郭玲 張利（長安大學(xué)公路設(shè)計研究院，陜西西安710064）
摘要：近年來，國內(nèi)發(fā)生的幾起大橋坍塌和局部破壞事故，使人們逐漸認(rèn)識到橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的必要性和迫切性。論述了結(jié)構(gòu)檢測與健康監(jiān)測概況以及橋梁健康監(jiān)測的意義。介紹了監(jiān)測理論的研究動態(tài)和發(fā)展展望。
關(guān)鍵詞：橋梁結(jié)構(gòu)；健康監(jiān)測；監(jiān)測理論；發(fā)展展望
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橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的必要性和迫切性
自20世紀(jì)50年代以來，橋梁健康監(jiān)測的重要性就逐漸被認(rèn)識，但受檢測、監(jiān)測手段比較落后的限制，在應(yīng)用上一直未得到推廣和重視。近年來隨著大跨徑橋梁的輕柔化及形式與功能的復(fù)雜化，這項技術(shù)成為國內(nèi)外學(xué)術(shù)界、工程界的研究熱點。許多國家都在一些已建和在建的大跨橋梁上進(jìn)行了有益的嘗試：丹麥曾對總長1 726 m的Faroe跨海斜拉橋進(jìn)行施工階段及通車首年的監(jiān)測，另外，他們在主跨1 624 m的Great Belt East懸索橋上也開始了相關(guān)的嘗試；泰國與韓國目前也已開始在重要橋梁上安裝永久性的實時結(jié)構(gòu)整體與安全性報警設(shè)備；香港的青馬大橋、內(nèi)地的虎門大橋、徐浦大橋、江陰大橋等在施工階段也已開始傳感器的安裝，以備將來運營期間的實時監(jiān)測。這種技術(shù)的成功開發(fā)與應(yīng)用將起到確保橋梁安全運營、延長橋梁使用壽命的作用。同時通過早期橋梁病害的發(fā)現(xiàn)能大大節(jié)約橋梁的維修費用，可以避免最終頻繁大修關(guān)閉交通所引起的重大損失。
近年來，國內(nèi)發(fā)生的幾起大橋坍塌或局部破壞事故在很大程度上是由于構(gòu)件疲勞加之監(jiān)測養(yǎng)護措施跟不上，從而嚴(yán)重影響構(gòu)件的承重能力和結(jié)構(gòu)的使用。因此，對橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測非常必要和迫切。
工程結(jié)構(gòu)一般會受到兩種損傷——突發(fā)性損傷和累積性損傷。突發(fā)性損傷由突發(fā)事件引起，使損傷在短期內(nèi)達(dá)到或超過一定限值；累積損傷則有緩慢積累的性質(zhì)，達(dá)一定程度會引起破壞，影響安全和使用。健康檢測能夠在突發(fā)性損傷發(fā)生時，及時做出判斷和警報，以便采取處理措施，防止發(fā)生進(jìn)一步的破壞和引發(fā)其它事故；對于累積損傷，能夠定期對損傷的狀態(tài)做出描述，以便根據(jù)情況采取相應(yīng)措施。
橋梁結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測包括橋梁結(jié)構(gòu)的局部檢測和橋梁整體的健康監(jiān)測。局部檢測主要應(yīng)用無損檢測技術(shù)(NDE)，包括目檢、混凝土表面硬度試驗、超聲波探測、聲發(fā)射技術(shù)和沖擊回應(yīng)法等等。整體檢測利用無損測量技術(shù)(主要是振動)來識別結(jié)構(gòu)的整體性能和損傷，分三個層次，即：損傷是否發(fā)生、損傷發(fā)生位置和損傷發(fā)生程度。這種思想源于航空航天領(lǐng)域，并在機構(gòu)領(lǐng)域得到發(fā)展，現(xiàn)在逐漸應(yīng)用到了土木工程領(lǐng)域。
3 橋梁健康監(jiān)測意義
3.1 監(jiān)控與評估
橋梁健康檢測的基本內(nèi)涵是通過對橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的監(jiān)控與評估，為工程在特殊氣候、交通條件下或運營狀況嚴(yán)重異常時發(fā)出預(yù)警信號，為橋梁維護、維修與管理決策提供依據(jù)和指導(dǎo)。為此，監(jiān)測系統(tǒng)通常對以下幾個方面進(jìn)行監(jiān)控：①橋梁結(jié)構(gòu)在正常環(huán)境與交通條件下運營的物理與力學(xué)狀態(tài)；②橋梁重要非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和附屬設(shè)施的工作狀態(tài)；③結(jié)構(gòu)構(gòu)件耐久性；④工程所處環(huán)境條件等等。
3.2 設(shè)計驗證
由于大型橋梁的力學(xué)和結(jié)構(gòu)特點以及所處的特定環(huán)境，在大橋設(shè)計階段安全掌握和預(yù)測其力學(xué)特性和行為特性是非常困難的。因此，通過橋梁健康檢測所獲得的實際結(jié)構(gòu)的動靜力行為來檢驗大橋的理論模型和計算假定具有重要意義。不僅對設(shè)計理論和設(shè)計模型有驗證作用，而且有益于新的設(shè)計理論的形成。
3.3 研究與發(fā)展
橋梁健康監(jiān)測帶來的將不僅是監(jiān)測系統(tǒng)和某種特定橋梁設(shè)計的反思，它還可能并成為橋梁研究的現(xiàn)場實驗室。由于運營中的橋梁結(jié)構(gòu)及其環(huán)境所獲得信息不僅是理論研究和實驗室調(diào)查的補充，而且可以提供有關(guān)結(jié)構(gòu)行為與環(huán)境規(guī)律的最真實的信息。
4 健康檢測理論的研究動態(tài)和發(fā)展展望
橋梁健康檢測理論的研究主要包括：基于振動的識別、結(jié)構(gòu)指紋及變異性、系統(tǒng)識別、檢測測點的優(yōu)化布置和大量數(shù)據(jù)的處理。目前一些整體性評估技術(shù)已經(jīng)在一些簡單結(jié)構(gòu)上有成功的例子，但不能可靠的應(yīng)用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)。阻礙這一技術(shù)進(jìn)入實用的原因主要有：①結(jié)構(gòu)與環(huán)境中不確定性和非結(jié)構(gòu)因素的影響；②測量信息不完備；③測量精度不足和測量信號噪音；④橋梁結(jié)構(gòu)贅余度大并且測量信號對結(jié)構(gòu)局部損傷不敏感。為此還需要做大量的工作，如索的無損識別研究、材料耐久性和疲勞因素引起的原因及其檢測方法研究、橋梁整體性與損傷識別研究、橋梁結(jié)構(gòu)劣化模型研究、自動的在運系統(tǒng)識別和數(shù)據(jù)處理方法研究。
摘自《華東公路網(wǎng)》
