公路混凝土桥梁损伤评估技术研究

应 波

(杭州余杭瑞达交通工程有限公司)

损伤一般指单调加载或者重复加载情况下，材料发生微观的缺陷，使材料内聚进展性发生减弱，使局部单元发生破坏。公路混凝土的结构材料损伤，有些是在工程施工过程中发生的，称为初始损伤。有些是受外力和环境的共同影响造成的。材料的损伤描述可以根据模型特征的尺寸与研究方法的不同，分成微观、宏观和细观三种。混凝土桥梁损伤在我国的研究只处于宏观损伤的评估测定阶段。对混凝土桥梁的微观分析和细观分析现在只能处于理论的研究阶段，还不能完全适应我国目前在实际工程中的需要。结合实际情况，本文对我国很多的公路混凝土桥梁产生的损伤进行调查，经过对混凝土结构损伤进行分析和总结，可以更好的开展公路混凝土桥梁损伤的评估技术研究工作。

1 混凝土结构的桥梁损伤诊断

1.1 模型修正的方法

要准确的确定诊断方法，我们可以建立非损伤分析的模型，使用混凝土结构桥梁动静荷载的试验，通过准确的分析和判断，测出数据后进行修正。例如:频率和振型等项目内容。对于我国公路混凝土桥梁的结构中非损伤，则需要我们进行更好的刚度及材料参数修正。

模型计算模态为了更好的将损伤的结构设置在测试的模态。在损伤的诊断方法中就要进行优化，准确的判断受损单元的刚度减少程度，而试验人员也要及时根据刚度变化对桥梁损伤的定位和具体的损伤程度进行评估。

1.2 神经网络法

神经网络法是智能诊断的损伤识别方法。神经网络法是利用数值求解法和开展实践中的操作进行实测法研究，进而获得结构所需的物理量，将物理量作为训练样本参数进行输入的过程，而且在一般的情况下，可以更广泛的应用结构缺陷，将缺陷转化成输出参数。神经网络需要有着很强的学习和组织、适应能力，以一定量的训练学习后，神经网络可以实现快速的记忆，得出输入的参数和输出的参数间非线性的映射，以此获得相关的反问题解。

神经网络法在设计之初，并不是专门针对混凝土的桥梁损伤开始进行设计的，而是用于其他的用途，但后来经研究发现，它对非线性问题有着强大的处理能力，很适合混凝土桥梁结构操作的诊断工作。常用的神经网络模型包括BP网络模型和对偶传播神经网络等网络模型。神经网络有着非常强大的容错性，并且对于输入的参数并没有过高的要求，具有广阔的发展前景。

1.3 动力指纹分析的方法

动力指纹分析的方法一般情况下，又可以称作对比法。当结构发生损伤后，参数也会产生变化，动力指纹会随之进行不同的变化。

损伤识别工作开始以前，要对损伤的位置与大小数据库等内容进行数据的进一步完善，实测值和数据库系统存档数值认真的进行比对。如果数据极为相近，说明结构已经有了损伤的位置。比较常用的动力指纹参数包括:频率、应变、振型、频响函数等。

动力指纹的分析法需要耗费极大的工作量，不具有很高的敏感性，而损伤情况的对比数据库也很难建立，所以，一般只将动力指纹分析法应用于地震后桥梁结构的内部不可见损伤对比。

1.4 专家系统法

专家系统法是模拟专业的方法，对工程进行计算机程序系统的分析，在进行损伤诊断的时候，可以通过使用计算机将系统内存储大量混凝土结构的桥梁损伤诊断知识进行分析。专业系统具有高效率、高准确性的特点。而且专业系统法的优点还包括，不容易被环境影响，而混凝土也由于自身结构的原因，离散性与多样性的特点使专家系统法在实际应用中很难推广使用。

2 混凝土结构的桥梁损伤技术检测

2.1 外观检测技术

结构损伤最常用的方法是直接观察方法，如果使用外观检测技术，就要对混凝土桥梁的裂缝和其它病害进行观察，对桥梁使用现状进行评定，不过这种技术不能准确判断，重要的损伤很可能发生在结构的内部或不容易发现的位置。而且外观检测技术也不能对桥梁混凝土结构剩余强度做出准确的定量描述。

2.2 静载检测技术

静载检测技术可以更好的检测桥梁结构的性能，对桥梁的参数，和桥梁承载力的识别的技术方法。试验可以得出以下结论，结构反应参数对桥梁的结构强度和刚度及抗裂能力都要进行认真的分析，才能更好的判断出桥梁承载真正的能力。一般情况下，静力识别具有高检测精度、十分稳定的特性，但是，由于静载试验的时间十分漫长，耗费资金过大，在实际应用中受到很大的影响。

2.3 振动检测技术

振动检测技术一般要包括激振技术、试验模态分析。有时候，激振会参与到结构的实际动态测试环节，既会影响实测的测试精度，也会影响实测的速度。

激振可以分为瞬态、瞬态随机和随机。由于随机的激振能量比较小，不能满足平稳的噪声，所以一般情况下，实际中使用瞬态激振的情况比较多，但是，瞬态激振需要阻断交通，在有些时候还会发生损坏桥梁的现象。

试验模态的分析是需要将描述结构系统固有频率进行确定，也要确定振型等相关参数的。测试的过程以激振器与传感器优化的布置，检测结果和显示相同。

2.4 局部检测技术

局部检测技术是专门针对公路混凝土桥梁损伤检测的方法。一般应用方法为染色法、回弹法射线法和超声脉冲法等。而超声脉冲法的检测被评为进行混凝土结构的桥梁损伤评估比较常见的方法。而超声检测技术相比于其它同类技术，却有着应用范围广泛、实际使用检测成本低、实践检测深度大、检测速度快等特点，而且对人体没有任何危害，利于推广使用。

3 混凝土结构桥梁承载力评估的分析计算方法

(1)荷载试验法

荷载试验法有着很多的优点，最突出的优点就是比较直观。可以对桥梁结构的实际承受荷载做出重量增加，通过实际的检测，观察桥梁的结构是否正常。荷载试验包括静载和动载。

(2)动载试验方法

很多时候会使用动测仪器对结构频率与振型进行检测，而结构参数也要考虑在正常范围的选取。这种检测法只适用于桥梁整体评估的检测，并不能很好的反映桥梁结构实际的能力。甚至很多评估方法都有很多问题，过于粗糙。

4 结束语

加强混凝土桥梁的检测、鉴定和评估工作，对桥梁后期的结构修复与维护起到重要的作用。加强混凝土桥梁损伤评估技术的分析，也有利于新型特种修复材料的研发，可以有针对性的提出具有可行的修复方法，使混凝土桥梁损伤与修复工作走在健康发展的道路上。

[1] 袁万城，崔飞，张启伟.桥梁健康监测与状态评估的研究现状与发展[J].同济大学学报(自然科学版)，2012，27(2):184-188.

[2] 姜海波，车惠民，钱永久.一座既有铁路混凝土梁的承载力可靠性评估[J].桥梁建设，2012，(2).

[3] 王柏生，倪一清，高赞明.用概率神经网络进行结构损伤位置识别[J].振动工程学报，2011，14(1).