中交路橋科技是從事工程檢測(cè)監(jiān)測(cè)、城市安全監(jiān)測(cè)預(yù)警與評(píng)價(jià)、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復(fù)合型高新技術(shù)集團(tuán)企業(yè)。
全文以公路混凝土橋梁健康監(jiān)測(cè)理論為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成進(jìn)行解析，從而明確了影響橋梁健康的部位和監(jiān)測(cè)重點(diǎn)。以公路混凝土橋梁健康要素分析為依據(jù)運(yùn)用專(zhuān)家打分法得到了橋梁各部位要素權(quán)重，以統(tǒng)計(jì)理論為基礎(chǔ)建立了公路混凝土橋梁健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)八里湖大橋的健康狀況進(jìn)行了評(píng)價(jià)。
第 1 章 引言
1.1 論文選題的背景
自 20 世紀(jì) 80 年代以來(lái)，我國(guó)城鄉(xiāng)道路的快速發(fā)展，作為城鄉(xiāng)道路建設(shè)的重要組成部分，橋梁也獲得了廣泛關(guān)注，得到一定的發(fā)展。特別是 21 世紀(jì)以來(lái)，成了我國(guó)大跨度橋梁的建設(shè)充分發(fā)展的時(shí)期，大量的技術(shù)含量高，設(shè)計(jì)復(fù)雜和施工難度大的橋梁相繼在我國(guó)施工實(shí)際中出現(xiàn)，大跨度橋梁建成，標(biāo)志著我國(guó)現(xiàn)代化公路橋梁施工的科技水平已經(jīng)成為了世界發(fā)達(dá)國(guó)家水平。近年來(lái)建造的超級(jí)橋梁，許多橋梁的科學(xué)技術(shù)進(jìn)步在世界上占有重要地位。重慶朝天門(mén)大橋是全球上最大的跨鋼拱橋，在全球上首創(chuàng)了十項(xiàng)以上的橋梁；蘇通大橋?yàn)槿澜绱罂缍刃崩瓨?，主跨度?1088 米，連續(xù)長(zhǎng)度與全球上第一大的斜拉橋相同；潤(rùn)陽(yáng)長(zhǎng)江公路大橋南支吊橋，全長(zhǎng) 1490 m，是全球第三大吊橋；杭州灣跨海大橋是全球上第一座跨海大橋。
隨著我國(guó)科技水平的發(fā)展和建設(shè)施工水平的提升，公路橋梁建設(shè)提出了更符合現(xiàn)實(shí)的要求?，F(xiàn)在，在中國(guó)廣大的土地上建立了一個(gè)龐大的高速公路系統(tǒng)，并逐漸向網(wǎng)絡(luò)更加完善和完善。無(wú)處不在的高速公路、立交橋、道橋、高架橋、高速鐵路橋等新橋，就像地上的一道彩虹，將把這座異常美麗的城市裝點(diǎn)得更加美麗。
這幾年來(lái)，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)總量的持續(xù)發(fā)展為公路交通運(yùn)輸?shù)慕】堤峁┝朔€(wěn)定的社會(huì)基礎(chǔ)，同時(shí)，我國(guó)的公路橋梁工程領(lǐng)域的建設(shè)也一直獲得了前所未有的發(fā)展速度。雖然我國(guó)在新的橋梁新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)、設(shè)計(jì)理論和計(jì)算世界上先進(jìn)，一些結(jié)果達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，但在建設(shè)領(lǐng)域的控制和安全控制等，與國(guó)外仍有差距，建設(shè)項(xiàng)目的正常運(yùn)行構(gòu)成很大的影響。深入分析了公路橋梁建設(shè)工程的現(xiàn)狀，提出了相應(yīng)的健康政策，是現(xiàn)代公路橋梁施工企業(yè)需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。
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1.2 國(guó)內(nèi)外研究綜述
1.2.1 國(guó)外研究綜述
1.2.1.1 健康檢測(cè)模型理論
在 20 世紀(jì)下半葉對(duì)公路橋梁建設(shè)進(jìn)行了大量投資之后，資金需求從建造新的公路結(jié)構(gòu)變?yōu)樾迯?fù)和替換現(xiàn)有公路橋梁結(jié)構(gòu)，橋梁健康監(jiān)測(cè)成為相關(guān)學(xué)者探討的前言方向。2005 年 Neves L C, Dan M F[1]提出了一個(gè)模型，用于分析現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的概率性能指標(biāo)在時(shí)間，安全性和成本方面在無(wú)需維護(hù)、預(yù)防性維護(hù)和基本維護(hù)方面的時(shí)間演變。該模型將基于視覺(jué)條件檢查的橋梁管理系統(tǒng)中的當(dāng)前實(shí)踐與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的壽命期間的結(jié)構(gòu)安全評(píng)估相結(jié)合。通過(guò)將模型中涉及的所有參數(shù)定義為所提出的模型，可以考慮性能惡化過(guò)程中的不確定性，維護(hù)操作的應(yīng)用時(shí)間以及維護(hù)操作對(duì)結(jié)構(gòu)的狀況，安全性和生命周期成本的影響。
Rellingwood B[2]運(yùn)用概率風(fēng)險(xiǎn)分析方法為狀態(tài)評(píng)估中的不確定性管理提供量化工具，這些工具是數(shù)據(jù)密集型的，需要改進(jìn)惡化過(guò)程的物理模型，以充分發(fā)揮設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)管理的潛力，并且指出風(fēng)險(xiǎn)是知情管理決策的基本要素。2011 年Okasha N M, Dan M F[3]提出概率方法的使用使人們能夠考慮結(jié)構(gòu)惡化，評(píng)估和維護(hù)過(guò)程中的不確定性。之后，Bocchini P. Dan M F[4]提出了一種概率計(jì)算框架，用于 Pareto 優(yōu)化預(yù)防性維護(hù)應(yīng)用到公路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的橋梁。橋梁特征由其不確定的可靠性指數(shù)分布表示，模擬橋的進(jìn)/出服務(wù)狀態(tài)，選擇多目標(biāo)遺傳算法作為解決優(yōu)化問(wèn)題的數(shù)值工具。
1.2.1.2 健康檢測(cè)方法理論
20 世紀(jì)以來(lái)，國(guó)外公路橋梁的建設(shè)獲得了不斷發(fā)展。隨著橋梁建設(shè)逐漸由新建邁向養(yǎng)護(hù)維修，公路橋梁檢測(cè)技術(shù)得到了很大提高。為了滿足公路運(yùn)輸承載重量的不斷提高這一情況下對(duì)公路橋梁質(zhì)量的要求，確保公路橋梁運(yùn)輸服務(wù)的安全性，要求公路橋梁具備過(guò)硬的質(zhì)量。因此，分析公路橋梁的檢測(cè)技術(shù)，給予橋梁工程中存在質(zhì)量問(wèn)題的環(huán)節(jié)進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，對(duì)公路橋梁建設(shè)具有重要意義。1995 年在美國(guó)薩凡納河大橋的三跨連續(xù)鋼梁上安裝了應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以監(jiān)測(cè)大型卡車(chē)和卡車(chē)引起的傾斜和應(yīng)力。1997 年加拿大建造了一座長(zhǎng)達(dá) 12.9 公里的 45 跨預(yù)應(yīng)力混凝土，采用綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)冰荷載下橋梁的各種狀況。21世紀(jì)，美國(guó)、日本、歐洲等國(guó)家加速了光纖光柵在橋梁中的應(yīng)用，主要集中在橋梁的健康監(jiān)測(cè)，并取得了許多研究成果。2008 年 Tao HX[5]研究了實(shí)際測(cè)量方法理論在橋梁健康檢測(cè)中的應(yīng)用，他強(qiáng)調(diào)橋梁檢測(cè)是橋梁質(zhì)量和安全的重要組成部分，偏轉(zhuǎn)、線性形狀、柱形和水平位移是橋梁檢測(cè)的重要組成部分，他測(cè)量了柱的撓度、線形、水平和垂直位移，并詳細(xì)分析了測(cè)量的精度、速度和范圍。由于材料老化、過(guò)載、環(huán)境影響和維護(hù)不足，橋梁會(huì)隨著時(shí)間的推移而惡化，因此橋梁的狀況對(duì)旅行公眾的安全至關(guān)重要。2013 年 La HM，Lim RS，Basily BB[6]提出了一種機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)于用于高效甲板檢查和評(píng)估的自動(dòng)化機(jī)器人系統(tǒng)，自主的完整移動(dòng)機(jī)器人被用作攜帶各種 NDE 傳感系統(tǒng)的平臺(tái)，以便同時(shí)快速地收集數(shù)據(jù)。機(jī)器人的 NDE 傳感器套件包括地面穿透雷達(dá)陣列、聲學(xué)/地震陣列、電阻率傳感器和攝像頭。除了 NDE 傳感器，機(jī)器人還配備了各種車(chē)載導(dǎo)航設(shè)備，如全球定位系統(tǒng)（GPS）、慣性測(cè)量單元（IMU）、激光掃描儀等。
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第 2 章 公路混凝土橋梁健康監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)理論
2.1 梁橋的類(lèi)別與組成
橋梁是一種為了保持道路的連續(xù)性而修建的，當(dāng)?shù)缆酚龅街T如湖泊、河流、深溝山谷和道路等障礙時(shí)。大橋不僅要保證橋上的交通，而且要保證橋下的水的排放、船的航行或車(chē)輛的通行。
2.1.1 橋梁的類(lèi)別
橋梁分類(lèi)的方式很多。通常從建橋材料、適用跨度、受力特點(diǎn)、施工條件等方面來(lái)劃分。
2.1.1.1 按受力特點(diǎn)
分工程上的受力構(gòu)件，總離不開(kāi)壓、拉、彎三種基礎(chǔ)受力狀態(tài)。由基礎(chǔ)構(gòu)件構(gòu)成的各類(lèi)布局物，也可歸結(jié)為拱式、梁式、懸吊式三種和它們之間的組合。
1、梁式橋
梁橋是一種在垂直荷載作用下無(wú)水平方向反作用力的結(jié)構(gòu)，主梁是主承重構(gòu)件的橋梁。因?yàn)橥饬Γ▌?dòng)載和靜載）的方向與主梁的軸線幾乎成 90 度角，因此相較于其他同樣跨徑的橋梁體系，梁橋梁內(nèi)出現(xiàn)的彎矩最大。桁架梁中構(gòu)成桁架的各部分構(gòu)件大部分只承受軸向推力，能夠?qū)嶋H利用桿件結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度，但桁架梁的組成繁雜、制造工費(fèi)成本高，多用于較大跨徑橋梁。大多數(shù)實(shí)心腹板梁是鋼筋混凝土，預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土，也可以由鋼和鑄鋼桁梁或鋼箱梁制成。實(shí)腹梁式橋的起初形式是采用原木加工的木質(zhì)梁橋和石材加工的石質(zhì)板橋。鑒于木材、石材材料本身的性能、尺寸等，木橋如今已很少不采用， 石板橋也只是小人行橋。
2、拱式橋
拱橋的主要依靠是拱肋或拱的重量，而主軸承是由于軸向壓力。 拱式橋的受力以受豎向壓力為主，一般采用抗壓強(qiáng)的材料（石、磚、混凝土）和鋼筋混凝土施工。拱式橋具有：一方面，橋梁跨越較大，與梁橋相比，這節(jié)省了鋼鐵和水泥。 另一方面，相較于其他類(lèi)型的橋梁而言維護(hù)成本較低。拱式橋外觀造型美，內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于廣泛采用。
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2.2 橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
基于橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)是公路橋梁在線健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)有之義和基本內(nèi)涵，橋梁健康監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)能夠在橋梁運(yùn)行中對(duì)特殊氣候和異常交通狀況提前預(yù)警，是橋梁合理安排養(yǎng)護(hù)管理的重要技術(shù)手段，是橋梁養(yǎng)護(hù)管理的重要指標(biāo)和主要依據(jù)。
2.2.1 橋梁健康監(jiān)測(cè)目的
橋梁隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間的增長(zhǎng)，氣候等自然因素,環(huán)境侵蝕、材料老化、增加交通和疲勞效應(yīng)和突變效應(yīng)等不利因素的耦合作用下結(jié)構(gòu)性破壞，導(dǎo)致橋梁的使用性能和安全性能是沒(méi)有保證的。橋梁的健康監(jiān)測(cè)，一方面可以了解橋梁使用過(guò)程中的安全情況，另一方面也是橋梁進(jìn)行維護(hù)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)依據(jù)之一。它可以有效地防止事故的發(fā)生，也可以提前了解橋梁的健康狀況,完成維護(hù)措施,明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
2.2.2 橋梁健康監(jiān)測(cè)內(nèi)容
2.2.2.1 梁橋的病害研究
（一）橋梁的結(jié)構(gòu)病害
1、上部結(jié)構(gòu)梁橋的上部結(jié)構(gòu)主要包括主梁、支座以及橫隔梁。橋梁的上部結(jié)構(gòu)發(fā)生病害嚴(yán)重的影響橋梁的正常使用壽命，是一座橋的主要承重結(jié)構(gòu)。
（1）主梁。主梁為橋主承重結(jié)構(gòu)，主梁的健康安全直接的影響著橋梁的健康，甚至影響著公共財(cái)產(chǎn)生命安全。主梁的病害主要有橋面平整度、混凝土質(zhì)量、鋼筋銹蝕度等。
（2）橫隔梁。如果橫擋板開(kāi)裂，則會(huì)導(dǎo)致一個(gè)或多個(gè)板梁的單一受力，從而加劇單板的疲勞損傷，并對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)產(chǎn)生不利影響。
（3）支座。支座是橋面板和橋墩之間的過(guò)渡部分，它能高效的將橋上行車(chē)荷載產(chǎn)生的反力傳遞到墩臺(tái)上。支座的主要病害有加工缺陷、材質(zhì)問(wèn)題、受力不均勻等，直接表現(xiàn)為支座銹蝕、內(nèi)部老化、不靈活、支座變形。
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第 3 章 公路混凝土橋梁健康要素分析........................... 18
3.1 橋梁健康監(jiān)測(cè).............................. 18
3.1.1 工程實(shí)例....................................... 18
3.1.2 健康檢查結(jié)果............................. 19
第 4 章 公路混凝土橋梁健康評(píng)價(jià)指標(biāo)的建立.......................... 23
4.1 數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法在工程質(zhì)量管理中的應(yīng)用.............................. 23
4.1.1 分層法的應(yīng)用...................................... 23
4.1.2 因果分析圖法的應(yīng)用........................... 24
第 5 章 八里湖大橋健康監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)的實(shí)證研究............................ 32
5.1 工程概況................................. 32
5.2 健康監(jiān)測(cè)............................... 33
第 5 章 八里湖大橋健康監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)的實(shí)證研究
5.1 工程概況
九江市八里湖大橋工程?hào)|起長(zhǎng)虹西大道，向西與環(huán)湖二路交叉，跨越八里湖，與環(huán)湖三路、南潯鐵路及九江長(zhǎng)江公路大橋南岸接線交叉后，終于沙閻路，路線全長(zhǎng) 2.6km。本工程作為長(zhǎng)虹西大道二期工程的重要組成部分的八里湖大橋工程，標(biāo)段全長(zhǎng) 1.59km。起訖樁號(hào)為 K0+240～K1+836 由西至東橋梁劃分為：西岸引橋、主橋、東岸引橋三部分，八里湖大橋穿越八里湖景區(qū)，施工環(huán)境要求嚴(yán)格，施工條件復(fù)雜。
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第 6 章 結(jié)論與展望
6.1 結(jié)論
本文通過(guò)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法中的層次分析法建立公路混凝土橋梁的評(píng)價(jià)模型，邀請(qǐng)橋梁質(zhì)量管理專(zhuān)家打分得出各項(xiàng)目層的權(quán)重指標(biāo)。采用模糊評(píng)價(jià)原理對(duì)橋梁的健康狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，并以八里湖大橋?qū)嵗治鲞M(jìn)行驗(yàn)證，取得了與實(shí)際相符的結(jié)果，顯示出研究的現(xiàn)實(shí)意義。
通過(guò)對(duì)公路混凝土橋梁健康監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)研究得出結(jié)論如下：
6.1.1 影響橋梁健康的因素分布
1、對(duì)橋梁基礎(chǔ)理論的研究，明確了橋梁的結(jié)構(gòu)體系，針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)體系和健康監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)，對(duì)橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)情況進(jìn)行了設(shè)計(jì)。
2、橋梁結(jié)構(gòu)病害研究，得到影響橋梁上部結(jié)構(gòu)健康的主要有主梁、支座、橫隔梁對(duì)應(yīng)的病害，影響橋梁下部結(jié)構(gòu)健康的主要是蓋梁、橋墩、墩臺(tái)、錐坡、墩臺(tái)基礎(chǔ)及病害，影響橋梁橋面系健康的主要是橋面鋪裝、橋面板、伸縮縫、人行道和欄桿、排水系統(tǒng)、照明及病害。
3、根據(jù)橋梁方面的專(zhuān)業(yè)人士打分，得出各部分對(duì)橋梁健康影響的權(quán)重和橋梁健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和權(quán)重匯總表。
6.1.2 建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系
1、對(duì)公路混凝土橋梁結(jié)構(gòu)和健康要素進(jìn)行分析，得出主要橋梁健康影響病害及所屬結(jié)構(gòu)情況，為得出橋梁健康評(píng)價(jià)權(quán)重提供了理論依據(jù)。
2、根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)和病害分析結(jié)果，邀請(qǐng)橋梁專(zhuān)家對(duì)橋梁各部位對(duì)橋梁健康影響進(jìn)行打分，得出橋梁部位對(duì)橋梁健康影響權(quán)重情況。
