劉文深

隨著我國公路、市政橋梁事業(yè)的發(fā)展，新建高速公路及市政橋梁越來越多，同時既有的許多橋梁亦逐漸進入了養(yǎng)護維修階段，橋梁管理者對橋梁的養(yǎng)護已日益重視。

通過對橋梁的全面檢測，系統(tǒng)地收集當前橋梁技術數(shù)據(jù)，積累技術資料，為充實橋梁數(shù)據(jù)庫、加強橋梁科學管理和提高橋梁技術水平提供必要條件;通過合理設計檢測的方法，輔以布設長期監(jiān)測設備，逐步建立橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)，確保橋梁長期安全運營，以發(fā)揮其最佳經(jīng)濟效益和社會效益。

1 現(xiàn)行橋梁承載力評定方法

目前對于橋梁承載力的評定可分為4類:病害調查經(jīng)驗評定法，綜合分析法，分析計算法，荷載試驗法。

1.1 病害調查經(jīng)驗評定法

這一方法的主要依據(jù)是JTJ073-96公路養(yǎng)護技術規(guī)范。在橋梁檢查的基礎上，通過對橋梁的技術狀況及缺陷和損傷的性質、部位、嚴重程度和發(fā)展趨勢的調查，弄清出現(xiàn)缺陷和損傷的主要原因，分析和評價既存缺陷及損傷對橋梁質量和使用承載能力的影響，并為橋梁維修和設計提供可靠的技術數(shù)據(jù)和依據(jù)。這種方法要求現(xiàn)場檢查人員必須具有豐富的工程經(jīng)驗和專業(yè)知識。

1.2 綜合分析法

此方法是在橋梁檢查的基礎上，采用無破損方式測定混凝土強度、混凝土碳化深度、混凝土氯離子含量、混凝土電阻率、鋼筋混凝土保護層厚度和結構混凝土中鋼筋銹蝕狀況，進行折減后的結構承載力驗算，綜合分析計算結果和結構裂縫等外觀條件，評定結構材料狀況。

1.3 分析計算法

首先對被檢定的橋梁結構進行檢查(收集資料、現(xiàn)狀檢查、材質與地基的檢驗等)，然后將檢查所得的有關資料和檢驗測量結果，運用橋梁結構計算理論及有關的經(jīng)驗系數(shù)進行分析計算，從而評定出橋梁的安全承載能力。

隨著計算機技術特別是鋼筋混凝土有限元理論的發(fā)展，有限元計算法引起了各國學者的重視。編制有限元計算程序或采用通用的有限元分析軟件，用計算機模擬實際橋梁的荷載試驗，計算橋梁的實際承載力，評定步驟如下:1)橋梁調查;2)確定加載形式并劃分單元;3)分級加載計算;4)評定承載力。

1.4 荷載試驗法

橋梁結構荷載試驗是對橋梁結構物工作狀態(tài)進行直接測試的一種檢定手段，是對橋梁結構性能最直觀、最可靠的檢測方法。按施加荷載的類型可分為靜載試驗和動載試驗，我國在這方面有成熟的方法和標準。橋梁結構靜載試驗是按照橋梁的設計荷載等級，根據(jù)荷載的最不利位置布置靜載，或者根據(jù)橋梁結構的控制內力確定荷載及其位置，對橋梁結構進行加載，靜載試驗的加載量一般為設計荷載的0.8倍～1.0倍，試驗前應先進行估算。

2 橋梁檢測方法

1 )靜態(tài)檢測方法。靜力荷載試驗就是將靜止的荷載作用于橋梁上的指定位置，以便能夠測試出結構的靜應變、靜位移以及裂縫等，從而推斷橋梁結構在荷載作用下的工作狀態(tài)和使用能力的試驗。通過這些與橋梁工作性能有關的參數(shù)，可以分析得出結構的強度、剛度及抗裂性能，據(jù)此判斷橋梁的承載能力。

2)動態(tài)檢測方法。動力荷載就是將行駛的汽車荷載或其他動力荷載作用于橋梁結構上，來測出結構的動力特性，從而判斷出橋梁結構在動力荷載下受沖擊和受振動影響的試驗。其試驗的目的在于測定結構的動力特性。

3 結構性能狀況檢測

3.1 基于動載試驗的橋梁結構狀況檢測

橋梁結構的動力特性是與結構的組成形式、剛度、質量分布和材料性質等結構本身的固有性質有關，而與荷載等其他條件無關的性質。橋梁的模態(tài)參數(shù)是整個結構振動系統(tǒng)的基本特性，它是進行結構動力分析所需的參數(shù)，其結果不僅可以用來分析結構動載作用下的受力情況，而且為橋梁承載力狀況評定提供重要指標。

1 )固有頻率的測定。對于比較簡單的結構，只需結構的一階頻率，對于較復雜的結構動力分析，還應考慮第二、第三及更高階的頻率。橋梁固有頻率可以直接通過測試系統(tǒng)實測記錄的功率譜圖上的峰值、時域歷程曲線等確定。由基頻還可以推算承重結構的動剛度。

2 )阻尼。橋梁結構的阻尼特性一般由對數(shù)衰減率或阻尼比來表示，可由時域信號中的振動衰減曲線求得。另外，也可以從功率譜圖中用半功率帶寬法來計算阻尼，一般測試系統(tǒng)軟件均可完成此類分析。

3 )振型。一般橋梁結構的基頻是動力分析的重要參數(shù)。傳感器測點的布置根據(jù)不同的結構形式，通過理論分析后確定。振型的測定一般采用兩種方法，一種是使用多個傳感器測定，另一種是使用一個傳感器變換位置測量，這種情況下需要一個作用參考點，測試時比較繁瑣。在條件限制時使用，一般應采取第一種方法測試。

4 )沖擊系數(shù)。沖擊系數(shù)μ為沖擊力與汽車荷載之比。對于線彈性狀態(tài)下的結構來說，動荷載產(chǎn)生的荷載效應與靜荷載產(chǎn)生的荷載效應之比即為1+μ。因此，沖擊系數(shù)的測試通常采用測定結構動應變或動撓度的方法。測試前，在梁的跨中(或最大變位、應變處)布置電阻應變片式的位移計或應變計，并通過動態(tài)應變儀與電腦相接。試驗時，由加載車輛以某一速度從測點駛過，記錄其輸出應變隨時間變化的實時信號。一般情況下，應測試記錄多種車速下的輸出應變結果，以做分析比較。

3.2 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的橋梁結構狀況檢測

現(xiàn)實中橋梁處于一個復雜的動態(tài)系統(tǒng)中，影響結構安全性、適用性及耐久性的因素多，各影響因素之間的關系也存在著大量的不確定性和模糊性。傳統(tǒng)的橋梁結構評估方法不能很好地處理這些不確定性因素的影響，而人工神經(jīng)網(wǎng)絡方法卻能實現(xiàn)從輸入?yún)?shù)到輸出參數(shù)之間的非線性映射，非常適合于非線性很強的混凝土橋梁結構損傷診斷。

1 )人工神經(jīng)網(wǎng)絡。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(Artificial Neural Networks，ANN)，一種模仿動物神經(jīng)網(wǎng)絡行為特征，進行分布式并行信息處理的算法數(shù)學模型。這種網(wǎng)絡依靠系統(tǒng)的復雜程度，通過調整內部大量節(jié)點之間相互連接的關系，從而達到處理信息的目的。人工神經(jīng)網(wǎng)絡是并行分布式系統(tǒng)，采用了與傳統(tǒng)人工智能和信息處理技術完全不同的機理，克服了傳統(tǒng)的基于邏輯符號的人工智能在處理直覺、非結構化信息方面的缺陷，具有自適應、自組織和實時學習的特點。

2 )結構等級評估輸入?yún)?shù)。

混凝土材料方面:a.截面損失程度:由于混凝土在空氣中的碳化作用，碳化部分將不參加構件的工作，因此構件截面減小。此參數(shù)以混凝土碳化深度與構件實際尺寸的比值來衡量。b.混凝土強度損失程度:混凝土強度隨時間而降低。此參數(shù)以混凝土強度下降程度來衡量。c.開裂程度:對大部分結構，允許在規(guī)定范圍內帶裂縫工作，但是裂縫的產(chǎn)生和擴展對結構的抗彎能力及鋼筋的保護有很大影響。此參數(shù)用裂縫寬度可靠指標與允許可靠指標的比值來度量。動力特性方面:a.固有頻率下降，由于長期運營，橋梁的固有頻率、剛度隨時間增加有逐漸減小的趨勢，其豎向剛度降低較快;b.橋梁剛度下降，內部混凝土出現(xiàn)疲勞，產(chǎn)生了塑性變形，大大降低了橋梁剛度。

3 )結構等級評估輸出參數(shù)。通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)的反

復訓練，可以輸出y值，根據(jù)《公路舊橋承載能力鑒定方法》(試行)中劃分的4個等級來評估結構等級。y體現(xiàn)不同的破損程度，數(shù)值越小，破損程度越小。評估等級與y取值的對應關系:a.一級，0.00＜y≤0.05，滿足國家規(guī)范要求，不必采取任何措施;b.二級，0.05＜y≤0.15，略低于國家規(guī)范要求，但不影響正常使用; c.三級，0.15＜y≤0.35，不滿足國家規(guī)范要求，影響正常使用，應采取維修加固措施;d.四級，0.35＜y≤1.00，嚴重不滿足國家規(guī)范要求，是危橋，須及時采取措施。

4 結語

橋梁檢測是一項復雜而細致的工作，不僅要求工作人員有豐富的實際現(xiàn)場經(jīng)驗，而且同時需要堅實的理論基礎作為指導。與此同時，新材料、新工藝、新結構形式的采用也越來越多，為了積累這方面的工程經(jīng)驗，我們有必要做一些檢測工作。另外，對出現(xiàn)病害的橋梁也需要做鑒定以評價其安全指標。因此只有把理論和實際充分結合起來，再加上指揮者與各試驗人員之間的默契配合，才能做好檢測工作并取得滿意的數(shù)據(jù)，也只有這樣才有可能做出準確的評估。

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