淺談橋梁的檢測定位方法

摘要：隨著人們對大型重要橋朵安全性、耐久性與正常使用功能的日漸關注，橋梁健康監測的研究與監測系統的開發應運而生。為了保證既有橋的安全運營和盡可能處長其安全使用年限，應對既有橋進行檢測，而且應定期進行所謂全面檢查就是對橋梁的引道、周邊環境、地基下部結構、上部結構、橋面(包括橋面鋪裝層、伸縮縫、人行道、欄桿、防撞設施、排水設施、照明及防雷設施)、支座等作全面查看、量測。本文提出了全面檢查應檢的部位，井探討檢測橋梁的新方法。

一、橋梁的全面檢測理論

1 對引道及橋址周邊環境進行檢查量測

(1)查看正橋與引橋、引遭(線)的銜接處是否正常，與竣工時的情況相比較，是否有變化。

(2)橋址及其附近的水流河道是否改變，必要時還應測定主河槽的水流速度及其流向，橋下凈寬有無改變，橋墩臺處的局部沖刷與設計有關數據相比是否增大。

(3)兩岸的橋頭填土石砌錐坡有無沖刷、滑移和損壞。

2、量測壘橋的標高和線形

(1)橋的標高和線形有聯系關系，但又有區別。前者是指某點的高程值，后者則是橋梁相關點的連線。一座設計施工質量良好的橋梁，其標高和線形均應達到設計期望值。

(2)量測的主要部位和項目有：墩臺的支承墊石(即支座墊板)頂面、承臺頂面和梁底處的標高；墩臺身在橋的縱、橫向有無偏移傾斜。①對斜拉橋和懸索橋，還應量測其主塔身在橋的縱、橫向有無偏移傾斜，塔頂的變位。②對懸索橋，還應量測主纜的線形；③對拱橋，還應量測拱肋軸線的線形。

3、圬工粱拱檢查量測

(1)檢查圬工有無風化、剝落、破損及裂逢，特別注意變截面處、加固修復處及防水層的情況。對圬工剝落、裂縫處，應注意鋼筋的銹蝕情況。

鋼筋混凝土梁應重點檢查寬度超過0.2 m m的豎向裂縫，并注意檢查有無斜向裂縫及順方向的縱向裂縫。預應力鋼筋混梁要觀測梁的上拱度變化，并注意檢查有無不允許出現的垂直于主筋的豎向裂縫。

(2)拱橋應量測實際拱軸線和拱圈(或拱肋)尺寸，并檢查它們有無橫向(垂直于路線方向)的裂縫發生。

4、鋼結構檢查量測

(1)檢查鋼結構構件油漆涂層的完好程度，有無起皮、剝落、銹斑等。特別是容易積水積塵或不通風部位有無銹蝕。銹蝕嚴重的，應量測鋼板或構件的實際剩余厚度，以便考慮斷面削弱的影響。

(2)檢查構件有無裂紋、穿孔、硬傷、硬彎、歪扭、爆皮及材料夾層等。要特別注意以下部位有無疲勞裂紋發生：承受拉力或反復應力的桿件與節點板連接處或桿(構)件接頭處；由于損傷造成桿(構)件斷面削弱及應力集中處；縱梁與橫粱的連接角鋼；無蓋板的縱梁上翼緣角鋼；主梁間的縱向聯結系的連接處；單剪鉚釘處。焊縫端部及其附近的基材；U形肋與橫隔板連接處焊縫等。

(3)檢查鋼箱梁工地拼接的大環形焊縫(即同一截面的頂板一腹板一底板一腹板的周圈焊縫)和U形肋嵌補段焊縫有無異常。

(4)檢查桿件的平直度，當城市桿的彎曲矢大于桿件由長度1‰、拉桿的彎曲矢度大于桿件自由長度的1／500時，均應注意彎曲的影響。

(5)檢查鉚釘頭有無銹蝕，鉚釘有無松動。檢查高強度螺栓是否完好，有無松動和延遲斷裂等情況；有無因銹蝕或其它原因降低磨擦力現象；并應嚴密注意節點滑移的拱度的變化。 5、磚石砌體的檢查量測

磚石砌體不同于鋼筋混凝土的一個特點是，抗拉強度更小，結構脆性大，開裂荷載比較接近或幾乎等于破壞荷載。因此，當磚石砌體出現由于荷載引起的裂縫時，往往是砌體破壞的特征或前兆。

6、墩臺及基礎的檢查量測

(1)墩臺的缺陷主要表現是：裂縫、剝落、空洞、鋼筋外露及銹蝕、老化、變形位移等。

(2)檢查時，應對裂縫及破損具體位置、寬度、長度、深度進行量測和描述，繪制成圖。

7、地基的檢驗

當發現墩臺有沉降、傾斜、位移時，一定要對地基進行探測和商討。

對已成橋的地其檢測是比較困難和麻煩的。可用觸探和鉆孔取樣的方法，也可用荷載板試驗。但很難在原位進行，常常只能是接近基礎原位。對巖地基，可在基巖的露頭地點進行檢驗。

二 橋梁的檢測定位方法

在結構損傷檢測定位方面，目前可分為模型修正法和指紋分析法兩類。

1 精確的有限元建模是大型橋梁鳳震響應預測的重要前提；也是結構安全監測，損傷檢測以及實現最優振動控制的基礎。但是，盡管有限無法得到了高度的發展，實際復雜結構的有限元模型仍然是有誤差的。有限元建模為結構飛行提供完整的理論模態參數集，但這些參數常常與結構模態實驗得到的參數不一致。因此，必須對結構理論模型進行調整或修正，使得修正后的模態參數與實驗相一致，這一過程即有限元模型修正。

模型修正法在橋梁監測中主要用于把實驗結構的振動反應記錄與原先的模型計算結果進行綜合比較，利用直接或間接測知的模態參數，加速度時程記錄，頻響函數等，通過條件優化約束，不斷地修正模型中的剛度和質量信息，從而得到結構變化的信息，實現結構的損傷判別與定位。其主要方法有：

(1)矩陣型法，是發展最早，最成熟，修正計算模型的整個矩陣的一類方法，它具有精度高、執行容易的特點，主要缺點是所修正的模型的物理意義不明確，喪失了原有限元模型的帶狀特點，這方面的代表應屬Berman／Baruch的最優法。

(2)子矩陣修正法，通過對待修正的字矩陣或單元矩陣定義修正系數，通過對字矩陣修正系數的調整來修正結構剛度，該方法的最大優點是修正后的剛度矩陣仍保持者原矩陣的對稱，稀疏性。

(3)靈敏度法修正結構參數通過修正結構的設計參數彈性模量E截面面積A等來對有限元模型進行修正。

2 指紋分析方法，尋找與結構動力特性有關的動力指紋，通過這些指紋的變化來判斷結構的真實狀況。

在線監測中，頻率是最易獲得的模態參數，而且精度很高，因此通過監測頻率的變化來識別結構破損是否發生是最為簡單的。此外，振型也可用于結構破損的發現，盡管振型的測試精度低于頻率，但振型包含更多的破損信息。利用振型判斷結構的破損是否發生的途徑很多；MAC，COMAe，CMS，DI和柔度矩陣法。

但大量的模型和實際結構實驗表明結構損傷導致的固有頻率變化很小，而振型形式變化明顯，一般損傷使結構自振頻率的變化都在5％以內，一般認為自振頻率不能直接用來作為橋梁監測的指紋，而振型雖然對局部剛度比較敏感，但精確測量比較困難，MAC，COMAC，CMS等依賴于振型的動力指紋都遇到同樣的問題。對橋缺損狀態的評價缺乏統一有效的指標，有人以模糊理論，結構可靠度理論等為理論框架建立了各種橋梁使用性能評估專家系統，但必須首先建立各種規范和專家數據庫。