橋梁損傷診斷

《橋梁損傷診斷》

人民交通出版社，2002，劉效堯等編著李凱112381道路與鐵道工程第一篇：橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工中常見問題診斷第二篇：典型橋梁結(jié)構(gòu)的檢測第三篇：橋梁監(jiān)測與損傷識(shí)別內(nèi)容大綱第一章：橋梁監(jiān)測第二章：橋梁的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)損傷識(shí)別第三章：鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的開裂模型第三篇：橋梁監(jiān)測與損傷識(shí)別監(jiān)測概述：橋梁的監(jiān)測方法要根據(jù)環(huán)境和橋型因地制宜，但是主要包括以下六個(gè)方面：1、監(jiān)測范圍：

（1）敏感部位監(jiān)測，一般只在橋梁內(nèi)力、應(yīng)變、位移變化和裂紋產(chǎn)生對(duì)橋梁影響至關(guān)重要的部位進(jìn)行監(jiān)測。適用于中小跨度、體系單一的橋梁中，大多采用間歇式人工監(jiān)測，有條件的可配備小型檢測設(shè)備。（2）總體監(jiān)測，實(shí)時(shí)地得到橋梁正常工作總體狀況（如：平面擺動(dòng)的幅度、撓度的變化、纖細(xì)桿件內(nèi)力的變化、自振頻率降低的程度、振型的變化、條件允許情況下測量敏感構(gòu)件的應(yīng)力應(yīng)變等橋梁工作參數(shù)），“識(shí)別”找到橋梁異常的一個(gè)或幾個(gè)可能部位，再由配備檢測設(shè)備的專業(yè)人員在可能異常的部位檢測。適用于特大、構(gòu)造復(fù)雜的橋梁。第一章、橋梁監(jiān)測2、監(jiān)測方式：

（1）人工監(jiān)測：人工做地毯式監(jiān)測，用模糊分級(jí)描述橋梁狀況，一般可作為定期監(jiān)測、突發(fā)性事件后的特別監(jiān)測。優(yōu)點(diǎn)：為管理層提供轄區(qū)內(nèi)大批橋梁的宏觀印象，以制定橋梁管理的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)對(duì)策。缺點(diǎn)：此方法費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、可靠性差。目前，各國的橋梁管理系統(tǒng)絕大多數(shù)都是基于這種模式。

（2）自動(dòng)監(jiān)測：a、用固定在橋梁上的專用設(shè)備，實(shí)施的監(jiān)測橋梁的工作參數(shù)。b、由專用設(shè)備和軟件對(duì)工作參數(shù)進(jìn)行識(shí)別加工，得到能反應(yīng)橋梁工作狀態(tài)的狀態(tài)信息。c、再用特定的方法分析這些狀態(tài)信息并與橋梁的健康檔案相比較，給出橋梁健康狀況或損傷狀況。優(yōu)點(diǎn)：此方法自動(dòng)化程度高。缺點(diǎn)：難度大、目前使用尚少。此方法一般適用于特大的或重要的橋梁在線監(jiān)測。（3）聯(lián)合監(jiān)測：考慮前兩種實(shí)際情況，用各種小型的自動(dòng)化程度高的儀器，配合人工監(jiān)測，是一個(gè)比較可行的方案。圖1

佇立著的韓國珍珠大橋圖１所示為伊利諾伊大學(xué)研發(fā)的，低功耗、無線方式、持續(xù)并且穩(wěn)定的建筑物健康檢測系統(tǒng)。這套系統(tǒng)被成功的、完全覆蓋的部署在了朝鮮的珍珠大橋上。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測（ＳＨＭ）的實(shí)際應(yīng)用這套ＳＨＭ系統(tǒng)是一個(gè)經(jīng)過長期、密集部署，并且用來檢測民用基礎(chǔ)設(shè)施的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)?？梢灶A(yù)見這種技術(shù)在未來發(fā)展中的巨大潛力。3、監(jiān)測的適時(shí)性

（1）加載監(jiān)測：一般是特殊需要時(shí)（竣工驗(yàn)收、特殊情況等）的監(jiān)測。在橋梁上組織、排列規(guī)定的汽車荷載或其他靜荷載、沖擊荷載，并按一定程序加載。此方法可以得到橋梁加荷后位移、變形、應(yīng)變等幾何和力學(xué)參數(shù)，直接與設(shè)計(jì)計(jì)算相比較。

以加載前為零狀態(tài)，得到的是加載變化量；一般不包括以前加載歷史，也不包括恒載的絕對(duì)量。

（2）運(yùn)營監(jiān)測（在線監(jiān)測）：為長期、不間斷觀測橋梁的工作狀態(tài)，在橋梁適當(dāng)部位設(shè)置固定傳感器，適時(shí)地判斷橋梁安全程度。

無需施加人為荷載，而是觀測自然環(huán)境（包括交通流）對(duì)橋梁的影響。4、監(jiān)測的狀態(tài)

（1）靜態(tài)：監(jiān)測橋梁結(jié)構(gòu)的靜態(tài)幾何和力學(xué)參數(shù)。靜態(tài)監(jiān)測比較困難，但比較直觀的反應(yīng)了橋梁的工作狀態(tài)。

（2）動(dòng)態(tài)：監(jiān)測橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)幾何和力學(xué)參數(shù)。動(dòng)態(tài)的比較方便，適于運(yùn)營監(jiān)測。但是動(dòng)態(tài)參數(shù)不直觀，需要加工以后才能使用。5、常規(guī)監(jiān)測的工作參數(shù)

（1）位移（絕對(duì)位移、相對(duì)位移、靜位移和動(dòng)位移）；

（2）變形（靜動(dòng)撓度、靜動(dòng)應(yīng)變）；

（3）力（如索的張拉力）；

（4）動(dòng)力參數(shù)（速度、加速度，轉(zhuǎn)化的頻率、振型，再轉(zhuǎn)換的張力、位移）；

（5）外觀和完整率（腐蝕、磨損、裂縫、剝落等）；

（6）物理化學(xué)現(xiàn)象（堿集料反應(yīng)、混凝土中性化、鋼材銹蝕）；

（7）環(huán)境（風(fēng)速、空氣溫度、地震、交通量等）。6、常規(guī)監(jiān)測傳感器和手段

（1）位移（位移計(jì)、傾斜儀、（高程、方位、距離）測量設(shè)備、GPS、數(shù)字成像機(jī)等）；

（2）變形（位移傳感器、電阻應(yīng)變儀、壓電式應(yīng)變儀、振弦應(yīng)變儀等）；

（3）力（壓力環(huán)、張力計(jì)、剪力銷等）；

（4）動(dòng)力參數(shù)（速度計(jì)、壓電加速度計(jì)等）；

（5）外觀和完整率（刻度放大鏡、數(shù)字成像機(jī)、地面雷達(dá)、超聲探測儀等）；

（6）物理化學(xué)現(xiàn)象（化學(xué)試劑檢驗(yàn)、鋼筋銹蝕儀等）；

（7）環(huán)境（風(fēng)向計(jì)、溫度計(jì)、交通量觀測儀、稱重儀等）。整體評(píng)價(jià)等級(jí)TA分值優(yōu)先級(jí)43~50136~42229~35322~2848~215橋梁評(píng)價(jià)的模糊分級(jí)法：首先對(duì)感興趣的指標(biāo)由專家作模糊分級(jí)，并由專家給出指標(biāo)的權(quán)重，作為行業(yè)、地區(qū)或某橋的標(biāo)準(zhǔn)；實(shí)用時(shí)，對(duì)橋的規(guī)定指標(biāo)用模糊分級(jí)進(jìn)行評(píng)分，并加權(quán)總和，得到評(píng)價(jià)總結(jié)。1、英國公路橋梁檢測標(biāo)準(zhǔn)：

（1）橋梁分級(jí)Ra；

（2）橋型分級(jí)Rf；

（3）薄弱部位分級(jí)Rd；

（4）交通量分級(jí)Rv和Ru；

（5）路線重要性分級(jí)Ri；（6）整體評(píng)價(jià)分級(jí)TA：TA=4Ra+2Rf+Rd+Rv+Ru+Ri；

（7）優(yōu)先權(quán)分級(jí)。2、美國公路橋梁缺陷分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：

美國聯(lián)邦公路管理局（ＦＨＷＡ）對(duì)每座橋收集９０個(gè)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)，其中橋梁缺陷分為１０級(jí)。９優(yōu)越狀態(tài)８甚好狀態(tài)７良好狀態(tài)６滿意狀態(tài)５尚好狀態(tài)４不良狀態(tài)３嚴(yán)重狀態(tài)２臨界狀態(tài)１急迫的破壞狀態(tài)０破壞狀態(tài)

部件部位名稱權(quán)重Ｗｉ１橋臺(tái)及基礎(chǔ)２３２橋墩及基礎(chǔ)２４３地基沖刷８………………（２）綜合評(píng)定分類界限Ｄｒ≧８８一類橋梁－好８８＞Ｄｒ≧６０二類橋梁－較好６０＞Ｄｒ≧４０三類橋梁－差４０＞Ｄｒ四類橋梁－危險(xiǎn)當(dāng)橋梁的Ｄｒ≧６０時(shí)，不排除其中有評(píng)定標(biāo)度Ｒｉ≧３ｄ的部件，仍有維修的需求。橋梁無損檢測設(shè)備進(jìn)展美國公路總署在此方面開發(fā)研究的設(shè)備具有系統(tǒng)性和代表性。１、橋面板檢測設(shè)備：（１）探地雷達(dá)成像系統(tǒng)；（２）雙頻紅外自動(dòng)溫度成像系統(tǒng)。２、橋梁宏觀監(jiān)測：（１）整橋變形（應(yīng)變）和內(nèi)力測量；（２）無線轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)；

（３）橋梁超載檢測；

（４）光纖應(yīng)變傳感器；

（５）索力激光振動(dòng)儀。３、裂縫檢測：（１）超聲、磁分析儀；

（２）溫度成像系統(tǒng)；

（３）無源裝置

（４）電磁聲學(xué)傳感器

………………４、腐蝕檢測：（１）橋梁纜索的磁通泄漏系統(tǒng)；

（２）混凝土的內(nèi)置式腐蝕微傳感器；

（３）預(yù)應(yīng)力筋腐蝕磁基系統(tǒng)；

（４）磁效伸縮傳感器。傳感器的布設(shè)：布設(shè)原則：

（１）正確的力學(xué)模型：對(duì)橋梁的內(nèi)力分布和變性特征做全面的分析；

（２）合適的監(jiān)測參數(shù)：確定需要而且可能檢測的參數(shù)；

（３）恰當(dāng)?shù)谋O(jiān)測位置：

確定必要和最佳的檢測位置；

（４）可靠地傳感通訊系統(tǒng)：

選擇操作方便、耐候性好而且精度合適的傳感器和通訊處理系統(tǒng)。第一節(jié)１、靜態(tài)問題２、動(dòng)態(tài)問題第二節(jié)、損傷指標(biāo)１、基于波形的識(shí)別指標(biāo)；２、基于振型的識(shí)別指標(biāo)；第三節(jié)、損傷識(shí)別方法１、無模型的識(shí)別方法；２、有模型的識(shí)別方法。第二章橋梁的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)損傷識(shí)別第四節(jié)、靜態(tài)有模型法第五節(jié)、動(dòng)態(tài)有模式法１、修正矩陣范數(shù)極小化法；２、子結(jié)構(gòu)修正法；３、加權(quán)靈敏度法；４、定帶寬特征值反問題；５、應(yīng)變響應(yīng)法；第六節(jié)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法１、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；２、動(dòng)態(tài)徑向基（ＲＢＦ）神