楊 華

(山西省晉中路橋建設集團有限公司，山西晉中 030600)

0 引言

國內高速公路的通車公里數突飛猛漲，橋梁在使用過程中的各項功能如安全性、耐久性等都受到人們的高度關注。橋梁健康檢測與安全評價方面都引起了人們的高度重視并加強了管理、提高了質量，逐步開展了對橋梁檢測系統(tǒng)的開發(fā)研究。近年來大型橋梁運營狀態(tài)評估領域的發(fā)展趨勢是對橋梁結構的健康狀況的評估和對橋梁實時健康檢測系統(tǒng)的實現。

1 橋梁健康檢測與安全評價簡介

由于自然環(huán)境的作用和建設材料隨時間各種性能也隨之退化，導致橋梁在建造和使用過程中會出現一定程度的損傷，若損傷得不到及時檢查及維修，會使橋梁影響行車安全甚至垮塌，導致橋梁使用壽命縮短。只有加強對橋梁健康檢測和安全評估的管理意識，才能保證橋梁結構的安全性、耐久性和適用性，所以提出對橋梁施工、養(yǎng)護、管理等工作要實施合理的方法更為重要。

2 橋梁健康檢測與安全評價的重要性

近年來隨著交通網絡的迅速發(fā)展和國家經濟技術的發(fā)展壯大，橋梁在設計和建設的跨度越來越大，功能和形式更加復雜并多樣化，以及國家在橋梁建設所花費的巨大投資將會極大的刺激國民經濟的發(fā)展，20世紀80年代中后期開始國內外多個國家越來越重視到橋梁的安全評估和健康檢測工作。例如，丹麥在大橋施工階段以及大橋首次通車時對總長為1 726 m的Faroe跨海斜拉大橋進行了監(jiān)測和評估;墨西哥有一座總長為1 543 m的名叫Tampico斜拉橋，對大橋進行了傳統(tǒng)振動試驗并對大橋的動力特性進行了測試。例如英國橋長為522 m的Foyle橋，監(jiān)測系統(tǒng)是較早的也是較為完整的，實現了數據網絡共享、實時監(jiān)測、實時分析。美國Sunshine Skyway Bridge斜拉橋(主跨440 m)、加拿大Confederation Bridge橋、英國Flint shire獨塔斜拉橋(主跨194 m)等橋梁都典型地建立健康檢測系統(tǒng)。從20世紀90年代開始我國上海徐浦大橋、虎門大橋、江陰長江大橋、武漢陽邏公路的大橋，蘇通大橋都建立了健康檢測安全評估系統(tǒng);江蘇潤揚長江大橋的結構健康檢測系統(tǒng)更加全方位，它的檢測包括:對地動脈、大橋的車流量、橋址處的氣候環(huán)境(風向、風速)、道路車輛荷載狀況(車載、車流量、車速)、索塔沉降等。

3 橋梁健康檢測內容、依據及方法

橋梁健康檢測內容及依據主要有:1)荷載:由風、溫度、地震和交通等引起的荷載。用以記錄風向、風速等進程和歷史的風速儀，這些數據經過處理后可以算出風功率譜;用以記錄車流通過橋梁的時程歷史，監(jiān)測數據得到系統(tǒng)處理后可計算出交通荷載譜的動態(tài)地秤;用以記錄溫度和溫差時程歷史的溫度計;用以記錄地質作用和地震作用的強震儀;用以記錄橋梁上車流情況和橋梁上的交通事故的攝像機。2)結構的靜動力反應:用力環(huán)、磁彈性儀、剪力銷等測力計記錄主纜、錨桿和吊桿的張力歷史;用位移計、傾角儀記錄結構靜動力變形和轉角、支座和伸縮縫靜動力相對位移歷史;用加速度計記錄結構各部位的反應加速度及結構的模態(tài)參數;用應變儀記錄橋梁構件的靜動力應變和應力。3)幾何監(jiān)測:對橋梁各部位的靜態(tài)位移和位置進行監(jiān)測，所使用傳感器有:位移計、GPS、傾角儀、數字像機、電子測距儀(EDM)等。

橋梁健康檢測的主要方法有:1)混凝土結構無損檢測。在確?；炷恋慕Y構構件不被破壞的前提下，對混凝土結構的構件原位處直接進行混凝土強度及缺陷的定量檢測。常用的無損檢測包括如鉆芯、射釘或拔出等局部破損的檢測技術和方法。2)混凝土結構半破損檢測。利用拔出儀將埋置于混凝土表面層的錨桿拉拔出來，再依據所得到的混凝土拉拔強度值，進而推算出混凝土的整體抗壓強度。此方法的原理是對混凝土的基本力學特性直接進行測定，故測得的數據一般較為可靠，目前我國也對半破損檢測方法制定了標準。3)鋼結構無損檢測。在不損害、不影響被檢對象使用性能的前提下，利用聲、光、磁和電等特性，看被檢對象中是否存在不均勻或其他缺陷的大小、位置、性質和數量等信息，判定被檢對象的技術狀態(tài)是否合格及其剩余壽命，利用這些技術手段對鋼結構進行無損檢測。常用的方法有:超聲檢測;射線檢測;磁粉檢測;滲透檢驗。4)預應力混凝土結構檢測。預應力混凝土結構檢測由于能獲得可靠的質量、較高的單樁承載力和施工效率，并且綜合造價也較低，目前在全國范圍內的很多地區(qū)都得到極其廣泛的應用。預應力混凝土結構檢測的檢測階段具體分為三部分，第一階段是試樁檢測，第二階段是施工監(jiān)控，第三階段則是驗收檢測。

4 橋梁安全評價

4.1 橋梁安全的耐震評價

高速公路的路基、橋梁、隧道及防護工程在施工階段對防震都采取了相應的措施和對策。日本針對地震震坍護坡的實例，發(fā)明了通過護坡耐震模型振動試驗進行原因分析，其分析結果有兩個:1)破壞要素可能有護坡高度、坡頂土層厚度、護坡土質狀況、土質粘著力等;2)地震不同震級的震坍點會引起護坡發(fā)生變形或震坍，因為震坍點是為其2倍左右的加速度。

4.2 橋梁安全的荷載評價

荷載的作用可導致橋梁結構的疲勞破壞，也是導致橋梁結構病害發(fā)展的最主要的原因。荷載過大會使結構失穩(wěn)，承載力不足會使構件變形或受力裂縫過寬，導致橋梁的正常使用，同時還能加劇結構鋼筋腐蝕，尤其是混凝土受拉區(qū)的鋼筋。

橋梁荷載試驗是指對橋梁進行加載，然后測得橋梁加載后的數據變化，通過試驗，可以了解橋梁結構在荷載作用下的工作狀態(tài)。從而可以判定橋梁結構的形變以及應力是否滿足設計的要求，還可以尋求橋梁整體結構的變形規(guī)律，了解結構的實際受力狀況和工作狀況，可以給橋梁投入運營、養(yǎng)護及管理提供科學依據，舊橋結構進行荷載試驗還可以給橋梁進行技術加固提供依據。

4.3 橋梁安全的河川耐洪能力評價

根據查閱國內對河川橋梁沖刷相關文獻，對橋梁受洪水沖刷時，影響橋梁安全的危害程度的因素進行統(tǒng)計整理，并區(qū)分為橋梁環(huán)境影響程度指標及橋梁耐洪能力危害度指標，確認評估指標項目，完成本方法之評估目標及層級架構。再以層級分析法通過專家問卷方式進行各指標項目之權重，權重決定后與指標項目內容評分分數相乘，即得各指標分數。以橋梁環(huán)境影響程度指標為縱軸，橋梁耐洪能力危害度指標為橫軸，得到橋梁耐洪風險評估矩陣圖，即完成本研究之橋梁耐洪風險評估決策模式。

橋梁耐洪風險評估決策模式建立后，搜集國內北部、中部、南部河系上橋梁基本數據、河川水文數據及評估數據進行案例分析，得各橋梁之風險等級及臺風暴雨時之風險排序，評估結果再與橋梁主管機關之養(yǎng)護橋梁工程司進行排序之比較，依本方法之風險評估排序皆與專家依據現場經驗判斷之排序相符。暨有公路橋梁耐洪初評項目系將環(huán)境影響程度與橋梁耐洪能力危害度合并評估，本方法將環(huán)境影響程度與橋梁耐洪能力危害度分開評估，可得到較精確結果，提供橋梁主管機關于臺風暴雨前，對轄管橋梁進行橋梁耐洪風險評估，排序橋梁危險之優(yōu)先級。

4.4 土石流橋梁安全評價

泥石流(Debris flow)，又稱土石流，是指在地形險峻的地區(qū)，比如山區(qū)或者其他溝谷深壑等，由于暴雨暴雪或其他自然災害引發(fā)的攜帶有大量泥沙以及石塊的特殊洪流。泥石流具有突然性、流量大、流速快、物質容量大和破壞力強等特點。發(fā)生泥石流常常會沖毀公路等交通設施甚至村鎮(zhèn)等，造成巨大損失。

5 結論與建議

近年來，許多國家的橋梁在設計階段就考慮到健康檢測系統(tǒng)的實施以及安全狀態(tài)評估手段的研究。致使橋梁結構的健康檢測和安全評估已經得到廣泛應用，2003年7月在瑞士國際橋梁協會已制訂了有關橋梁結構健康檢測的國際規(guī)程，作為指導和推動該項技術的標準。

大跨橋梁對新材料、新技術的大量應用，結構變得復雜，大跨度橋梁的結構健康檢測與安全評價系統(tǒng)，必須緊密的結合大橋結構的特點、地理環(huán)境、監(jiān)測目標、監(jiān)測系統(tǒng)的結構、組成、數據采集、傳輸、處理、歸檔及結構健康狀況的評估等，進行先進的總體技術設計與研究，才能確保大橋健康檢測系統(tǒng)真正為橋梁健康評估和養(yǎng)護維修發(fā)揮出它的功效。

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