桥梁结构检测及其承载力评定研究

桥梁结构检测及其承载力评定研究

刘承

华南理工大学510640

摘要：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，最终体现对营运的桥梁进行有效管理和状况监控，保证公路桥梁工程质量及人民生命和财产安全。

关键词：桥梁结构检测；承载力评定

引言

随着我国城市建设速度的加快，国家对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评价。

一、我国对现行的桥梁承载力的评定方法

1.1综合分析法

该方法除了检查桥梁基本情况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与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。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，例如混凝土强度、碳化深度。

1.2病害调查经验评定法

该方法对具有很强的专业性，除了要求专业的规范依据外，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，除进行一些基本检查外，还要对出现损伤的部位进行严密的检测，包括受损性质，严重程度及后果影响等。

1.3分析计算法

该方法涉及到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。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以实际为准。

1.4荷载实验法

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。其是一种直接有效的检测手段，能直观检测出桥梁的承载力，并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。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。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、模态特征等，测出桥梁的结构特征。

二、桥梁结构的检测方法

2.1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损伤。

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行驶产生激振，测试人员可根据行车对桥梁的作用推算出桥梁结构的动力特性，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，设备的采集频应大于所关心的桥梁结构自振频率的10倍以上。对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，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。

2.2静态检测方法

为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其使用情况是否正常，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，计算出桥梁的结构强度、韧性和抵抗裂缝的能力，判断出所测的桥梁承载力。

三、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

桥梁结构组成方式、重量分布、材料质地及刚度都可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快速得到桥梁的一阶固有频率。对二、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，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。

对阻尼检测一般通过信号的衰减曲线对数衰减率或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。由于其具有很好的优势，即能对输入的参数实现非线性映射得出输出参数，因此对非线性的混凝土桥梁非常适用。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，得到桥梁被损坏的情况。

结束语：桥梁的结构检测和承载力的评定对我国城市建设是一项细致工作，其不但要求扎实的技术理论、有专业的技术人员，实际测试情况还需根据结构、环境及人员情况，在仪器原理、系统性等方面尽量考虑减少种类，以减少测试系统的环节、提高测试工作的可靠性和可操作性。随着科技的不断创新，对新材料新技术的使用也要及时更新，才能保证我国的桥梁检测事业的顺利发展。另外，对那些出现损坏的桥梁，相关的工作人员要及时评定和检测，以保证我国的桥梁长期坚实稳固。

参考文献

[1]刘文深.桥梁结构检测及其承载力评定[J].山西建筑，2011（12）.

[2]张开银，王朋，赵桂林，刘文波.桥梁结构检测于评估中若干动力学应用问题的研究[J].交通科学与工程，2011.