桥梁损伤检测与诊断方法研究

２００２年　第２３卷　９月　第３期　郑州大学学报（工学版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｓｃｉｅｎｃｅ）　Ｓｅｐ．　２００２　Ｖｏ１．２３　Ｎｏ．３　

文章编号：１６７１—６８３３（２００２）０３—０１０４—０３　

桥梁损伤检测的曲率模态方法探讨　

禹丹江，陈　淮　

（郑州大学土木工程学院，河南郑州４５０００２）　

摘要：曲率模态是结构损伤识别的敏感标示量，采用数值仿真方法，把曲率模态用于桥梁损伤识别，　在位移模态中引入噪声之前，曲率模态检测方法能准确判断出损伤的位置，此时，检测结果有很高的准　确度和精度，可以检测出结构中出现的损伤．引入噪声后，当位移模态噪声小于１％时，噪声的影响不太　明显，仍可以把损伤位置检测出来，但当位移模态噪声大于１％后，不能把损伤位置检测出来．　关键词：桥梁损伤；检测；曲率模态；数值仿真　中图分类号：０　３４６．５　文献标识码：Ａ　

随着我国交通运输事业的发展，各种大、中型　桥梁不断涌现．如何保证已建和将要建设桥梁结　

构的安全性与使用耐久性越来越受到人们的关　

注．对于已建桥梁，随着使用年限的增加，其强度、　刚度等性能必然下降，桥梁出现损伤，其承载能力　

是否满足要求，新建桥梁的施工质量是否达到设　

计标准，诸如此类的问题使得桥梁损伤检测变得　

更为重要，实践证明，很多桥梁灾难性事故常常是　由微小损伤引起的．因此研究判别桥梁是否有损　

伤、损伤程度与损伤位置及其剩余寿命等问题具　有重要的实用价值…．　

根据结构动力学理论可知，结构损伤的存在，　必然会影响到结构的动态特性，使得各种结构参　

数在不同程度上受到影响，一般会降低结构的刚　

度、增大阻尼、改变振动频率与振动模态、引起结　构边界条件的变化等，使结构显示出与正常结构　

相区别的动态特性，所以可以利用结构系统各种　

模态参数的变化作为特征标识量来诊断结构的损　伤，对这类方法的研究已成为世界范围内相关的　

工ｌ程｝科Ｉ技　关于检测筒支桥梁　科　置损伤的方法的探讨　

（中交第三公路工程局有限责任公司第四工程分公司，湖北宜昌４４３７０３）　摘要：随着经济的快速发展，桥梁广泛应用于公路工程建设中和公共设施中。人们往往忽视了对桥梁的精心养护，近年来由－ｔ－，￣戴运输、赶　限运营、超速行驶的冲击，给桥梁结构造成极大的破坏，因此定期对桥梁进行检验和评估，了解和掌握其损害的发展趋势，建立桥梁避营援案　桥　梁的安全使用和维修加固提供基础资料具有越来越重要的意义。本文简述桥梁检测分析的内容、方法。　关键词：简支桥梁；检测分析；内容及方法　１简支桥梁　１．１结构型式　１．１．１按材料分：有钢筋混凝土结构、预应　力混凝土结构及混合结构（即预应力混凝土预　制构件，钢筋混凝土连续构造）。　１．１．２按预制构件施加预应力的方式分：有　先张法预应力混凝土结构、后张法预应力混凝　土结构、及复合式预应力混凝土结构（即预制构　件先用先张法施加一部分预应力，在构件中预　留孔道，当安装就位后，再用后张法继续施加预　应力）。　１．１＿３按预制构件上部构造断面形式分：普　通空心板、大孔空心板、工形梁或Ｔ形梁、箱形　梁等。　１．２主要构造及特点　１．２．１上部构造：预制构件与装配式简支桥　梁构件相似，但可视主粱间距少设甚至不设中　横隔板。预制主梁靠近现浇连续端与简支桥梁　不同，要注意预埋纵向连续钢筋、横向连接钢筋　及梁底钢板。当现浇连续段采用预应力钢柬时，　应注意预应力管道的预埋并合理设置齿板。　Ｉ．２．２现浇连续段：在形成连续结构后，预　制构件的连续段与预制端横隔板一起组成上部　构造的刚性端横隔梁。施工时要求将它在纵、　横、竖三个方向与主梁可靠结合。现浇连续段的　纵向钢筋可考虑采用普通钢筋或预应力钢束，　采用普通钢筋具有操作简便且不影响主梁已有　的正弯矩钢束预应力效果的优点，而采用预应　力结构则抗裂性较好。　１．２＿３现浇桥面板：是预制构件的整体化结　构，它加强了装配式Ｔ形梁、工字梁或分体式　小箱梁的横向联系和抗扭刚度，加强了预制横　隔板的功能，且用以布置顶板负弯矩区受力钢　筋或钢束。　１．２．４桥面铺装、防撞护栏、桥头搭板、桥梁　墩台基础及其它附属构造如支座、伸缩缝及防、　排水构造等，先简支后连续梁均与其它型式的　桥梁类似。　２检测方法　为了全面系统的检测简支桥梁，此方法从　桥梁的耐久性损伤，安全性，适用性三方面考　虑。采用划分等级，从一级到四级。　该方法遵循了《桥梁养护技术规范》，在参　考建筑结构现状评估研究成果的基础上，将物　元分析的理论引入层次分析法，建立在简支桥　梁耐久性，安全性，适用性得多层次评定。　２＿１分析计算法　首先对被检定的桥梁结构进行检查（搜集　资料，现状检查，材质与地基的检验等），然后将检　查所得的有关资料和检验测量结果，运用桥梁　结构计算理论及有关的经验系数进行分析计　算，从而评定出桥梁的安全承载能力。分析计算　法叉分为经验系数折算和理论计算两种做法。　经验系数折算法是以桥梁原有设计荷载等级为　基础，同时考虑桥梁损坏程度，材料老化程度，桥　面行驶条件，实际交通情况，桥梁建造使用期限　等因素，经过广泛的调查研究确定出各项对应　的系数，从而折算出桥梁安全承载力。理论计算　法是当原桥荷载等级不清楚或上述的各种系数　较难确定时．应用结构计算理论，估算出桥梁结　构可能承受的最大外力（如弯距）；然后，再与实　际检定的荷载相比较，从而判定出桥梁安全承　载力的方法。此法应注意的问题是：荷载计算应　根据实际荷载，即采用需通过的荷载等级进行　验算；材料强度以实测结果为准；应正确地把结　构的缺陷估计到计算中去。　２．２荷载试验法　桥梁结构荷载试验是对桥梁结构物工作状　态进行直接测试的一种检定手段。是对桥梁结　构性能最直观，最可靠的检测方法，按施加荷载　的类型可分为静载试验和动载试验。我国在这　方面有成熟的方法或标准。桥梁结构静载试验　是按照桥梁的设计荷载等级，根据荷载的最不　利位置，布置静载（通常是载重汽车），或者根据桥　梁结构的控制内力确定荷载及其位置。对桥梁　结构进行加载，静载试验的加载量一般为设计　荷载的０．８～１．０倍，试验前应先进行估算。如果　原桥的病害较大，初步判定承载能力将降低，则　加载量可先低一点，逐步加载；若需要进行超载　试验，可逐步提高加载量，但要谨慎，加强检查，加　载方法采用时间短的方式，测试所关心截面的　静位移，静应变，静转角等桥梁结构荷载响应，进　而根据测试结果推断桥梁结构在荷载作用下的　工作状态和使用能力。静载试验可以直接了解　桥梁结构承载情况，验证桥梁结构设计理论和　计算方法，确定和判断桥梁结构实际的承载能　力。可以通过某项结构响应（位移，应变或应力　等）实测值与理论计算值的对比，得到该项响应　的校验系数，从而对桥梁的结构性能进行评价。　桥梁结构动载试验采用车辆通过，冲击或环境　激振等加荷方式，通过采集设备获得桥梁结构　的振动响应信号，对这些信号进行处理得到桥　梁结构的频率，模态等动力特性。进而对桥梁结　构性。对桥梁结构施加荷载（静载或动载），通过　相应的仪器设备获得桥梁结构的响应，可以根　据这些响应进行分析，得到桥梁结构的性能参　数，通过这些参数的变化。对桥梁结构进行损伤　识别与性能评价。　２＿３实物调查比较法　此法是由实际交通情况来检定桥梁承载力　的动态求法。是对被检定桥梁进行相当长期的　观测，根据桥梁通过的车辆荷载，测定车辆通过　时桥梁各主要部位的挠度（跨中或，　生挠度最　大处）。应变，应力，裂缝开展情况锌数据燃后对　这些数据进行统计分析．从而得出桥粱可以承　受的荷载等级。对不同的桥梁构件，承载能力的　表达方式是不同的。例如对于受轴向力为土的　单元可采用轴力的标准；而对受弯构件则需采　用弯矩（或弯矩和剪力的联合）作为判据。　其分析步骤如下：ａ．分析各桥梁构件在设计　活载（如汽２Ｏ或汽超２ｏ）下的最大弯矩．剪力，　铀　力，变形等；ｂ．计算各桥梁构件的恒载内力（包括　弯矩，剪力，轴力，变形等）；ｃ基于各桥粱构件的　真实截面特性以及设计规范所给定的指标计算　各单元的承载能力；ｄ．计算各桥梁构件的活载　承载能力（由步骤３和步骤２的计算值相减即　可）．ｅ．步骤４和步骤１的计算值之比即可作为　各单元的承载能力评价指标。这种方法以普通　的结构分析和现行的设计规范为基础，结合寥　桥检测的结果进行评估，易为评估者接受累　理　解，但在对结构失效模式的判断以及尉结陶　线性的处理上仍存在很大的困难。　３检测意义　通过对桥梁的使用状况、缺陷及损伤进行　全面、细致、深入的现场检测，明确缺陷和损伤　的性质、部位、严重程度及发展趋势，寻找缺陷　及损伤产生的原因，以便分析、评价缺陷及损　对桥梁使用性能和承载力的影响，为桥梁维护、　加固基改造设计提供及时、有针对性的第一手　资料。　通过对桥梁的全面检测，系统地收集当前　桥梁技术数据，积累技术资料，为充实桥梁数据　库、加强桥梁Ｎ－ｑ：管理和提高桥梁技术水平提　供必要条件；通过合理设计检测的方法，辅以布　设长期监测设备，逐步建立桥梁健康监测系统，　确保桥梁长期安全运营，以发挥其最佳经济效　益和社会效益。　桥梁结构的养护、检测及维修加固是桥粱　营运后的重要任务之一。是桥梁结构使用功能　得以最大发挥的基础，也是行车安全的保障。就　我国道路交通现状而言，桥梁检测和加固重要　性和迫切性日益凸显。　参考文献　『１１涂兵．桥梁工程施工『Ｍ１．北京：高等教育出版　社，２００５，７．　【２】贺拴海．公路养护技术论文集【Ｍ１．北京：人民　交通出版社．２００８．　『３１陈见周．公路养护技术论文集『Ｍ１．北京：人民　交通出版社，２００７，１．　

桥梁检测方法的探索研究

摘要：桥梁运营通车以后，在诸多因素影响下，桥梁安全度的有所下降，影响行车安全，严重情况危及人类生命财产安全。影响到桥梁使用安全地因素较多，设计阶段中，设计资料与实际中存在误判；施工过程，施工未按照规范要求达到规范设计要求、抢工期、材料以次充好等原因；运营中，桥梁未按照规定进行维修养护、车辆的荷载增大或者是交通量的剧增等因素造成桥梁安全度下降。所有建立对桥梁安全评估、承载能力判定的方法就尤为重要。对旧桥梁进行科学损伤检测、评估，充分的利用了桥梁实际的情况，为桥梁养护提供经济科学的依据，还避免了灾害性的事故出现。下面就结合实际工作经验，简要的分析桥梁检测方法。

关键词：桥梁检测；检测方法；安全性

前言

随着对桥梁安全的日益重视，对桥梁检测也进行了经常检查、定期检查及特殊检查的规定，越来越频繁的检测中：探索桥梁检修的方法及其手段就尤为重要。通过对对国内外当前的桥梁检测状况及其检测方法进行研究，详细的评述其桥梁的检测手段。现阶段桥梁检测的方法将利于桥梁安全的使用，是确保桥梁使用重要滴指标，对桥梁安全事故将有着重要的意义。

1 桥梁工程检测的必要性分析

桥梁工程检测主要的目的在于为有效及时，并且合理地对劣质桥梁进行处理，有效地降低了工程养护管理的成本，进而有效的确保交通运输质量、通畅性。避免出现不必要的人员伤亡及其财产地损失。但是，在桥梁使用过程中，经常出现一些质量的问题，使得桥梁工程检测的工作受到了社会各界人士广泛关注。桥梁工程出现缺陷以及质量的问题原因，主要有下面几点：

第一，在公路桥梁工程完工之后，质量和最初的设计还存在着较大地差距，主要是施工过程中，施工人员并没有严格按照过程施工方案图纸进行建设。第二，在桥梁使用过程中，往往不可避免地发生了安全隐患以及损害的问题，这些对路桥承载力、及耐久性有着重要影响。第三，在我国交通行业不断发展下，交通车辆的数量也在随之增多，对桥梁工程整体的性能要求更高。所以，我们必须不断地提升桥梁工程施工质量，加强桥梁质量检测，以避免安全事故出现。

桥梁结构损伤诊断和加固研究进展

摘 要：近年来随着我国路网改造、旧路改建和公路等级的提升，交通量的日渐增大，重型车辆的日渐增多，对原有的公路旧桥的通行能力要求愈来愈高，确定此类公路桥梁的实际使用状况和实际承载力就显得尤为迫切。于是桥梁结构的检测、评估和加固就成为结构安全养护、正常使用的保证措施之一。如何对桥梁结构进行质量检评和加固也已成为国内外学术界、工程界研究的热点。

关键词：检测评估损伤理论 结构分析 加固

1. 前言

1.1 国内外运营桥梁现状

随着现代理论研究的不断深入，以及建桥技术的成熟和完善，各种新材料、新工艺修建的拱式桥层出不穷，但随着时间的推移，任何公路桥梁最终都将成为旧桥;经过长期使用的结构难免也会因各种原因使结构发生各种各样的损伤，存在不同程度的病害和缺陷。需要维修、加固和改造。

1.2 桥梁结构损伤的类型和方式

桥梁结构中的损伤，主要是由于材料中损伤的累积而造成的。按照结构损伤的成因来分类，可分为应力(应变)损伤和腐蚀损伤。应力(应变)损伤是结构中应力或者应变集中引起的局部材料损伤及其累积;而腐蚀损伤也即环境损伤是由于不利环境(海洋性空气湿度、工业盐环境、环境污染、酸雨、含硫很多的介质等)造成的构件表面受到侵蚀、材料劣化、局部产生缺陷、承载面积减小。上述两类损伤，后者的成因是化学的，前者的成因是力学的，是损伤讨论的重点。

2. 桥梁损伤诊断的方法

2.1 动力指纹分析法

动力指纹是指从动力测试中获取的含有结构特性信息的动力响应及其衍生物理量。结构一旦发生损伤，其结构参数，如刚度、质量、阻尼等会发生改变，从而导致相应的动力指纹的变化。动力指纹损伤诊断法的基本思想是寻找与结构动力特性相关的动力指纹，通过分析与结构动力特性相关的动力指纹变化来诊断结构的损伤状况。

2.2 模型修正法

模型修正法的基本思想是使用动力测试资料，如模态参数、加速度时程数据、频率响应函数等，通过条件优化约束，不断地修正模型中的刚度分布，使其响应尽可能地接近由测试得到的结构实际的动态响应，最终实现结构的损伤判别与定位。