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1、浅谈在役桥梁承载力快速评估技术浅谈在役桥梁承载力快速评估技术 摘要：由于自然环境、重交通量和严重超载、设计施工的失误以及桥梁后期养护管理不到位，随着时间的推移，桥梁在材料、构件和结构三个层次上出现了不同程度的损伤，这些损伤的积累必然导致桥梁承载力下降、性能劣化、耐久性降低，影响了其正常使用。本文对国内外桥梁承载能力评定主要方法进行论述和总结，对比各种桥梁承载能力评定方法的优缺点，然后讨论了当今几种桥梁承载能力评定新方法的基本原理及其适用范围，并提出了以后桥梁承载能力评定方法的发展趋势。 关键词：桥梁承载力；评定；光纤传感技术；裂缝；拟静态挠度法 中图分类号：K928.78文献标识码： A 文章
2、编号： 引言 随着世界经济的发展，各国交通运输事业也处于大发展中，据不完全统计，全世界近40万余座特大桥由于损伤、超载和极端荷载（不包括地震）等原因发生倒塌，其中美国和日本等国家修建的桥梁大部分是在经济腾飞时期建造，这些桥梁性能衰退最快，美国近60余万座桥梁，其中由于性能不足和功能缺陷的占到28.6%。在我国60与万座公路桥梁中，各类病桥的数量已逼近10余万座，其中危桥近2万座，因此，深入地研究和鉴定桥梁的损伤程度、承载能力、安全储备以及剩余寿命等问题是今后能否合理利用它们的关键所在。因此对现役桥梁承载力常用的检测和评估方法进行探讨总结具有深远意义。 现有桥梁承载力评定方法现状 目前在役桥梁承
3、载能力评定方法有四种：基于外观检查的方法基于设计规范的方法基于荷载试验的方法基于专家系统的方法。 根据外观检查结果进行直接评定 公路桥涵外观检查结果评定方法的基本原理：对各部件（桥面系、上部结构、下部结构、支座、基础等）的基本构件的外观现象（如缺陷、裂缝及位移过大等）进行检查；对各部件外观的缺损，根据部件的重要性，定出权重，用综合评定公式计算。此方法比较直观，但结果很大程度上取决于评定者的工作经验和判断能力，结果比较粗糙。适用于所有已建成的公路桥梁；以及养护维修的桥梁。 结合外观检查与分析计算相结合的评定 通过外观检查结合建模计算对桥梁的承载能力进行评定，此方法有较好的理论基础，比较符合设计人
4、员的思维。但设计与评定之间存在差异，对某些参数的取值在一定程度上依赖于评定者的经验和判断，主管随意性比较大。适用于大部分在役桥梁。 实桥荷载试验进行评定 通过实桥静、动载试验来评定，此法直观可靠，但费用高，时间长，影响交通，且具有一定的破坏性，主要适用于砖、石、混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土桥。 专家系统的评定方法 专家系统评定方法就是利用具有相对于专家知识和经验水平的计算机系统对桥梁进行评定，它主要是依靠其经验和思路，专家系统评定可归于模糊评价的范畴。此方法准确效率高，不受环境影响，但是受桥梁结构的离散性和多样性的影响较大。 然而，目前评定桥梁结构承载力主要采用静载试验和动载试验相结合的方
5、法。通过静载试验,测量桥梁结构的应变和挠度,并与相应的理论计算结果进行比较得到校验系数,进一步计算结构承载力来判断其安全性。通过动载跑车试验或跳车试验,测量桥梁结构的频率、阻尼以及冲击系数,比较实测值与理论值之间的关系,评定桥梁结构整体刚度和整体受力性能。但是静载试验准备周期长、桥下工作量大。而动载试验只能在一定程度上反映结构的整体刚度,不能定量评定桥梁结构的承载力。为此,从动力角度研究快速评定桥梁结构承载力的方法成为一种新的发展方向。 几种桥梁承载力评定新方法 为了准确快速检测评定在役桥梁承载能力。介绍以下两种种在役桥梁承载能力快速评定新方法。 基于光纤传感技术的桥梁承载力快速评定法(实载试
6、验法) 光纤光栅传感器的基本工作原理: 当光栅周围的温度、应变等待测物理量变化时,将导致光栅周期或者纤芯折射率发生变化,从而产生光栅信号的波长位移,通过监测波长位移情况,就可以获得待测物理量的变化情况。 以简支梁桥为例,介绍该方法的基本流程。 (1)对于重要的桥梁,建设过程中就在梁体关键截面的受压区域埋设用于混凝土应变监测的光纤传感器,或在桥梁的运营期在这些端面外贴光纤传感器。 (2)在需要通行试验汽车荷载的情况下,选择最不利的荷载车辆组合,从桥端逐步向跨中间段行进,每隔一段距离停车实测桥梁光纤传感器的应变信息,并检查重要部位的裂缝情况,利用这些信息进行桥梁安全性评估与预测。 (3)如果经评估
7、桥梁是安全的,则继续向前行进一段距离,停车后再次进行应变信息采集与桥梁安全性评估。 (4)如果某次评估或预测出现桥梁不安全趋势,则桥梁不能通行该荷载,车队按原行进路线返回。 基于光纤传感器具有良好耐久性的特点,利用预先埋设光纤传感器作为应变测量手段、利用实际通行车辆作为实验荷载,提出了一种进行混凝土桥梁通过安全性快速评定的方法。虽然该方法是以简支梁桥为例推导的,但是对连续梁桥等结构同样适用。 通过裂缝特征快速评估桥梁承载能力的试验研究（外观检查方法） 通过小梁的破坏性荷载试验,对裂缝的宽度、高度、间距、数量等相关参数进行统计,整理得到最大裂缝宽度与受弯承载率(当前状态下弯矩值M与结构极限承载弯
8、矩值Mu的比值)之间的关系、受弯承载率与最大裂缝高度间的关系、受弯承载率与平均裂缝高度间的关系。通过对试验数据统计线性回归分析建立相应的函数关系，从而可以通过调查在役桥梁裂缝相关参数反算控制截面的承载能力，即可对在役桥梁的承载能力进行快速评定。 拟静态挠度法评定梁式桥承载能力 在荷载试验中采用车辆荷载加载前后的挠度变化值衡量桥梁承载能力的好坏，不考虑恒载的作用,只计入车辆荷载对梁体的影响,也就是要计算荷载试验加载静荷载作用下,梁体产生的挠度值。 由材料力学和结构力学知识可知在节点荷载作用下的简支梁和连续梁结构挠度曲线方程，由曲线方程可得挠度影响线函数，从而可得到移动荷载作用下的车辆挠度曲线。
9、由动力学知识可知，在匀速动常量力的作用下,匀速移动常量下梁的动力响应可表示为(1) 式中：为常量力移动的时间; 为梁单位长度上的质量; 为简支梁的固有振动频率, ;为移动常量力的广义扰动频率, ,为力移动速度。 特殊情况下在力移动速度非常小时,令和分别得到两个动挠度值，试验中选用的动荷载车速越接近0,动载下产生的挠度值就越接近静载的结果。所以,可以直接采用时程挠度曲线与车辆挠度曲线最大挠度值点计算校验系数。 结语 随着桥梁承载能力评定方法研究理论的不断深入，为探索一种检算法和荷载试验法都优越的方法显得尤为重要。而在役桥梁处于真实环境中，是一个复杂的动态系统，影响结构的安全性、适用性和耐久性的因素很多，这些因素之间关系具有大量的不确定性和模糊性，建立新一代的桥梁结构智能评估系统成为一种发展趋势，但是这样的系统需要大量的科研和实践研究，当然新型检测设备的探索研究也是尤为关键的一个方面。这些都是以后在役桥梁承载能力评定和总体评估的发展趋势。-分享文档，传播知识，赠人以花，手自留香。
