橋梁結(jié)構(gòu)性能的檢測與評價(jià)

1、，、t蒯j93ofI獰0暫ci《——■●—●●—●一創(chuàng)新研究2005年2月15日建設(shè)部發(fā)出通知，要求各地加大對城市橋梁養(yǎng)護(hù)維修的資金投入。國家將建立健全城市橋梁檢測評估制度，對已竣工投入使用的城市橋梁，特別是老橋、荷載標(biāo)準(zhǔn)較低和存在隱患的城市橋梁進(jìn)行一次全面排查，按照相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范進(jìn)行檢測評估。對不能達(dá)到相應(yīng)等級承載能力的橋梁，將設(shè)置警示標(biāo)志。同時(shí)，加強(qiáng)對超限超載車輛過橋的監(jiān)管力度。橋梁在一個(gè)國家的交通運(yùn)輸和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有重要位置。

2、橋梁的安全檢測是保證橋梁安全運(yùn)營的重要手段。利用國家等級變形觀測控制網(wǎng)，建立橋梁變形檢測體系，定期檢測橋梁的使用狀況，測定橋梁幾何量的變化和大小，收集橋梁結(jié)構(gòu)在運(yùn)營過程的整體線形變化數(shù)據(jù)，了解橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力的變化、分析變形的原因，為橋梁管理提供大量的信息，據(jù)此建立功能等級評分體系，并根據(jù)”功能等級評分”的數(shù)據(jù)，確定橋梁修繕和重建的費(fèi)用，以及橋梁維護(hù)、修繕和重建的先后順序。從而避免橋梁垮塌和失效，降低事故發(fā)生率；合理分配橋梁養(yǎng)護(hù)資金，確保橋

3、梁安全運(yùn)營，延長橋梁使用壽命。同時(shí)通過早期橋梁病害的發(fā)現(xiàn)，能夠大大節(jié)約橋梁的維修費(fèi)用，可以避免頻繁大修關(guān)閉交通所引起的重大損失和社會影響，最大程度減小橋梁事故造成的損失。一、橋梁檢測的主要內(nèi)容目前國內(nèi)外現(xiàn)有的橋梁檢測系統(tǒng)，對于橋梁健康狀況檢測的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：1載荷(包括風(fēng)、地震、溫度和交通荷載)。2幾何檢測(變形檢測)。檢測橋梁各部位的靜態(tài)位置和靜態(tài)位移(如樁柱、墩臺的沉降和傾斜、位移，主梁和橋面系的線型變化等)36河南科技

4、20057上的速公路3結(jié)構(gòu)的靜動力反應(yīng)。在上面的這些橋梁結(jié)構(gòu)的測試項(xiàng)目中，載荷試驗(yàn)和結(jié)構(gòu)的靜動力反應(yīng)試驗(yàn)都要中斷交通，投資較大，在高速公路運(yùn)營期間很難實(shí)施。而利用變形觀測網(wǎng)進(jìn)行橋梁幾何檢測，不用中斷交通，觀測數(shù)據(jù)同樣可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析并判斷橋梁的使用狀態(tài)。國內(nèi)采用動態(tài)全站儀和精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行橋梁變形觀測有大量的事例，并具備成熟的技術(shù)。二、變形監(jiān)測內(nèi)容高速公路上的大型橋梁其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是跨度大、塔柱高、主跨段具有柔性特性。盡管目前養(yǎng)護(hù)部門經(jīng)常對橋

5、梁進(jìn)行日常養(yǎng)護(hù)，但是要從根本上解決橋梁的安全使用的問題，需要了解橋梁的變化情況，及時(shí)測定它們幾何量的變化及大小。因此建立橋梁監(jiān)測系統(tǒng)十分必要。根據(jù)《公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》中的有關(guān)規(guī)定和要求，以及高速公路橋梁塔柱高、跨度大和主梁段為柔性梁的特點(diǎn)，變形觀測的內(nèi)容為下表。橋梁變形觀測內(nèi)容序號觀測內(nèi)容觀測儀器1橋梁墩臺沉降觀測精密水準(zhǔn)儀2橋面線形和撓度觀測全站儀、精密水準(zhǔn)儀3主梁橫向水平位移觀測全站儀、cPs技術(shù)4高塔柱擺動觀測智能全站儀、GPS技

6、術(shù)5裂縫觀測刻度放大鏡、裂縫測量卡尺三、橋梁變形檢測系統(tǒng)組成橋梁檢測系統(tǒng)由變形觀測控制網(wǎng)、精密水準(zhǔn)儀、全站儀、智能全站儀、GPS技術(shù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)整理分析軟件和橋梁承載能力評估方法等幾部分構(gòu)成。維普資訊有限責(zé)任公司黃新民四、變形觀測方法與成果整理1GPS定位技術(shù)建立平面基準(zhǔn)網(wǎng)。為了滿足變形觀測的技術(shù)要求，考慮到基準(zhǔn)網(wǎng)邊長相差懸殊，對基準(zhǔn)網(wǎng)邊長相對精度應(yīng)達(dá)到不低于120000和邊長誤差小于：e5mm的雙控精度指標(biāo)；由于工作基點(diǎn)多位于大橋橋面，

7、它們與基準(zhǔn)點(diǎn)之間難以全部通視，可采用GPS定位技術(shù)施測。為了在觀測期間不中斷交通，且避開車輛通行引起儀器的抖動和干擾GPS接收機(jī)的信號接收，對設(shè)置在橋面工作基點(diǎn)的觀測時(shí)段應(yīng)安排在夜間作業(yè)，盡可能使其符合靜態(tài)作業(yè)條件以提高觀測精度。2精密水準(zhǔn)測量建立高程基準(zhǔn)網(wǎng)和沉降觀測。高程基準(zhǔn)網(wǎng)與橋面沉降觀測均按照《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》的二等技術(shù)規(guī)定要求實(shí)施，并將垂直位移基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)、橋面沉降點(diǎn)、過江水準(zhǔn)線路之間構(gòu)組成多個(gè)環(huán)線。高程基準(zhǔn)網(wǎng)的觀測采用精

8、密水準(zhǔn)儀。高程基準(zhǔn)網(wǎng)中的過江水準(zhǔn)測量，可采用三角高程測量方法，用兩臺精密全站儀同時(shí)對向觀測。3全站儀坐標(biāo)法觀測橫向水平位移。眾所周知，直線型建筑物的水平位移常采用基準(zhǔn)線法觀測，它的實(shí)質(zhì)測定垂直于基準(zhǔn)線方向的偏離值。為充分發(fā)揮現(xiàn)代全站儀的優(yōu)點(diǎn)，橋面水平位移觀測可采用類似基準(zhǔn)線法原理的坐標(biāo)法，以直接測定觀測點(diǎn)的橫坐標(biāo)。武漢長江二橋采用該法觀測橫向水平位移，根據(jù)對全橋136個(gè)觀測點(diǎn)的結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，在未顧及視線長度不等對r坐標(biāo)的精度影響的

9、條件下，求得r坐標(biāo)的精度為048mm，遠(yuǎn)高于橋梁監(jiān)測技術(shù)中的精度要求(3mm)。4成果整理與分析。觀測成果的整理分析主要包括：每期觀測后計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)、高程及其變化量；橋墩、橋面沉降觀測點(diǎn)、線形點(diǎn)的高程及變化量；橋面水平位移觀測點(diǎn)的r坐標(biāo)值、橫向位移值。根據(jù)這些變形量繪制了相應(yīng)的變形曲線。五、觀測周期橋梁的主梁梁體和墩臺在使用過程中，由于荷載作用、干濕變化和溫度變化時(shí)引起的梁體體積變化是一個(gè)累積過程，其塑性變形將隨著荷載作用時(shí)間延長而

10、不斷增加，這種現(xiàn)象將使構(gòu)件縮短，引起結(jié)構(gòu)的整體變形。但短期內(nèi)這種變化很小，對結(jié)構(gòu)的使用狀態(tài)影響不明顯，觀測數(shù)據(jù)不具備整體評價(jià)的條件。因此，觀測工作～般每年一次，經(jīng)多年觀測基本穩(wěn)定時(shí)，可每隔若干年觀測一次：觀測資料應(yīng)妥善保存并積累繪制出圖表，才能分析了解其變化趨勢并進(jìn)行分析。六、橋梁承載能力評估方法橋梁在長期的使用過程中不免會發(fā)生各種結(jié)構(gòu)損傷，損傷的原因可以是使用、維護(hù)不當(dāng)、車禍?zhǔn)鹿实热藶橐蛩?，也可能是地震、風(fēng)暴等自然災(zāi)害。此外某些要道上

11、交通量大大高于預(yù)測流量的速度也加劇了橋梁結(jié)構(gòu)的自然老化。這些因素均導(dǎo)致了橋梁承載能力和耐久性的降低，甚至影響到運(yùn)營的安全。因此如何合理評估現(xiàn)有橋梁的承載能力，并使之規(guī)范化，便成為橋梁狀態(tài)評估的核心。在此基礎(chǔ)上才能對橋梁的損傷和病害建立一套現(xiàn)實(shí)客觀的維修決策系統(tǒng)。對不同的橋梁構(gòu)件，承載能力的表達(dá)方式是不同的。例如對于受軸向力為主的單元可采用軸力的標(biāo)準(zhǔn)；而對受彎構(gòu)件則需采用彎矩(或彎矩和剪力的聯(lián)合)作為判據(jù)。就目前來說，Taly提出的承載能

12、力評估方法還是比較合理的。其分析步驟如下：(1)分析各橋梁構(gòu)件在設(shè)計(jì)活載(如汽20或汽超20)下的最大彎矩、剪力、軸力、變形等；(2)計(jì)算各橋梁構(gòu)件的恒載內(nèi)力(包括彎矩、剪力、軸力、變形等)；(3)基于各橋梁構(gòu)件的真實(shí)截面特性以及設(shè)計(jì)規(guī)范所給定的指標(biāo)計(jì)算各單元的承載能力；(4)計(jì)算各橋梁構(gòu)件的活載承載能力(由步驟3和步驟2的計(jì)算值相減即可)；(5)步驟4和步驟1的計(jì)算值之比即可作為各單元的承載能力評價(jià)指標(biāo)。這種方法以普通的結(jié)構(gòu)分析和現(xiàn)行