摘要：近年來，隨著我國交通運輸事業(yè)的發(fā)展，橋梁的重要性越來越大，其通行能力、承載能力和結(jié)構(gòu)安全是交通正常運行的關(guān)鍵，但由于交通量的增大、重型汽車的增加以及人類或自然環(huán)境影響，我國現(xiàn)役橋梁劣化程度嚴重，橋梁結(jié)構(gòu)損傷檢測和安全評估成了橋梁功能和安全的重要保證。本文介紹了目前國內(nèi)外采用的橋梁結(jié)構(gòu)損傷檢測和安全性評估的主要方法，并總結(jié)了這些方法的使用現(xiàn)狀和不足之處。

　　關(guān)鍵詞：橋梁結(jié)構(gòu) 損傷檢測 安全性評估

　　引言

　　近年來，隨著我國交通運輸事業(yè)的發(fā)展，橋梁的重要性越來越大，其通行能力、承載能力和結(jié)構(gòu)安全是交通正常運行的關(guān)鍵，但由于交通量的增大、重型汽車的增加以及人類或自然環(huán)境影響，我國現(xiàn)役橋梁劣化程度嚴重。對橋梁結(jié)構(gòu)損傷進行檢測和安全性評估，及早發(fā)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)上的缺隱或損傷，對于保證橋梁的安全運行有著極為重要的實際意義。

　　一、橋梁損傷檢測技術(shù)現(xiàn)狀

　　為了掌握橋梁的技術(shù)狀態(tài)，及時進行加固整修，確保橋梁運營安全，延長橋梁結(jié)構(gòu)的使用壽命，防止交通安全事故的發(fā)生，目前全球各國都在積極開發(fā)橋梁結(jié)構(gòu)損傷檢測技術(shù)和安全性評估技術(shù)，包括振動測試法、沖擊振動試驗法、超場波檢測法等多種橋梁結(jié)構(gòu)損傷檢測技術(shù)。在具體應(yīng)用中，對既有橋梁進行損傷檢測和安全性評估時，主要采用靜力評估法和動力評估法兩種方法。其中，靜力評估法又稱為荷載試驗法，其基本思路是用等效于設(shè)計荷載的車輛荷載來對橋梁進行加載，以測量橋梁的應(yīng)變和撓度等指標，同設(shè)計值進行比較，從而通過檢驗系數(shù)來對橋梁的狀態(tài)進行評估。動力評估法是利用振動檢測技術(shù)對橋梁結(jié)構(gòu)損傷進行檢測的方法，其基本思路是對結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)進行檢測，從結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)的改變來判定橋梁結(jié)構(gòu)是否存在損傷，并利用結(jié)構(gòu)破壞前后動力學(xué)特性的變化來診斷出結(jié)構(gòu)的損傷。

　　總的來說，近年來在橋梁損傷檢測和安全性評估方面的研究，已經(jīng)取得了極大的發(fā)展，但依然存在眾多問題，究其主要原因，一方面是因為橋梁結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和材料的多樣性，其各個部分的應(yīng)力狀態(tài)、動力特性、剛度等差異較大，用單一的動力特性變化指標很難評估橋梁結(jié)構(gòu)的整體狀態(tài)。另一方面則是因為現(xiàn)有的檢測及評估指標對環(huán)境因素的考慮不足，對于橋梁結(jié)構(gòu)損傷后整體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)的非線性特性把握不全面，無法全面或者正確的反映橋梁結(jié)構(gòu)損傷的實際情況。此外，測量儀器的精度和效率也有待提高。

　　二、橋梁結(jié)構(gòu)損傷檢測方法

　　橋梁結(jié)構(gòu)損傷檢測通常分為局部檢測和整體檢測兩類，局部檢測是對橋梁重點部位進行細致的檢測，主要是為了清楚結(jié)構(gòu)局部的物理、力學(xué)、構(gòu)造特性的實際狀態(tài)。整體檢測是從全局上把握橋梁結(jié)構(gòu)的實際狀態(tài)。

　　對于橋梁設(shè)計、施工和維修加固的質(zhì)量和效果，可采用表觀檢測法進行檢查，分析橋梁結(jié)構(gòu)各部分的運行情況，分析出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷的原因。此外，還可以采用各種儀器，如X射線、超場波、顯微鏡、聲學(xué)儀器、光學(xué)儀器等，對橋梁結(jié)構(gòu)局部進行檢測，這些設(shè)備價格昂貴，在檢測前需要對損傷的部位有一定的了解。對于與橋梁承載能力有關(guān)的變形、撓度、應(yīng)變、裂縫等結(jié)構(gòu)的檢測，則可以通過靜載試驗進行，包括靜應(yīng)變測量、靜位移測量，通過實際測量得到的應(yīng)變和位移推算出橋梁結(jié)構(gòu)有關(guān)的內(nèi)力值和撓度值，從檢測得出的參數(shù)中分析得出結(jié)構(gòu)的強度、剛度和抗裂性能。對于橋梁結(jié)構(gòu)的動力性能，則需要通過動態(tài)檢測的方法進行動態(tài)荷載試驗，以判斷橋梁運營狀況和承載能力，比如通過動力放大系數(shù)確定車軸荷載對橋梁的動力作用，這種理論的根據(jù)來源于結(jié)構(gòu)損傷必然導(dǎo)致結(jié)構(gòu)參數(shù)的改變。

　　除了傳統(tǒng)的檢測技術(shù)外，隨著計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，近年來還發(fā)展出了一些新興橋梁損傷檢測技術(shù)，如基于GPRS技術(shù)的橋梁檢測遠程數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，可以迅速、安全的將橋梁結(jié)構(gòu)檢測數(shù)據(jù)遠程傳輸，對橋梁結(jié)構(gòu)運行狀態(tài)進行遠程監(jiān)測。再如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在橋梁檢測技術(shù)中的應(yīng)用，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法構(gòu)造BP模型，與橋梁結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)建立映射關(guān)系，僅需對部分橋索受力情況進行實地檢測，便可得除其余橋索受力情況。此外，數(shù)字圖像處理技術(shù)、光纖應(yīng)變傳感器測試系統(tǒng)等新興技術(shù)，在橋梁結(jié)構(gòu)損傷檢測中都得到了極大的發(fā)展，有效的消除了檢測盲區(qū)，降低了單點檢測成本。

　　三、橋梁損傷識別方法

　　近年來，動力破損評估法是橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別上常用的方法，其中基于模態(tài)參數(shù)損傷識別方法在實際應(yīng)用中被采用較為廣泛。其主要損傷識別方法包括以下幾類：

　　1.基于固有頻率的損傷識別法

　　由于新材料、新技術(shù)在橋梁建設(shè)工程中的廣泛應(yīng)用，橋梁結(jié)構(gòu)形狀日趨復(fù)雜，在進行結(jié)構(gòu)損傷和安全性評估時，有些位置不適合布置測試點進行檢測，這種情況下基于模態(tài)振型的損傷識別方法很難適用，但采用基于固有頻率的識別方法，卻有著測試簡單、方法成熟、精度高的優(yōu)點，尤其是測試數(shù)據(jù)較長，進行多數(shù)據(jù)點頻譜分析時，更可以得到較精確的頻率分析，真實的反映出結(jié)構(gòu)損傷引起的頻率變化。實際測試中，一般僅需要對一兩個測試點進行固有頻率測試，即可得出結(jié)構(gòu)多階自振頻率。

　　2.剛度和柔度矩陣法

　　橋梁結(jié)構(gòu)損傷通常表現(xiàn)為橋梁結(jié)構(gòu)剛度下降，所以采用剛度矩陣來判斷結(jié)構(gòu)的損傷，運用損傷結(jié)構(gòu)與未損傷結(jié)構(gòu)進行判斷得出剛度差，從而來對結(jié)構(gòu)損傷進行定位具有極大的可行性，這種方法對于橋梁結(jié)構(gòu)大的損傷非常有效。但是，這種采取誤差對比的方法來判斷結(jié)構(gòu)損傷的檢測技術(shù)，需要包含足夠多的振蕩模型，尤其是對結(jié)構(gòu)剛度矩陣影響較大的振蕩模型。柔度矩陣法則通過測量結(jié)構(gòu)低階振型，根據(jù)高階所占份量由于頻率的增大而迅速減小的原理，準確的估計出結(jié)構(gòu)的柔度矩陣變化。

　　3.靈敏度結(jié)構(gòu)損傷識別法

　　利用靈敏度檢測橋梁結(jié)構(gòu)損傷，首先需要得到橋梁結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)或者在動力響應(yīng)時結(jié)構(gòu)物理參數(shù)的靈敏度矩陣，再對結(jié)構(gòu)損傷前后的模態(tài)參數(shù)變化或者動力響應(yīng)結(jié)構(gòu)物理參數(shù)的變化，來判斷橋梁結(jié)構(gòu)損傷。目前常用的靈敏度結(jié)構(gòu)損傷識別法， 有實驗靈敏度識別法、解釋靈敏度識別法、特征參數(shù)靈敏度分析法、噪聲靈敏度分析法、水平靈敏度分析法、正交關(guān)系靈敏度分析法等。各種基于靈敏度的結(jié)構(gòu)損傷識別方法， 其主要的區(qū)別在于形成靈敏度矩陣的方法上。

　　4.小波變換法

　　小波變換法可以看作是傅里葉變換法的擴展，采取可調(diào)整的視頻窗口，以“可變焦”性能對局部信號進行多尺度刻畫，其實質(zhì)是對結(jié)構(gòu)損傷的原始信號進行濾波處理，這種技術(shù)在損傷識別上有著極大的優(yōu)勢?？梢愿鶕?jù)結(jié)構(gòu)損傷的動力特性進行分析，以動力響應(yīng)信號作為結(jié)構(gòu)損傷的原始數(shù)據(jù)，進行有效的分析的判斷。

　　5.橋梁結(jié)構(gòu)安全性評估

　　橋梁結(jié)構(gòu)安全性評估一般分為初步評估和詳細評估兩個層次，初步評估主要用于橋梁安全性程度的評測，以根據(jù)橋梁重要性程度決定是否進行詳細評估。初步評估主要是對橋梁耐震、耐荷、耐沖刷能力進行評測。詳細評估則是根據(jù)橋梁實際情況，結(jié)合相關(guān)設(shè)計規(guī)范，對橋梁結(jié)構(gòu)進憲詳細分析以計算出橋梁的耐震和耐荷能力，最終評測橋梁安全性程度。

　　參考文獻

　　[1] 史家鈞，《基于可靠性的橋梁評估方法》[J]，山西建筑，2005

　　[2] 董聰，《基于動力特性的結(jié)構(gòu)損傷定位方法》[J]，力學(xué)與實踐，2000