(重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院， 重慶 400074)

公路混凝土橋梁損傷評(píng)估及檢測(cè)技術(shù)研究

張 宇

(重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院， 重慶 400074)

對(duì)橋梁損傷完成準(zhǔn)確的診斷和評(píng)估，對(duì)于橋梁的維修和保養(yǎng)工作和保證橋梁長(zhǎng)期穩(wěn)定使用，有較深遠(yuǎn)的實(shí)際意義。現(xiàn)階段，國內(nèi)外專業(yè)人士對(duì)這問題高度重視并積極開展研究和交流。通過對(duì)公路橋梁損傷評(píng)估技術(shù)開展深入研究，并且重點(diǎn)說明公路混凝土橋梁損傷評(píng)估當(dāng)中的關(guān)鍵問題，以此延長(zhǎng)橋梁的使用壽命。

橋梁損傷；公路工程；混凝土檢測(cè)

1 混凝土橋梁結(jié)構(gòu)損傷的原因

1.1 規(guī)劃不當(dāng)

混凝土橋梁建設(shè)時(shí)，應(yīng)當(dāng)提前做好規(guī)劃措施,并且對(duì)施工的可行性進(jìn)行研究和探討。也就是橋梁工程建設(shè)是否會(huì)對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境、人文等方面的影響，進(jìn)行詳細(xì)考察和評(píng)估。如今的橋梁建設(shè)，較為常見的問題有以下三點(diǎn):①橋梁建設(shè)缺乏長(zhǎng)期規(guī)劃，沒有進(jìn)行可行性調(diào)查，導(dǎo)致在實(shí)際施工中問題頻出，進(jìn)而引發(fā)一些橋梁結(jié)構(gòu)問題；②地質(zhì)、水文內(nèi)容調(diào)查不夠充分，或者調(diào)查數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)沉陷、或者移動(dòng)情況；③計(jì)劃的交通量不夠，使得混凝土橋梁出現(xiàn)疲勞損壞的糟糕情況。

1.2 設(shè)計(jì)不良

設(shè)計(jì)不良主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：①設(shè)計(jì)方法考慮不全面，容易導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出現(xiàn)問題，進(jìn)而影響到橋梁耐久性和使用時(shí)間。②設(shè)計(jì)規(guī)范不完善，現(xiàn)階段很多橋梁設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)當(dāng)時(shí)技術(shù)而設(shè)計(jì)，具有一定局限性，會(huì)出現(xiàn)荷載組合不全、或者荷載取值偏小的問題。③設(shè)計(jì)人員自身問題，由于設(shè)計(jì)者能力不同，難免會(huì)出現(xiàn)設(shè)計(jì)漏洞，或者出現(xiàn)人為的失誤，從而使橋梁結(jié)構(gòu)損傷埋下隱患。④結(jié)構(gòu)造型和構(gòu)造存在缺陷，主要是缺乏對(duì)結(jié)構(gòu)造型、以及連接構(gòu)造的充分考慮，致使受損傷情況嚴(yán)重。

1.3 施工不嚴(yán)

受到施工管理能力和技術(shù)能力影響，在實(shí)際施工階段存在一些問題：①對(duì)混凝土得攪拌不是很均勻，出現(xiàn)部分漏振現(xiàn)象；②施工中偷工減料，不符合原材料的設(shè)計(jì)要求；③混凝土強(qiáng)度的質(zhì)量控制監(jiān)控不夠嚴(yán)格，從而影響到混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力；④施工人員理解圖紙出現(xiàn)錯(cuò)誤，監(jiān)管人員工作不夠負(fù)責(zé)，導(dǎo)致橋梁建設(shè)難以達(dá)到預(yù)定目標(biāo)，縮小橋梁使用年限。

1.4 荷載作用

荷載作用也是混凝土橋梁結(jié)構(gòu)損傷的最主要因素，荷載作用較大容易導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)或者承載能力出現(xiàn)問題，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，致使橋梁無法正常使用。此外，荷載作用容易使橋梁疲勞，進(jìn)而影響橋梁的抵抗能力，致使其出現(xiàn)疲勞破壞。

2 混凝土結(jié)構(gòu)的橋梁損傷診斷

2.1 模型修正的方法

為保證診斷方式的準(zhǔn)確性，可以通過合理構(gòu)建非損傷分析模型，進(jìn)而開展混凝土結(jié)構(gòu)橋梁動(dòng)靜荷載實(shí)驗(yàn)，然后進(jìn)行判斷和分析，檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，最后做好修正工作。比如說，振型、頻率的內(nèi)容。研究人員可以對(duì)剛度、材料參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的修正，以此分析我國公路混凝土橋梁的結(jié)構(gòu)中非損傷。為將損傷的結(jié)構(gòu)與測(cè)試模式有效結(jié)合，在模型計(jì)算模態(tài)時(shí)，可以進(jìn)一步優(yōu)化損傷中的診斷方法，對(duì)于受損單元的剛度較少情況，準(zhǔn)確做出判斷；而相關(guān)測(cè)試人員也應(yīng)當(dāng)能夠針對(duì)剛度變化情況，分析和評(píng)估對(duì)橋梁損傷的定位影響以及實(shí)際損傷程度。

2.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法具有一定的智能性質(zhì)，作為損傷識(shí)別方法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法主要是采取數(shù)值求解法開展實(shí)踐操作，以此完成實(shí)測(cè)法研究，最終有效獲取物理量。在物理量的輸入階段，需要根據(jù)訓(xùn)練樣本參數(shù)進(jìn)行考慮，并且可以在個(gè)別情況下，能夠使應(yīng)用結(jié)構(gòu)缺陷得到廣泛性應(yīng)用，將缺陷向輸出參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化。隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法在處理非線性問題方面，有很強(qiáng)大的影響力，足夠滿足混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的診斷評(píng)估要求。現(xiàn)階段，經(jīng)常使用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型主要有對(duì)偶傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、和BP網(wǎng)絡(luò)模型等網(wǎng)絡(luò)模型。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在容錯(cuò)性能方面具有良好的表現(xiàn)，同時(shí)對(duì)于輸入的參數(shù)，不做較高要求，應(yīng)用空間較為廣泛。

2.3 動(dòng)力指紋分析方法

動(dòng)力指紋分析方法也可以稱作為對(duì)比法。在公路混凝土橋梁結(jié)構(gòu)受到損傷以后，經(jīng)常使得參數(shù)發(fā)生改變，從而影響動(dòng)力指紋的變化。在開展損傷識(shí)別工作前，需要進(jìn)一步完善損傷位置、以及數(shù)據(jù)庫等數(shù)據(jù)信息，同時(shí)需要合理對(duì)比數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)存檔數(shù)值以及實(shí)測(cè)值。動(dòng)力指紋分析方法，敏感度較差，需要投入較多的人力物力，工作量較大，并且不易建立對(duì)比損傷情況的數(shù)據(jù)庫。所以，動(dòng)力指紋分析法，經(jīng)常只在地震之后橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)部不可見損傷。

2.4 專家系統(tǒng)法

專家系統(tǒng)法也就是模擬專業(yè)的方法，主要是利用計(jì)算機(jī)程序科學(xué)分析工程項(xiàng)目。診斷橋梁損傷時(shí)，可以利用計(jì)算機(jī)，充分分析混凝土結(jié)構(gòu)的橋梁損傷情況。專家系統(tǒng)法的準(zhǔn)確性更高一些，并且效率也更為理想。并且專家系統(tǒng)法不易受到環(huán)境因素所干擾；但因?yàn)榛炷了卸鄻有院碗x散性的特征，從而專家系統(tǒng)法并不有利于在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中推廣。

3 混凝土結(jié)構(gòu)的橋梁損傷技術(shù)檢測(cè)

3.1 外觀檢測(cè)技術(shù)

直接觀測(cè)方式，通常也是最為多用的檢測(cè)結(jié)構(gòu)損傷的一種手段。對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)的橋梁外觀進(jìn)行檢測(cè)，需要詳細(xì)觀察橋梁裂縫情況、以及其他相關(guān)問題，以此客觀科學(xué)的對(duì)橋梁使用現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)估。但是，外觀檢測(cè)方法不夠完善，具有一定的局限性，比如說個(gè)別重要的損傷，可能在結(jié)構(gòu)內(nèi)部或者不易發(fā)現(xiàn)的地方發(fā)生損傷，所以外觀檢測(cè)方法準(zhǔn)確性不夠理想。此外，對(duì)于橋梁混凝土結(jié)構(gòu)剩余強(qiáng)度的分析，外觀檢測(cè)技術(shù)也無法充分給予定量描述。

3.2 靜載檢測(cè)技術(shù)

對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)性能的檢測(cè)，利用靜載檢測(cè)技術(shù)，能夠更加科學(xué)的識(shí)別出橋梁的參數(shù)信息以及橋梁承載能力。通過具體測(cè)試結(jié)果，能夠發(fā)現(xiàn)混凝土橋梁的結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度、以及抗裂能力，都需要同橋梁結(jié)構(gòu)反應(yīng)參數(shù)緊密聯(lián)系起來綜合分析，從而更加有利于準(zhǔn)確的識(shí)別出混凝土橋梁的實(shí)際的承載能力。通常來講，靜載檢測(cè)技術(shù)具有較為強(qiáng)大的穩(wěn)定性能，同時(shí)其檢測(cè)精度較高；但是如果采取靜載檢測(cè)技術(shù)，需要耗費(fèi)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，而且需要投入大量的資金，并不適合在實(shí)際橋梁損傷檢測(cè)工作中使用。

3.3 振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)

振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)主要是由兩部分組成，它們是激振技術(shù)和試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析。個(gè)別情況下，在結(jié)構(gòu)的實(shí)際動(dòng)態(tài)測(cè)試環(huán)節(jié)中，都會(huì)受到激振的影響，進(jìn)而使測(cè)試的速度以及測(cè)試的精度都難以滿足規(guī)范要求。激振又可以分類為隨機(jī)、瞬態(tài)、和瞬態(tài)隨機(jī)這三種振動(dòng)。隨機(jī)激振能量較小，無法滿足平穩(wěn)的噪聲。因此，在實(shí)踐檢測(cè)中，在實(shí)踐檢測(cè)中，多數(shù)情況下采用瞬態(tài)激振。但是瞬態(tài)激振不利于交通順暢，甚至?xí)?dǎo)致橋梁出現(xiàn)損壞的情況發(fā)生。試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析，主要是先確定描述結(jié)構(gòu)系統(tǒng)固有的頻率，之后對(duì)振動(dòng)類型參數(shù)來個(gè)確認(rèn)。在實(shí)際測(cè)試階段，需要優(yōu)化布置傳感器與激振器，保證檢測(cè)結(jié)果與顯示一致。

4 總結(jié)

對(duì)于公路混凝土橋梁的養(yǎng)護(hù)和維修工作，做好混凝土橋梁的損傷評(píng)估工作至關(guān)重要，能夠全面分析老舊橋梁結(jié)構(gòu)的性能，有利于提高公路橋梁混凝土的安全性和穩(wěn)定性。隨著損傷評(píng)估技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，必將進(jìn)一步延長(zhǎng)混凝土橋梁的使用壽命，以此更好為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

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U45

：B

1007-6344（2017）08-0070-01

張宇(1991-)，男，江西九江人，碩士，在讀研究生，研究方向?yàn)槌鞘械缆泛蜆蛄汗こ淘O(shè)計(jì)理論與養(yǎng)護(hù)技術(shù)。