1）構建有限元分析模型對結構損傷進行模擬，此時該模型必然會產生變化，輸出結構剛度。（2）對試驗測得的試驗數據進行反演。（3）對兩者的數據進行比較、修正，找出橋梁結構的剛度信息，從而確定橋梁結構出現損傷的位置。模型修正法的試驗包括靜載試驗和動載試驗兩種，且不同試驗所對應的有限元模型是不同的。模型修正方法在橋梁結構損傷檢測中的優(yōu)勢突出體現在，其可以有效完成模態(tài)檢測，但是，此類方法也很容易受到自由度、噪聲等外界因素的干擾，對損傷檢測結果的準確性和可靠性造成不良的影響，因此，還需要對該方法進行進一步優(yōu)化。精確的有限元建模是大型橋梁風震響應預測的重要前提，同時也是結構安全檢測、損傷檢測以及實現最優(yōu)振動控制的基礎。如果從另一方面來看的話，盡管有限元建模已經發(fā)展到了一個很高的層面，但是在結構十分復雜的有限元模型中，仍然會在一定程度上出現偏差。有限元建模為橋梁結構的完整性提供了理論模態(tài)參數集，但是在很多時候，這些參數與結構模態(tài)試驗得到的參數會有一定的偏差。針對這一現象，相關工作部門應該對結構理論模型進行適當地調整或修正，使得修正后的模態(tài)參數與試驗數據相一致，這一過程就被我們稱為有限元模型修正。

2.2 指紋分析法

橋梁結構動力特性是其結構本身所特有的，因此我們可以形象的將其比成 “指頭上的紋理”。我們可以通過結構起始狀態(tài)與以后各個不同時期的“指紋”的相關變化，來對橋梁結構的真實狀況做出正確的判斷。作為結構狀態(tài)識別的指標，就必須要對結構變化有很高的靈敏度，并且可以通過簡捷易操作的測試和快速分析計算得到。在這一檢測中，頻率是非常容易得知的一個模態(tài)參數，不僅如此，它的精度也可以達到一個很高的標準。

但是我們經過進行大量的模型和實際結構實驗，得出了結構損傷導致的固有頻率變化并不是特別明顯，但是振型形式有比較明顯的變化這一結論。因此，我們在大多數情況下認為自振頻率并不能直接用來作為橋梁監(jiān)測的“指紋”。而振型雖然對局部剛度有很高的敏感性，但是對其進行比較精確測量是有很大的難度與挑戰(zhàn)。這就需要我們繼續(xù)為之付出努力，不斷摸索前行，找到它的“指紋”。

3 結束語

從上文我們可以看出，橋梁檢測與狀態(tài)評估是一項十分復雜而又追求細致的工作，是保證橋梁安全運營的重要手段。這就要求相關的工作人員不僅需要具備豐富的實踐經驗，也需要有堅實的理論基礎作為有力的支撐。在實際生產生活中，一定要不斷總結經驗與規(guī)矩，嚴格遵守相關的準則與規(guī)范，采用既合理又正確的檢測和狀態(tài)評估方法，只有這樣才能確保橋梁結構的使用安全性。當前情況下，橋梁工程領域已經開始重視橋梁的安全性能檢測和狀態(tài)評估工作，橋梁工程的重點也慢慢的向橋梁的相關檢測、加固改造和鑒定評價等方面轉移。因此，必須要完善常規(guī)的人工檢測，工程技術人員只有親自到場進行勘察，結合當地橋梁的具體情況，采取極具有針對性的橋梁檢測方案與決策，才可以對這一橋梁是否可以得到安全地使用做出正確的檢測和評估，進而保證橋梁的安全使用。

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