桥梁结构检测及其承载力评定

刘伟

浙江省交通规划设计研究院试验中心浙江杭州310000

摘要：纵观我国公路及市政桥梁的发展，新建的多元化公路和市政桥梁越来越多。同时，许多桥梁也逐渐进入了养护和维修阶段。桥梁管理人员对桥梁的维修越来越重视。本文介绍了桥梁结构检测的方法和承载力的评估方法，探讨了我国桥梁检测的发展现状，并进行了一些综合评价。

关键词：桥梁结构；承载力评定；检测

一、我国当前对桥梁承载力的评定方式

1.1病害调查经验评定法

使用此方法除了专业规范要求高以，负责检查人员还应具有丰富的现场经验和专业理论知识。在检查受损桥梁，除了进行一些基本检查，还必须对损坏的部位进行严格的检，包括受损的性质、损坏的严重程度以及后果影响等。首先，调查为什么会出现这种损坏，以及桥梁会发生什么样的严重危害。为了保证桥梁的质量和承载力不受影响，有必要采取合理的养护技术和保护方案进行修复。

1.2分析计算法

测试人员可使用分析计算方法先检查桥梁，并通过固定的计算方法对得到的数据进行分析计算。该方法涉及桥梁结构的计算理论和相关的经验系数，通过综合分析计算，计算桥梁的安全承载力。专家一般将分析计算分为经验系数转换和理论计算两种类型，由于不同的条件，所采用的计算方法是不同的。区分这两种算法的基础是它们是否知道桥梁检测的荷载等级系数。值得注意的是，测试器所测得的载荷和材料强度应以实践为依据。

1.3荷载试验方法

通常用来直接测试桥梁的运行状态，称为桥梁结构的荷载试验方法。直接准确地检测桥梁承载力是一种直接有效的方法。根据桥梁的荷载类型，将试验方法分为静力荷载试验和动载试验。国家有关部门为此制定了一些标准和规范。静力荷载试验是通过施加基本上等效于桥梁结构设计荷载或使用荷载的静力荷载来测试桥梁结构控制部分和控制部分的力学效应，从而评价桥梁的承载能力。我国规定的静载量应为负荷的0.8~1.0倍，在进行试验前估算应合理。动力荷载试验是通过测试结构或构件在动载荷和脉动载荷作用下的强迫振动特性和自振特性来确定结构的动力特性，以确定结构的动力特性。即冲击系数、结构的频率和桥梁的模态特性，从而测量桥梁的结构特性。无论施加在桥梁结构上的荷载是动荷载还是静荷载，在对采集到的响应信号进行分析后，可以得到桥梁结构的特征参数。桥梁测试分析人员根据这些参数评估桥梁的性能和识别结构的损坏。

二、关于常见的桥梁结构检测方法

2.1静态检测方法

可以检测桥梁在正常状态下的结构是否处于科学合理的工作状态或其使用是否正常。静力加载试验（静态检测）是桥梁试验中时间最长和最重要的试验。在静力加载试验时，载重车辆将模拟桥梁结构在各种工况下的受力情况。利用各种检测仪器（电阻应变仪、千分表、挠度计、裂缝仪、全站仪等），对桥梁结构和控制截面控制段的挠度、变形、应力和混凝土桥梁进行测试。为了计算桥梁的强度、韧性和抗裂性，试验人员可以根据数据和相关规范使用数据计算结构强度、韧性和抗裂性判断出所测的桥梁承载能力。

2.2动态检测方法

动态检测方法包括动态参数测试、桥梁动力响应测试和拉索张力测试。通常采用随机振动激振和强迫振动的方法来判断桥梁的自振特性。随机环境激振法（脉动试验）是指在没有任何交通荷载和桥附近不规则振动源的情况下，测量桥梁结构在风荷载、地脉动、水流等随机荷载激振作用下引起的小振动响应；强迫振动法通常采用激振机械对结构进行激振。根据共振效应，得到了结构的自振动特性参数。缺点是需要较大的振动机械设备，不便于运输和安装。同时，振动机械的安装会对桥面造成一定损坏。

桥梁的动力响应测试可以利用行车试验来激振，也就是说，测试人员可以根据行车在多种工况下（速度、障碍物）行驶产生的激振计算桥梁结构的动力特性，包括桥梁的动态位移、动力应变、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，为了确保信号不失真，设备的采集频率应大于所涉及的桥梁结构的振动频率的10倍以上。对于悬索桥和斜拉桥等索结构来说，索力测量是必要的。索力测试采用基频测试法，即测出拉索的横向振动频率，计算索力。其特点是快速、方便、经济，适合现场测试。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。

三、桥梁结构的性能指标检测

3.1基于动载试验的桥梁结构状况检测

桥梁结构的动力特性与结构本身的特性、刚度、质量分布和材料特性有关，但与荷载等其它条件无关。桥梁的模态参数是整个结构振动系统的基本特征。它是结构动力分析的必要参数。其结果不仅可用于分析结构动力荷载的受力情况，而且可为桥梁承载力的评估提供重要指标。

固有频率的测定。对于更简单的结构，只需要结构的一阶频率。对于更复杂的结构动力分析，也应考虑第二、第三和更高阶的频率。桥梁的固有频率可以直接由测试系统的功率值的峰值和时间历程曲线来确定。承载结构的动刚度也可以从基频估计出来。

阻尼。桥梁结构的阻尼特性一般用对数衰减率或阻尼比表示，可以从时域信号的衰减曲线得到。此外，半功率带宽法可以用于从功率谱计算阻尼。普通测试系统软件均可完成此类分析。

振型。一般桥梁结构的基频是动力分析中的一个重要参数。通过理论分析，根据不同的结构形式确定传感器测量点的布置。一般来说，用来确定振动模式的两种常用方法：一种是使用多个传感器；另一种是使用传感器来改变位置测量。在这种情况下，它需要一个参考点，并且在测试时是比较繁琐的。一般来说，在条件有限的情况下，应该使用第一种方法。

3.2基于人工神经网络的桥梁结构检测

人工神经网络。人工神经网络（ANN），它是模仿动物神经网络的行为特征并执行分布式并行信息处理算法的数学模型。该网络依赖于系统的复杂性，调整了大量节点之间的连接，从而达到处理信息的目的。人工神经网络是一种并行分布式系统，它采用了与传统人工智能和信息处理技术完全不同的机制。它克服了传统的基于逻辑的人工智能在处理直觉和非结构化信息方面的缺陷。它具有自适应、自组织和实时学习的特点。

结构等级评估输入参数。混凝土材料：A截面损失程度：由于混凝土在空气中碳化，碳化部分将不参与构件的工作，因此构件的截面减小。这个参数是由混凝土碳化深度与构件实际尺寸的比值来测量的。B混凝土强度损失程度：混凝土强度随时间而降低。这个参数是由混凝土的强度下降来衡量的。C开裂程度：对于大多数结构，允许在一定范围内进行裂纹的工作，但裂纹的形成和扩展对结构的抗弯能力和钢筋的保护有很大的影响。该参数由裂缝宽度的可靠指标与允许的可靠性指标之比测量。动态特性：A的自频率下降。由于长期运行，桥梁的自频率和刚度随时间逐渐减小，竖向刚度下降较快，B桥刚度减小，内部混凝土出现疲劳，出现塑性变，大大减少桥梁刚度。

四、结束语

综上所述，桥梁结构检测和承载力评估是我国城市建设的一项重要而细致的工作。这不仅需要扎实的技术理论，而且需要专业技术人员。为了减少测试系统，提高测试系统的可靠性和可操作性，有必要根据测试系统的结构、环境和人员特点，从原理上和系统上减少测试仪器的种类。为今后桥梁承载能力评估和维修、加固决策提供科学依据和支持，保证桥梁长期良好运行，体现在桥梁运行中的有效管理和状态监测。

参考文献：

[1]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（2）.

[2]陈可.桥梁结构检测分析系统研究[J].公路交通科技，2005（05）.

[3]阎平凡，张长水.人工神经网络与模拟进化计算［M］.北京：清华大学出版社，2000.