侯娜

摘 要：隨著現(xiàn)代化施工技術(shù)的發(fā)展，橋梁工程施工技術(shù)也不斷成熟，人們對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量也越來越重視，在此趨勢(shì)下，相關(guān)部門也加強(qiáng)了橋梁結(jié)構(gòu)施工養(yǎng)護(hù)技術(shù)的研究。橋梁結(jié)構(gòu)是整個(gè)橋梁施工的核心，為了有效保證橋梁結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定，需要對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)，以此保證橋梁竣工完成后可以安全穩(wěn)定投入運(yùn)營(yíng)。對(duì)此，本文主要對(duì)現(xiàn)有橋梁結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)和評(píng)估技術(shù)進(jìn)行研究，推動(dòng)橋梁結(jié)構(gòu)安全性和耐久性的提升。

關(guān)鍵詞：橋梁結(jié)構(gòu);安全監(jiān)測(cè);評(píng)估技術(shù)

0 引言

隨著我國(guó)大跨度橋梁建設(shè)力度的提高，人們從橋梁施工質(zhì)量的關(guān)注向著橋梁結(jié)構(gòu)安全方向轉(zhuǎn)變，橋梁結(jié)構(gòu)是整個(gè)橋梁的骨骼脈絡(luò)，其地位和作用對(duì)于橋梁性能和運(yùn)營(yíng)而言是非常重要的，對(duì)此，需要相關(guān)技術(shù)部門加強(qiáng)技術(shù)研究，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)化的安全監(jiān)測(cè)，并對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和剛度進(jìn)行評(píng)估，以此保證我國(guó)橋梁整體運(yùn)營(yíng)安全。

1 橋梁結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)概述

橋梁結(jié)構(gòu)的安全監(jiān)測(cè)包含病害診斷和狀態(tài)檢測(cè)兩個(gè)方面，這兩個(gè)方面既有差別，也有相似，其中，病害診斷是一種高水平的橋梁結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)技術(shù)。這種技術(shù)主要對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)病害位置和原因進(jìn)行分析，并對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的整體狀態(tài)進(jìn)行初步預(yù)估，通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來制定橋梁結(jié)構(gòu)管理方案，并為橋梁結(jié)構(gòu)管理提供依據(jù)。狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)也叫精密診斷，狀態(tài)檢測(cè)是指對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，尤其是預(yù)應(yīng)力、溫度、振動(dòng)等進(jìn)行精密測(cè)量，從而分析出橋梁結(jié)構(gòu)是否健康，這種狀態(tài)檢測(cè)又叫做簡(jiǎn)易診斷。對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行病害檢診斷時(shí)，技術(shù)人員需要確定橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)周期、檢測(cè)位置、檢測(cè)參數(shù)，從而保證檢測(cè)結(jié)果精確有效。狀態(tài)檢測(cè)也是對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的整體狀態(tài)進(jìn)行一種綜合評(píng)價(jià)的過程，在此過程中，需要技術(shù)人員具有熟練的監(jiān)測(cè)經(jīng)驗(yàn)，可以直接對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行主觀判斷。病害診斷，主要對(duì)狀態(tài)檢測(cè)中的一些不正常的橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)估，從而采取針對(duì)性技術(shù)進(jìn)行調(diào)整，在整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)過程中，狀態(tài)監(jiān)測(cè)是基礎(chǔ)性工作，在此過程中，技術(shù)人員必須保證狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可靠、合理，病害診斷是在基礎(chǔ)監(jiān)測(cè)上進(jìn)行的優(yōu)化和深入。這兩種技術(shù)監(jiān)測(cè)方法的最終目的是對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行病害診斷。另外，在橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)過程中，如果監(jiān)測(cè)出病害情況，檢測(cè)參數(shù)就會(huì)表現(xiàn)出異常狀態(tài)，橋梁結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)的最終目的是通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)判斷出橋梁結(jié)構(gòu)病害表現(xiàn)，并在深入研究后，得出橋梁結(jié)構(gòu)安全度系數(shù)。

2 橋梁結(jié)構(gòu)的安全監(jiān)測(cè)類型

2.1 結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測(cè)

橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測(cè)主要有定時(shí)監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，具體的監(jiān)測(cè)任務(wù)主要有以下幾方面：第一振動(dòng)監(jiān)測(cè)對(duì)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)、沖擊力、模態(tài)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè);第二聲學(xué)監(jiān)測(cè)對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)的各種噪聲、聲阻、超聲、聲發(fā)射等進(jìn)行監(jiān)測(cè);第三溫度監(jiān)測(cè)對(duì)實(shí)時(shí)溫度、溫差、溫度場(chǎng)、熱像進(jìn)行監(jiān)測(cè);第四功能監(jiān)測(cè)對(duì)結(jié)構(gòu)各方面的功能指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè);第五強(qiáng)度監(jiān)測(cè)對(duì)預(yù)應(yīng)力、重力、承載力等進(jìn)行監(jiān)測(cè);第六結(jié)構(gòu)外部特征監(jiān)測(cè)主要對(duì)變形、裂紋、斑點(diǎn)、凹坑監(jiān)測(cè)。不同的監(jiān)測(cè)任務(wù)有不同的監(jiān)測(cè)控制因素，因此監(jiān)測(cè)物理因素也有不同。通常對(duì)結(jié)構(gòu)整體響應(yīng)、結(jié)構(gòu)局部響應(yīng)，以及環(huán)境和荷載情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)、預(yù)警和狀態(tài)評(píng)估。

2.2 病害診斷

病害診斷是通過橋梁結(jié)構(gòu)病害特點(diǎn)和決策方法選擇診斷方式的一種方法，該方法可以依賴模型進(jìn)行診斷，也可以不依賴模型進(jìn)行診斷，以此形成了兩種診斷方法，這兩種診斷方法一般采用的是決策法和分離法，具體診斷方法有閥值邏輯法和對(duì)比診斷法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、專家系統(tǒng)法、模式識(shí)別法、模糊數(shù)學(xué)法。

3 橋梁結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)動(dòng)力響應(yīng)法

3.1 動(dòng)力響應(yīng)監(jiān)測(cè)振動(dòng)模態(tài)法

為了準(zhǔn)確地檢測(cè)出結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化情況，需要對(duì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)和結(jié)構(gòu)損傷程度進(jìn)行量化分析，振動(dòng)模態(tài)法就是一種量化方法。橋梁振動(dòng)模態(tài)一般采用的是試驗(yàn)?zāi)B(tài)測(cè)試分析法，對(duì)結(jié)構(gòu)不同位置振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，以此得出橋梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)模態(tài)化參數(shù)，通過參數(shù)確定出結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)。這種方法安全性強(qiáng)，應(yīng)用程度高，可以更加精確的分析出結(jié)果病害敏感參數(shù)，在進(jìn)行參數(shù)識(shí)別時(shí)可以選擇以下幾種方法：第一，簡(jiǎn)易模態(tài)參數(shù)對(duì)比法;第二，模態(tài)保證準(zhǔn)則模式診斷法;第三，模態(tài)能量轉(zhuǎn)變對(duì)比法。

3.2 動(dòng)力響應(yīng)監(jiān)測(cè)應(yīng)變模態(tài)法

動(dòng)力響應(yīng)監(jiān)測(cè)應(yīng)變模態(tài)法也是應(yīng)變法，應(yīng)變是指移動(dòng)導(dǎo)數(shù)，不同移動(dòng)模態(tài)有對(duì)應(yīng)的固定應(yīng)變分布狀態(tài)，其和移動(dòng)模態(tài)對(duì)應(yīng)的固有應(yīng)變分布狀態(tài)結(jié)合在一起，就形成了應(yīng)變模態(tài)，應(yīng)變模態(tài)可以直接反應(yīng)結(jié)構(gòu)的初始特點(diǎn)。通過模態(tài)質(zhì)量、模態(tài)剛度、模態(tài)阻尼直接計(jì)算出結(jié)構(gòu)的應(yīng)變場(chǎng)，在計(jì)算時(shí)，可以選擇多種方法計(jì)算結(jié)構(gòu)移動(dòng)模態(tài)振動(dòng)。

3.3 動(dòng)力響應(yīng)監(jiān)測(cè)動(dòng)力系數(shù)法

橋梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)是導(dǎo)致橋梁病害的因素之一，因此需要在橋梁結(jié)構(gòu)底部位置安裝加速計(jì)、速度感應(yīng)器、應(yīng)變傳感器等，以此直接測(cè)量橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)。

4 橋梁結(jié)構(gòu)的評(píng)估技術(shù)

4.1 安全評(píng)估

橋梁結(jié)構(gòu)由正常狀態(tài)轉(zhuǎn)為缺陷問題的過程，也是橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷的過程。因?yàn)闃蛄航Y(jié)構(gòu)形式和體系多樣性，促使橋梁結(jié)構(gòu)損傷形式多樣，損傷過程主要類型為以下幾種：第一，比例損傷：比例損傷程度和結(jié)構(gòu)的使用年限成正比;第二，加速損傷：損傷程度和時(shí)間表現(xiàn)為指數(shù)函數(shù)或者冪函數(shù);第三，突發(fā)性加速損傷：是指某一特定時(shí)刻橋梁結(jié)構(gòu)異常，狀態(tài)變化顯著;第四，突發(fā)損傷：沒有任何隱患問題存在，但是突然發(fā)生損壞。橋梁結(jié)構(gòu)安全監(jiān)和評(píng)估的目的是不同的，安全監(jiān)測(cè)的目標(biāo)是對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性能進(jìn)行綜合分析后，保證車輛安全運(yùn)行，分析結(jié)果也可以為橋梁維護(hù)和修復(fù)提供技術(shù)參考。橋梁結(jié)構(gòu)安全評(píng)估是通過特定的數(shù)據(jù)信息對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)可行性進(jìn)行分析并得出結(jié)果的過程，橋梁結(jié)構(gòu)安全評(píng)估旨在是通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)或者定期檢測(cè)后的數(shù)據(jù)結(jié)果，來推斷結(jié)構(gòu)發(fā)展變化的過程，由此確定結(jié)構(gòu)的安全使用時(shí)間。

4.2 結(jié)果壽命預(yù)測(cè)

第一，建立理論模型。依據(jù)安全監(jiān)測(cè)后的結(jié)論研究數(shù)據(jù)，建立結(jié)構(gòu)使用壽命模型，并推斷其使用年限，但是這種理論模型方法有一定的弊端，應(yīng)用程度低;第二，累積應(yīng)力跟蹤，通過計(jì)算結(jié)構(gòu)應(yīng)力累積數(shù)據(jù)，分析結(jié)果發(fā)生問題、變形后的損傷程度，這種方法可以應(yīng)用在加速損傷、急劇損傷結(jié)構(gòu)類型研究中，應(yīng)用較為普遍;第三，特點(diǎn)參數(shù)跟蹤，通過定期或者實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，得出結(jié)構(gòu)特點(diǎn)參數(shù)，這種方法可以應(yīng)用在加速損壞、急劇加速損壞類型中，應(yīng)用程度較高。特征參數(shù)跟蹤法可以對(duì)監(jiān)測(cè)的橋梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)參數(shù)的變化數(shù)據(jù)確定診斷時(shí)間，并分析出診斷時(shí)間內(nèi)的特點(diǎn)參數(shù)數(shù)值，從而判斷出結(jié)果剩余使用年限和出現(xiàn)病害情況的特點(diǎn)。

5 結(jié)束語

總之，以上結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)和評(píng)估方法可以得出精準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和指標(biāo)，為橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制定提供數(shù)據(jù)支持，便于人們對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)功能性進(jìn)行研究。

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