公路混凝土桥梁损伤评估及检测技术研究

时间：2024-07-28

(重庆交通大学土木工程学院，重庆 400074)

公路混凝土桥梁损伤评估及检测技术研究

张宇

(重庆交通大学土木工程学院，重庆 400074)

对桥梁损伤完成准确的诊断和评估，对于桥梁的维修和保养工作和保证桥梁长期稳定使用，有较深远的实际意义。现阶段，国内外专业人士对这问题高度重视并积极开展研究和交流。通过对公路桥梁损伤评估技术开展深入研究，并且重点说明公路混凝土桥梁损伤评估当中的关键问题，以此延长桥梁的使用寿命。

桥梁损伤；公路工程；混凝土检测

1 混凝土桥梁结构损伤的原因

1.1 规划不当

混凝土桥梁建设时，应当提前做好规划措施,并且对施工的可行性进行研究和探讨。也就是桥梁工程建设是否会对经济发展、环境、人文等方面的影响，进行详细考察和评估。如今的桥梁建设，较为常见的问题有以下三点:①桥梁建设缺乏长期规划，没有进行可行性调查，导致在实际施工中问题频出，进而引发一些桥梁结构问题；②地质、水文内容调查不够充分，或者调查数据不够准确，导致桥梁出现沉陷、或者移动情况；③计划的交通量不够，使得混凝土桥梁出现疲劳损坏的糟糕情况。

1.2 设计不良

设计不良主要体现在以下几点：①设计方法考虑不全面，容易导致桥梁结构设计出现问题，进而影响到桥梁耐久性和使用时间。②设计规范不完善，现阶段很多桥梁设计，主要是根据当时技术而设计，具有一定局限性，会出现荷载组合不全、或者荷载取值偏小的问题。③设计人员自身问题，由于设计者能力不同，难免会出现设计漏洞，或者出现人为的失误，从而使桥梁结构损伤埋下隐患。④结构造型和构造存在缺陷，主要是缺乏对结构造型、以及连接构造的充分考虑，致使受损伤情况严重。

1.3 施工不严

受到施工管理能力和技术能力影响，在实际施工阶段存在一些问题：①对混凝土得搅拌不是很均匀，出现部分漏振现象；②施工中偷工减料，不符合原材料的设计要求；③混凝土强度的质量控制监控不够严格，从而影响到混凝土桥梁结构的承载能力；④施工人员理解图纸出现错误，监管人员工作不够负责，导致桥梁建设难以达到预定目标，缩小桥梁使用年限。

1.4 荷载作用

荷载作用也是混凝土桥梁结构损伤的最主要因素，荷载作用较大容易导致桥梁结构或者承载能力出现问题，导致结构发生变形，致使桥梁无法正常使用。此外，荷载作用容易使桥梁疲劳，进而影响桥梁的抵抗能力，致使其出现疲劳破坏。

2 混凝土结构的桥梁损伤诊断

2.1 模型修正的方法

为保证诊断方式的准确性，可以通过合理构建非损伤分析模型，进而开展混凝土结构桥梁动静荷载实验，然后进行判断和分析，检测数据的准确性，最后做好修正工作。比如说，振型、频率的内容。研究人员可以对刚度、材料参数进行严格的修正，以此分析我国公路混凝土桥梁的结构中非损伤。为将损伤的结构与测试模式有效结合，在模型计算模态时，可以进一步优化损伤中的诊断方法，对于受损单元的刚度较少情况，准确做出判断；而相关测试人员也应当能够针对刚度变化情况，分析和评估对桥梁损伤的定位影响以及实际损伤程度。

2.2 神经网络法

神经网络法具有一定的智能性质，作为损伤识别方法，神经网络法主要是采取数值求解法开展实践操作，以此完成实测法研究，最终有效获取物理量。在物理量的输入阶段，需要根据训练样本参数进行考虑，并且可以在个别情况下，能够使应用结构缺陷得到广泛性应用，将缺陷向输出参数进行转化。随着研究的深入，发现神经网络法在处理非线性问题方面，有很强大的影响力，足够满足混凝土桥梁结构的诊断评估要求。现阶段，经常使用的神经网络模型主要有对偶传播神经网络、和BP网络模型等网络模型。神经网络在容错性能方面具有良好的表现，同时对于输入的参数，不做较高要求，应用空间较为广泛。

2.3 动力指纹分析方法

动力指纹分析方法也可以称作为对比法。在公路混凝土桥梁结构受到损伤以后，经常使得参数发生改变，从而影响动力指纹的变化。在开展损伤识别工作前，需要进一步完善损伤位置、以及数据库等数据信息，同时需要合理对比数据库系统存档数值以及实测值。动力指纹分析方法，敏感度较差，需要投入较多的人力物力，工作量较大，并且不易建立对比损伤情况的数据库。所以，动力指纹分析法，经常只在地震之后桥梁结构的内部不可见损伤。

2.4 专家系统法

专家系统法也就是模拟专业的方法，主要是利用计算机程序科学分析工程项目。诊断桥梁损伤时，可以利用计算机，充分分析混凝土结构的桥梁损伤情况。专家系统法的准确性更高一些，并且效率也更为理想。并且专家系统法不易受到环境因素所干扰；但因为混凝土它有多样性和离散性的特征，从而专家系统法并不有利于在现实应用中推广。

3 混凝土结构的桥梁损伤技术检测

3.1 外观检测技术

直接观测方式，通常也是最为多用的检测结构损伤的一种手段。对于混凝土结构的桥梁外观进行检测，需要详细观察桥梁裂缝情况、以及其他相关问题，以此客观科学的对桥梁使用现状进行评估。但是，外观检测方法不够完善，具有一定的局限性，比如说个别重要的损伤，可能在结构内部或者不易发现的地方发生损伤，所以外观检测方法准确性不够理想。此外，对于桥梁混凝土结构剩余强度的分析，外观检测技术也无法充分给予定量描述。

3.2 静载检测技术

对于桥梁结构性能的检测，利用静载检测技术，能够更加科学的识别出桥梁的参数信息以及桥梁承载能力。通过具体测试结果，能够发现混凝土桥梁的结构刚度、强度、以及抗裂能力，都需要同桥梁结构反应参数紧密联系起来综合分析，从而更加有利于准确的识别出混凝土桥梁的实际的承载能力。通常来讲，静载检测技术具有较为强大的稳定性能，同时其检测精度较高；但是如果采取静载检测技术，需要耗费相当长的时间，而且需要投入大量的资金，并不适合在实际桥梁损伤检测工作中使用。

3.3 振动检测技术

振动检测技术主要是由两部分组成，它们是激振技术和试验模态分析。个别情况下，在结构的实际动态测试环节中，都会受到激振的影响，进而使测试的速度以及测试的精度都难以满足规范要求。激振又可以分类为随机、瞬态、和瞬态随机这三种振动。随机激振能量较小，无法满足平稳的噪声。因此，在实践检测中，在实践检测中，多数情况下采用瞬态激振。但是瞬态激振不利于交通顺畅，甚至会导致桥梁出现损坏的情况发生。试验模态分析，主要是先确定描述结构系统固有的频率，之后对振动类型参数来个确认。在实际测试阶段，需要优化布置传感器与激振器，保证检测结果与显示一致。