淺談橋梁的檢測(cè)定位方法

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2021-03-16

隨著人們對(duì)大型重要橋朵安全性、耐久性與正常使用功能的日漸關(guān)注，橋梁健康監(jiān)測(cè)的研究與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)運(yùn)而生。為了保證既有橋的安全運(yùn)營(yíng)和盡可能處長(zhǎng)其安全使用年限，應(yīng)對(duì)既有橋進(jìn)行檢測(cè)，而且應(yīng)定期進(jìn)行所謂全面檢查就是對(duì)橋梁的引道、周邊環(huán)境、地基下部結(jié)構(gòu)、上部結(jié)構(gòu)、橋面(包括橋面鋪裝層、伸縮縫、人行道、欄桿、防撞設(shè)施、排水設(shè)施、照明及防雷設(shè)施)、支座等作全面查看、量測(cè)。本文提出了全面檢查應(yīng)檢的部位，井探討檢測(cè)橋梁的新方法。

　　一、橋梁的全面檢測(cè)理論
　　1對(duì)引道及橋址周邊環(huán)境進(jìn)行檢查量測(cè)
　　(1)查看正橋與引橋、引遭(線)的銜接處是否正常，與竣工時(shí)的情況相比較，是否有變化。
　　(2)橋址及其附近的水流河道是否改變，必要時(shí)還應(yīng)測(cè)定主河槽的水流速度及其流向，橋下凈寬有無(wú)改變，橋墩臺(tái)處的局部沖刷與設(shè)計(jì)有關(guān)數(shù)據(jù)相比是否增大。
　　(3)兩岸的橋頭填土石砌錐坡有無(wú)沖刷、滑移和損壞。

　　2、量測(cè)壘橋的標(biāo)高和線形
　　(1)橋的標(biāo)高和線形有聯(lián)系關(guān)系，但又有區(qū)別。前者是指某點(diǎn)的高程值，后者則是橋梁相關(guān)點(diǎn)的連線。一座設(shè)計(jì)施工質(zhì)量良好的橋梁，其標(biāo)高和線形均應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)期望值。
　　(2)量測(cè)的主要部位和項(xiàng)目有：墩臺(tái)的支承墊石(即支座墊板)頂面、承臺(tái)頂面和梁底處的標(biāo)高；墩臺(tái)身在橋的縱、橫向有無(wú)偏移傾斜。①對(duì)斜拉橋和懸索橋，還應(yīng)量測(cè)其主塔身在橋的縱、橫向有無(wú)偏移傾斜，塔頂?shù)淖兾弧＂趯?duì)懸索橋，還應(yīng)量測(cè)主纜的線形；③對(duì)拱橋，還應(yīng)量測(cè)拱肋軸線的線形。

　　3、圬工粱拱檢查量測(cè)
　　(1)檢查圬工有無(wú)風(fēng)化、剝落、破損及裂逢，特別注意變截面處、加固修復(fù)處及防水層的情況。對(duì)圬工剝落、裂縫處，應(yīng)注意鋼筋的銹蝕情況。
　　鋼筋混凝土梁應(yīng)重點(diǎn)檢查寬度超過(guò)0.2 m m的豎向裂縫，并注意檢查有無(wú)斜向裂縫及順?lè)较虻目v向裂縫。預(yù)應(yīng)力鋼筋混梁要觀測(cè)梁的上拱度變化，并注意檢查有無(wú)不允許出現(xiàn)的垂直于主筋的豎向裂縫。
　　(2)拱橋應(yīng)量測(cè)實(shí)際拱軸線和拱圈(或拱肋)尺寸，并檢查它們有無(wú)橫向(垂直于路線方向)的裂縫發(fā)生。

　　4、鋼結(jié)構(gòu)檢查量測(cè)
　　(1)檢查鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件油漆涂層的完好程度，有無(wú)起皮、剝落、銹斑等。特別是容易積水積塵或不通風(fēng)部位有無(wú)銹蝕。銹蝕嚴(yán)重的，應(yīng)量測(cè)鋼板或構(gòu)件的實(shí)際剩余厚度，以便考慮斷面削弱的影響。
　　(2)檢查構(gòu)件有無(wú)裂紋、穿孔、硬傷、硬彎、歪扭、爆皮及材料夾層等。要特別注意以下部位有無(wú)疲勞裂紋發(fā)生：承受拉力或反復(fù)應(yīng)力的桿件與節(jié)點(diǎn)板連接處或桿(構(gòu))件接頭處；由于損傷造成桿(構(gòu))件斷面削弱及應(yīng)力集中處；縱梁與橫粱的連接角鋼；無(wú)蓋板的縱梁上翼緣角鋼；主梁間的縱向聯(lián)結(jié)系的連接處；單剪鉚釘處。焊縫端部及其附近的基材；U形肋與橫隔板連接處焊縫等。
　　(3)檢查鋼箱梁工地拼接的大環(huán)形焊縫(即同一截面的頂板一腹板一底板一腹板的周圈焊縫)和U形肋嵌補(bǔ)段焊縫有無(wú)異常。
　　(4)檢查桿件的平直度，當(dāng)城市桿的彎曲矢大于桿件由長(zhǎng)度1‰、拉桿的彎曲矢度大于桿件自由長(zhǎng)度的1／500時(shí)，均應(yīng)注意彎曲的影響。
　　(5)檢查鉚釘頭有無(wú)銹蝕，鉚釘有無(wú)松動(dòng)。檢查高強(qiáng)度螺栓是否完好，有無(wú)松動(dòng)和延遲斷裂等情況；有無(wú)因銹蝕或其它原因降低磨擦力現(xiàn)象；并應(yīng)嚴(yán)密注意節(jié)點(diǎn)滑移的拱度的變化。5、磚石砌體的檢查量測(cè)
　　磚石砌體不同于鋼筋混凝土的一個(gè)特點(diǎn)是，抗拉強(qiáng)度更小，結(jié)構(gòu)脆性大，開(kāi)裂荷載比較接近或幾乎等于破壞荷載。因此，當(dāng)磚石砌體出現(xiàn)由于荷載引起的裂縫時(shí)，往往是砌體破壞的特征或前兆。

　　6、墩臺(tái)及基礎(chǔ)的檢查量測(cè)
　　(1)墩臺(tái)的缺陷主要表現(xiàn)是：裂縫、剝落、空洞、鋼筋外露及銹蝕、老化、變形位移等。
　　(2)檢查時(shí)，應(yīng)對(duì)裂縫及破損具體位置、寬度、長(zhǎng)度、深度進(jìn)行量測(cè)和描述，繪制成圖。

　　7、地基的檢驗(yàn)
　　當(dāng)發(fā)現(xiàn)墩臺(tái)有沉降、傾斜、位移時(shí)，一定要對(duì)地基進(jìn)行探測(cè)和商討。
　　對(duì)已成橋的地其檢測(cè)是比較困難和麻煩的?？捎糜|探和鉆孔取樣的方法，也可用荷載板試驗(yàn)。但很難在原位進(jìn)行，常常只能是接近基礎(chǔ)原位。對(duì)巖地基，可在基巖的露頭地點(diǎn)進(jìn)行檢驗(yàn)。

　　二、橋梁的檢測(cè)定位方法
　　在結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)定位方面，目前可分為模型修正法和指紋分析法兩類。
　　1精確的有限元建模是大型橋梁鳳震響應(yīng)預(yù)測(cè)的重要前提；也是結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)，損傷檢測(cè)以及實(shí)現(xiàn)最優(yōu)振動(dòng)控制的基礎(chǔ)。但是，盡管有限無(wú)法得到了高度的發(fā)展，實(shí)際復(fù)雜結(jié)構(gòu)的有限元模型仍然是有誤差的。有限元建模為結(jié)構(gòu)飛行提供完整的理論模態(tài)參數(shù)集，但這些參數(shù)常常與結(jié)構(gòu)模態(tài)實(shí)驗(yàn)得到的參數(shù)不一致。因此，必須對(duì)結(jié)構(gòu)理論模型進(jìn)行調(diào)整或修正，使得修正后的模態(tài)參數(shù)與實(shí)驗(yàn)相一致，這一過(guò)程即有限元模型修正。
　　模型修正法在橋梁監(jiān)測(cè)中主要用于把實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)反應(yīng)記錄與原先的模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行綜合比較，利用直接或間接測(cè)知的模態(tài)參數(shù)，加速度時(shí)程記錄，頻響函數(shù)等，通過(guò)條件優(yōu)化約束，不斷地修正模型中的剛度和質(zhì)量信息，從而得到結(jié)構(gòu)變化的信息，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的損傷判別與定位。其主要方法有：
　　(1)矩陣型法，是發(fā)展最早，最成熟，修正計(jì)算模型的整個(gè)矩陣的一類方法，它具有精度高、執(zhí)行容易的特點(diǎn)，主要缺點(diǎn)是所修正的模型的物理意義不明確，喪失了原有限元模型的帶狀特點(diǎn)，這方面的代表應(yīng)屬Berman／Baruch的最優(yōu)法。
　　(2)子矩陣修正法，通過(guò)對(duì)待修正的字矩陣或單元矩陣定義修正系數(shù)，通過(guò)對(duì)字矩陣修正系數(shù)的調(diào)整來(lái)修正結(jié)構(gòu)剛度，該方法的最大優(yōu)點(diǎn)是修正后的剛度矩陣仍保持者原矩陣的對(duì)稱，稀疏性。
　　(3)靈敏度法修正結(jié)構(gòu)參數(shù)通過(guò)修正結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)彈性模量E截面面積A等來(lái)對(duì)有限元模型進(jìn)行修正。
　　2指紋分析方法，尋找與結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性有關(guān)的動(dòng)力指紋，通過(guò)這些指紋的變化來(lái)判斷結(jié)構(gòu)的真實(shí)狀況。
　　在線監(jiān)測(cè)中，頻率是最易獲得的模態(tài)參數(shù)，而且精度很高，因此通過(guò)監(jiān)測(cè)頻率的變化來(lái)識(shí)別結(jié)構(gòu)破損是否發(fā)生是最為簡(jiǎn)單的。此外，振型也可用于結(jié)構(gòu)破損的發(fā)現(xiàn)，盡管振型的測(cè)試精度低于頻率，但振型包含更多的破損信息。利用振型判斷結(jié)構(gòu)的破損是否發(fā)生的途徑很多；MAC，COMAe，CMS，DI和柔度矩陣法。
　　但大量的模型和實(shí)際結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)表明結(jié)構(gòu)損傷導(dǎo)致的固有頻率變化很小，而振型形式變化明顯，一般損傷使結(jié)構(gòu)自振頻率的變化都在5％以內(nèi)，一般認(rèn)為自振頻率不能直接用來(lái)作為橋梁監(jiān)測(cè)的指紋，而振型雖然對(duì)局部剛度比較敏感，但精確測(cè)量比較困難，MAC，COMAC，CMS等依賴于振型的動(dòng)力指紋都遇到同樣的問(wèn)題。對(duì)橋缺損狀態(tài)的評(píng)價(jià)缺乏統(tǒng)一有效的指標(biāo)，有人以模糊理論，結(jié)構(gòu)可靠度理論等為理論框架建立了各種橋梁使用性能評(píng)估專家系統(tǒng)，但必須首先建立各種規(guī)范和專家數(shù)據(jù)庫(kù)。