余利 姚鵬勛

摘要：近年來，隨著我國交通運輸事業(yè)的發(fā)展，橋梁的重要性越來越大，其通行能力、承載能力和結構安全是交通正常運行的關鍵，但由于交通量的增大、重型汽車的增加以及人類或自然環(huán)境影響，我國現(xiàn)役橋梁劣化程度嚴重，橋梁結構損傷檢測和安全評估成了橋梁功能和安全的重要保證。本文介紹了目前國內(nèi)外采用的橋梁結構損傷檢測和安全性評估的主要方法，并總結了這些方法的使用現(xiàn)狀和不足之處。

關鍵詞：橋梁結構 損傷檢測 安全性評估

引言

近年來，隨著我國交通運輸事業(yè)的發(fā)展，橋梁的重要性越來越大，其通行能力、承載能力和結構安全是交通正常運行的關鍵，但由于交通量的增大、重型汽車的增加以及人類或自然環(huán)境影響，我國現(xiàn)役橋梁劣化程度嚴重。對橋梁結構損傷進行檢測和安全性評估，及早發(fā)現(xiàn)橋梁結構上的缺隱或損傷，對于保證橋梁的安全運行有著極為重要的實際意義。

一、橋梁損傷檢測技術現(xiàn)狀

為了掌握橋梁的技術狀態(tài)，及時進行加固整修，確保橋梁運營安全，延長橋梁結構的使用壽命，防止交通安全事故的發(fā)生，目前全球各國都在積極開發(fā)橋梁結構損傷檢測技術和安全性評估技術，包括振動測試法、沖擊振動試驗法、超場波檢測法等多種橋梁結構損傷檢測技術。在具體應用中，對既有橋梁進行損傷檢測和安全性評估時，主要采用靜力評估法和動力評估法兩種方法。其中，靜力評估法又稱為荷載試驗法，其基本思路是用等效于設計荷載的車輛荷載來對橋梁進行加載，以測量橋梁的應變和撓度等指標，同設計值進行比較，從而通過檢驗系數(shù)來對橋梁的狀態(tài)進行評估。動力評估法是利用振動檢測技術對橋梁結構損傷進行檢測的方法，其基本思路是對結構模態(tài)參數(shù)進行檢測，從結構模態(tài)參數(shù)的改變來判定橋梁結構是否存在損傷，并利用結構破壞前后動力學特性的變化來診斷出結構的損傷。

總的來說，近年來在橋梁損傷檢測和安全性評估方面的研究，已經(jīng)取得了極大的發(fā)展，但依然存在眾多問題，究其主要原因，一方面是因為橋梁結構的復雜性和材料的多樣性，其各個部分的應力狀態(tài)、動力特性、剛度等差異較大，用單一的動力特性變化指標很難評估橋梁結構的整體狀態(tài)。另一方面則是因為現(xiàn)有的檢測及評估指標對環(huán)境因素的考慮不足，對于橋梁結構損傷后整體結構呈現(xiàn)的非線性特性把握不全面，無法全面或者正確的反映橋梁結構損傷的實際情況。此外，測量儀器的精度和效率也有待提高。

二、橋梁結構損傷檢測方法

橋梁結構損傷檢測通常分為局部檢測和整體檢測兩類，局部檢測是對橋梁重點部位進行細致的檢測，主要是為了清楚結構局部的物理、力學、構造特性的實際狀態(tài)。整體檢測是從全局上把握橋梁結構的實際狀態(tài)。

對于橋梁設計、施工和維修加固的質量和效果，可采用表觀檢測法進行檢查，分析橋梁結構各部分的運行情況，分析出現(xiàn)結構損傷的原因。此外，還可以采用各種儀器，如X射線、超場波、顯微鏡、聲學儀器、光學儀器等，對橋梁結構局部進行檢測，這些設備價格昂貴，在檢測前需要對損傷的部位有一定的了解。對于與橋梁承載能力有關的變形、撓度、應變、裂縫等結構的檢測，則可以通過靜載試驗進行，包括靜應變測量、靜位移測量，通過實際測量得到的應變和位移推算出橋梁結構有關的內(nèi)力值和撓度值，從檢測得出的參數(shù)中分析得出結構的強度、剛度和抗裂性能。對于橋梁結構的動力性能，則需要通過動態(tài)檢測的方法進行動態(tài)荷載試驗，以判斷橋梁運營狀況和承載能力，比如通過動力放大系數(shù)確定車軸荷載對橋梁的動力作用，這種理論的根據(jù)來源于結構損傷必然導致結構參數(shù)的改變。

除了傳統(tǒng)的檢測技術外，隨著計算機和網(wǎng)絡技術的發(fā)展，近年來還發(fā)展出了一些新興橋梁損傷檢測技術，如基于GPRS技術的橋梁檢測遠程數(shù)據(jù)傳輸技術，可以迅速、安全的將橋梁結構檢測數(shù)據(jù)遠程傳輸，對橋梁結構運行狀態(tài)進行遠程監(jiān)測。再如神經(jīng)網(wǎng)絡在橋梁檢測技術中的應用，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡方法構造BP模型，與橋梁結構受力狀態(tài)建立映射關系，僅需對部分橋索受力情況進行實地檢測，便可得除其余橋索受力情況。此外，數(shù)字圖像處理技術、光纖應變傳感器測試系統(tǒng)等新興技術，在橋梁結構損傷檢測中都得到了極大的發(fā)展，有效的消除了檢測盲區(qū)，降低了單點檢測成本。

三、橋梁損傷識別方法

近年來，動力破損評估法是橋梁結構損傷識別上常用的方法，其中基于模態(tài)參數(shù)損傷識別方法在實際應用中被采用較為廣泛。其主要損傷識別方法包括以下幾類：

1.基于固有頻率的損傷識別法

由于新材料、新技術在橋梁建設工程中的廣泛應用，橋梁結構形狀日趨復雜，在進行結構損傷和安全性評估時，有些位置不適合布置測試點進行檢測，這種情況下基于模態(tài)振型的損傷識別方法很難適用，但采用基于固有頻率的識別方法，卻有著測試簡單、方法成熟、精度高的優(yōu)點，尤其是測試數(shù)據(jù)較長，進行多數(shù)據(jù)點頻譜分析時，更可以得到較精確的頻率分析，真實的反映出結構損傷引起的頻率變化。實際測試中，一般僅需要對一兩個測試點進行固有頻率測試，即可得出結構多階自振頻率。

2.剛度和柔度矩陣法

橋梁結構損傷通常表現(xiàn)為橋梁結構剛度下降，所以采用剛度矩陣來判斷結構的損傷，運用損傷結構與未損傷結構進行判斷得出剛度差，從而來對結構損傷進行定位具有極大的可行性，這種方法對于橋梁結構大的損傷非常有效。但是，這種采取誤差對比的方法來判斷結構損傷的檢測技術，需要包含足夠多的振蕩模型，尤其是對結構剛度矩陣影響較大的振蕩模型。柔度矩陣法則通過測量結構低階振型，根據(jù)高階所占份量由于頻率的增大而迅速減小的原理，準確的估計出結構的柔度矩陣變化。

3.靈敏度結構損傷識別法

利用靈敏度檢測橋梁結構損傷，首先需要得到橋梁結構的模態(tài)參數(shù)或者在動力響應時結構物理參數(shù)的靈敏度矩陣，再對結構損傷前后的模態(tài)參數(shù)變化或者動力響應結構物理參數(shù)的變化，來判斷橋梁結構損傷。目前常用的靈敏度結構損傷識別法， 有實驗靈敏度識別法、解釋靈敏度識別法、特征參數(shù)靈敏度分析法、噪聲靈敏度分析法、水平靈敏度分析法、正交關系靈敏度分析法等。各種基于靈敏度的結構損傷識別方法， 其主要的區(qū)別在于形成靈敏度矩陣的方法上。

4.小波變換法

小波變換法可以看作是傅里葉變換法的擴展，采取可調(diào)整的視頻窗口，以“可變焦”性能對局部信號進行多尺度刻畫，其實質是對結構損傷的原始信號進行濾波處理，這種技術在損傷識別上有著極大的優(yōu)勢?？梢愿鶕?jù)結構損傷的動力特性進行分析，以動力響應信號作為結構損傷的原始數(shù)據(jù)，進行有效的分析的判斷。

5.橋梁結構安全性評估

橋梁結構安全性評估一般分為初步評估和詳細評估兩個層次，初步評估主要用于橋梁安全性程度的評測，以根據(jù)橋梁重要性程度決定是否進行詳細評估。初步評估主要是對橋梁耐震、耐荷、耐沖刷能力進行評測。詳細評估則是根據(jù)橋梁實際情況，結合相關設計規(guī)范，對橋梁結構進憲詳細分析以計算出橋梁的耐震和耐荷能力，最終評測橋梁安全性程度。

參考文獻

[1] 史家鈞，《基于可靠性的橋梁評估方法》[J]，山西建筑，2005

[2] 董聰，《基于動力特性的結構損傷定位方法》[J]，力學與實踐，2000