桥梁结构检测及其承载力评定分析

桥梁结构检测及其承载力评定分析

【摘要】随着我国城市建设速度的加快，国家对于交通行业投入日益增多，大量公路桥梁先后兴建，通过对桥梁结构的检测，对桥梁的损伤情况和程度进行诊断，对桥梁的可靠性、耐久性和承载能力进行评估，为桥梁的维修、养护与管理决策提供依据。本文主要介绍了桥梁结构检测的方法及承载力的评定方法，针对我国桥梁检测发展的现状来对技术作出综合的评价。

【关键词】桥梁结构；检测；承载力；评定

随着我国城市建设的发展速度越来越快，对于城市交通的建设也越来越多，尤其是桥梁建设方面，大型、特大型桥梁如雨后春笋，出现在祖国大江南北。桥梁结构检测是保证桥梁正常使用、进行维修加固的重要依据。通过桥梁结构检测，评价桥梁技术状况，记录桥梁基本特征，为桥梁承载能力评定和日后养护、维修和加固的决策提供科学依据和支持，确保桥梁长期处于良好的工作状态，最终体现于对营运的桥梁进行有效管理和状况监控，从而保证公路桥梁工程质量及人民生命和财产安全。本文介绍了桥梁结构检测的方法及承载力的评定方法，针对我国桥梁检测发展的现状来对技术作出综合的评价。

1 我国对现行的桥梁承载力的评定方法

1.1病害调查经验评定法

这种方法对于具有很强的专业性，除了要求专业的规范依据以外，还要求负责检查的工作人员拥有丰富的现场经验和专业的理论知识。当工作人员对损坏的桥梁进行检查时，除了进行的一些基本检查以外，还要对出现损伤的部位进行严密的检测，包括受损的性质，严重的程度以及后果影响等等，首先要调查清楚为什么会造成这种损伤，这种损伤会对桥梁产生什么样的影响，并针对其产生原因采取合理的维修技术和保护方案进行修护，保证桥梁的质量和其承载力不受影响。

1.2综合分析法

此种方法除了检查桥梁的基本情况之外还要对折减后的桥梁承载力进行验算，主要目的是通过对验算的结果和桥梁结构间的裂缝进行分析，来评估桥梁建设的材料的受损情况。那么怎样对承载力进行验算呢？主要的依据方法是采用无破损的方式对建设桥梁的一些材料进行检测，例如混凝土的强度、碳化的深度、电阻率和氯离子的数量、以及混凝土的厚度和钢筋的腐蚀情况等等。

1.3分析计算法

测试人员先对桥梁进行基本的检查，将得到的数据资料通过一种固定的计算方法来进行分析计算，这种方法涉及到了桥梁结构方面的计算理论和相关的经验

系数，通过综合分析计算测出桥梁的安全承受力。有关专家一般把分析计算法分为两种：经验系数折算及理论计算。由于条件因素不同，采用的计算方法也不一样，区分这两种算法的依据就是是否知道所检测的桥梁的荷载等级系数。值得注意的是，测试人员进行检测计算的过程中，所测的荷载和材料的强度都应该以实际为准。

1.4荷载实验法

通常直接检测桥梁的运营状态的检测测试称为桥梁结构荷载实验法。它是一种直接有效的检测手段，能够直观可靠的检测出桥梁的承载力，并且根据加在桥梁上的荷载类型把检测方法分为静力荷载试验及动载试验。国家相关部门针对这种方法还专门制定了一些标准和规范。静力荷载试验是指通过在桥梁结构上施加与设计荷载或使用荷载基本相当的静态外加荷载，利用检测仪器测试桥梁结构控制部位与控制截面的力学效应，从而评定桥梁承载能。我国规定的静载加载量应为荷载的0.8～1.0倍之间，而且在进行试验之前应该先进行估算比较合理。动力荷载试验是通过测试结构或构件在动荷载激振和脉动荷载作用下的受迫振动特性和自振特性，以分析判断结构的动力特性，即有关桥梁的冲击系数、结构频率、模态特征等，从而测出了桥梁的结构特征。不论对桥梁结构施加的是动载还是静载的荷载，收集来的响应信号分析后可以全面得到桥梁结构的特性参数，桥梁测试分析人员根据这些参数来评价桥梁的性能和识别结构的损伤。

2 关于桥梁结构的检测方法

2.1静态检测方法

为了能够检测出在正常情况下一座桥梁的结构是否处在科学合理的工作状态或者它的使用情况是否正常，静力加载试验（静态检测）是桥梁测试准备时间最长也是最为重要的测试试验。静力加载试验时，载重货车将模拟多种工况下对桥梁结构的加载，利用多种检测仪器（电阻应变仪、千分表、挠度计、裂缝计、全站仪等），对测试桥梁结构控制部位与控制截面在各级试验荷载作用下的挠度、变形、应力、混凝土桥可能出现的裂缝、荷载横向分布规律等力学效应，测试人员以根据数据得出有关桥梁的特性参并与桥梁结构按相应荷载作用下的计算值及有关规范规定值作比较，从而计算出桥梁的结构强度、韧性和抵抗裂缝的能力，也就判断出所测的桥梁的承载力。

2.2动态检测方法

动态检测包括桥梁自振特性参数测试、桥梁动力响应测试和索力测试。

测定桥梁自振特性的激振方法通常采用随机环境激振方法和强迫振动法。随机环境激振法（脉动试验法）是指在桥面无任何交通荷载以及桥址附近无规则振源的情况下，测定桥跨结构由于桥址处风荷载、地脉动、水流等随机荷载激振而引起的桥跨结构微小振动响应；强迫振动法通常是利用激振机械对结构激振，根据共振效应，得到结构的自振特性参数。其缺点是需要较为庞大的起振机设备，

运输和安装不方便，同时安装起振机对桥面将产生一定的损伤。目前大型桥梁如泰州长江大桥（2×1080米）、嘉绍大桥（5跨×428米）、马鞍山长江大桥（2×1080米）不断建成，随机环境激振方法和无线信号采集仪由操作方便、效率高于成为此类桥梁测试的主流方向。

桥梁动力响应测试可采用行车试验激振，即通过加载车在多种工况下（速度、障碍物）行驶产生激振，测试人员可以根据行车对桥梁的作用推算出桥梁结构的动力特性，主要包括桥梁结构动位移、动应变、动力放大系数和冲击系数。动变形采用位移传感器或光电变形测量装置，动应变可采用动态应变仪，为确保信号不失真，设备的采集频一般应大于所关心的桥梁结构自振频率的10倍以上。对于具有索结构的桥梁如悬索桥、斜拉桥则需要进行索力测量。索力测试采用基频测试法，即测出拉索的横向振动频率，再计算出索力。其特点为快速、方便、经济，适合进行现场测试。拉索频率测试时可采用环境随机振动法或人工激振，计算时需要根据桥的类型和索的特点进行修正。

3 有关桥梁结构的性能指标检测

3.1在动载试验下的结构性能检测

桥梁结构的组成方式、重量的分布、材料的质地以及刚度都可以对结构的动力特性产生影响，对固有频率进行测定时要根据被测桥梁结构的难易程度考虑固有频率，在实际的测量中通过桥梁的振动信号，测试人员可借助FFT（快速傅里叶变换）快速得到桥梁的一阶固有频率。对于二、三乃至更高阶的频率需要通过一定的系统建模和曲线拟合的方法进行识别。为保证测试过程的高效、有序、完整，测试人员需要实际测试情况需要事先布置好周密的测试方案，如仿真计算数据、测点、测试距离等。

对于阻尼的检测一般通过信号的衰减曲线对数衰减率或者频谱半功率带宽法来计算来判断。

冲击系数的检测，也就是行车在桥梁上行驶时对桥梁结构产生的冲击力与汽车本身荷载的比值，一般采用的方法是通过测量桥梁结构的动应变或者是动挠度进行计算。在试验时加速度、速度、变形测试，最好直接测试所需的物理量，不宜测试间接物理量再通过数学（如积分）运算得到所需的物理量。

3.2 在人工神经网络下结构性能检测

人工神经网络是以动物的神经网为模型，通过信息的分析和计算而研发出来的一种数学模型。由于它具有很好的优势，即能够对输入的参数实现非线性映射得出输出参数，因此对于非线性的混凝土桥梁来说，它非常适用。在判断桥梁结构的损伤时，人工神经网络把结构中的一些频率或振型经过数值求解后当作输入参数，把损伤桥梁处的结构参数包括刚度、阻尼特性和荷载量等当作输出参数，经过自身的组织学习实现非线性映射，进一步反向求出问题的解，从而得到桥梁被损坏的情况。在实际中用到的网络神经模型不止一种，常见的有包括BP网络