桥梁结构检测和安全评价发展概述

桥梁结构检测和安全评价发展概述

【摘要】本文主要从国内外尤其是我国国内出发,对桥梁结构检测和安全评价发展进行了概述,以便今后继续性研究奠定一定的理论基础。

【关键词】国内外;桥梁结构;检测;安全评价

1 国外(美国)桥梁结构检测和安全评价的发展

20世纪80年代初的调查结果显示,美国全国共有566000座公路桥梁,调查报告中叙述了514000座桥梁,其中有40%以上桥梁都有不同程度的损坏,98000座桥梁结构的强度降低,只能停止或限载通行,102000座桥梁行车道太窄,桥下净空不够或承载力不足。由于桥梁陈旧老化、失修,倒塌事故不断发生。原联邦德国曾于70年代末对一个州的1500座钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土公路桥做了全面检查。结果发现,对于钢筋混凝土桥梁:桥龄在50-60年的桥梁中,至少有一处严重损伤的占27%,至少有一处重要损伤的占64%,至少有一处中等损伤占77%;桥龄在30-35年的桥梁中,至少有一处严重损伤的占13%,至少有一处重要损伤占37%,至少有一处中等损伤占53%;桥龄在20-30年的桥梁中,上部结构至少有一处严重损伤的占8%,至少有一处重要损伤的占24%,至少有一处中等损伤的占46%。预应力钢筋混凝土桥的损伤情况比钢筋混凝土桥更严重,20-30年桥龄的预应力混凝土桥,有将近50%的桥梁上部构造至少有一处重要损伤,其中2/3至少有一处中等损伤。

2 国内桥梁结构检测和安全评价的发展

近年来,随着我国交通运输事业的不断发展,大量低等级公路被

改建扩建,服役桥梁能否继续使用已成为公路建设决策部门的一件大事。20世纪70年代以前修建的大量低标准公路桥梁已达到或接近设计年限。根据80年代和近年的几次公路调查结果,已有相当数量的桥梁发生了不同程度的老化、损坏,危桥的数量逐年增长。特别是50年代和60年代建造的一些桥梁,普遍存在着因设计荷载较低,承载力不足,桥面过窄和老化、破损、裂缝等问题。还有一部分桥梁因受意外荷载的作用或周围环境的变化如撞击、河道疏浚,洪水冲击桥下或桥旁的挖掘等而引起损害。资料统计,到20世纪末,我国公路危桥数量已达445l座,总长度达16万延米。用于作为运营中的桥梁,除非万不得已,不可能中断交通来进行检测,也决不允许检测过程造成结构额外的损伤。因此,在诸多检测中方法中,普遍使用的是无损检测(nondestructive evaluation,nde)。目前用于桥梁结构上的nde方法主要包括:声发射、回弹锤、层析摄像仪、雷达、超声波、振动模态分析等。研究表明,今后无损检测最有发展前途的一种方法就是结合系统识别、振动理论、振动测试技术、信号采集与分析等跨学科技术的试验模态分析法。

拱桥是混凝土桥梁中有代表性的一种。拱桥是有水平推力的桥型结构,其主要承载结构是主拱圈,在恒载作用下,一般仅承受轴向力,在外荷载作用下还将承受弯矩和剪力。由于拱桥系超静定结构,受力复杂。加之拱上建筑的联合作用,难于像梁式桥那样,简单地以计算和实况直观类比法评定其承载能力,此方面的研究已经成为国内

外桥梁界研究的主要攻关课题。

桥梁结构状态检测分为局部检测和整体检测,主要检测方法有如下几种:表观检测方法、仪器检测方法、静态检测方法、动态检测方法等。其中,表观检测方法是通过人的视察对结构的外在状态进行调查,表观检测及分析已经有了一定的技术规程可循,这部分存

在的主要问题是检测结果的管理和如何将表观破坏与结构的状态

指标和能力联系起来;仪器检测方法主要包括半破损和无损检测方法(ndt),主要采用各种技术仪器,如x射线、超声波、显微镜、声学及光学仪器对局部结构进行检测。用于局部检测的设备价格昂贵,实验数据的解释需要专门的知识。进行局部检测之前,需要对损伤的部位有大概的了解,检测部位必须是人员、设备可以达到的地方;静态检测方法是对桥梁进行静载试验,量测与桥梁结构性能有关的参数(变形、挠度、应变、裂缝等),根据这些参数,分析结构的强度、刚度及抗裂性能,据此判断桥梁的承载能力;动力荷载试验的目的

在于研究公路桥梁结构的动力性能,该性能是判断桥梁运营状况和承载能力的重要标志之一。

最近十几年来,研究者试图扩大检测方法的范围和功能,主要思

想如下:结构损伤的发生必然导致结构参数(刚度、阻尼和内部荷载)的改变。如果恰当地估计出这些变化,就能给结构损伤状态的评估提供一个量化的方法。利用振动方法对桥梁进行结构损伤检测的基础是从桥梁振动模态的变化中能够估计出桥梁结构参数的变化。桥梁振动模态通常可用常规的实验模态分析测试方法得到。在桥梁的

不同位置布置测点,通过结构损伤发生前后由这些测点记录的信工程结构的健康检测和安全性评价息可提取出的桥梁振动模态参数

特性参数的变化,以此来确定结构损伤发生的位置、大小及结构损伤类型。胡大琳等对钢筋混凝土梁进行不同荷载等级重复静载和动载的交替试验,测出结构从完整到破坏不同荷载等级作用后的频率、振型和阻尼等模态参数,考查其与梁承载力的关系,得出了梁频率与荷载等级之间的关

系和极限频率作为评定承载力依据,由频率和荷载等级关系的经验公式进行非线性外推求极限承载力,对钢筋混凝土梁桥进行承载力评定;李国红等对多跨混凝土连续梁桥进行了动态性能测试。

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