基于損傷識別的橋梁預防性養護研究

謝世春

（馬鞍山市公路管理局）

基于損傷識別的橋梁預防性養護研究

謝世春

（馬鞍山市公路管理局）

受密集交通量的反復作用、氣候環境的外部影響等多方面因素的作用橋梁損傷和病害發生的概率較大，如果得不到有效的預防和控制，將直接威脅橋梁的使用壽命和整體性能，加大橋梁使用風險，所以橋梁預防性養護受到社會各界的高度關注。本文為對基于損傷識別的橋梁預防性養護產生更加全面的認識，并推動其整體水平的提升，對目前常用的橋梁損傷識別方法、橋梁預防性養護理論和技術進行系統分析的基礎上，對基于損傷識別的橋梁預防性養護方案展開研究。

損傷識別；橋梁；預防性養護

前言

橋梁損傷識別是橋梁預防性養護的主要依據，橋梁在使用的過程中受車輛超載、反復碾壓、溫差變化等因素的影響，會在表面或內部發生損傷，為保證橋梁的整體品質，強化耐久性，需要對其損傷進行科學的識別，并針對性的采取預防性養護措施。

1 目前常用的橋梁損傷識別方法

1.1 常見橋梁損傷識別方法

1.1.1 以靜力測試為基礎的橋梁損傷識別

此方法是在停止橋梁正常使用的前提下，對橋梁進行靜載試驗，確定橋梁結構在應變、裂縫等方面的靜力參數，通過參數對橋梁的靜承載力進行判斷的方法，由于其建立在實際檢測的數據基礎上，所以準確性、可靠性均較理想，但對于跨度較大的橋梁，由于需要測量的數據過多，實踐難度較大，而且要長時間停止橋梁使用，影響較大[1]。

1.1.2 以動力測試為基礎的橋梁損傷識別

此方法是直接針對橋梁的剛度、質量等方面的參數分析，對損傷部位和程度等進行確定，所以損害識別的效率較高，對區域交通的影響較小，但其所應用的數據幾乎全部來源于傳感器，所以傳感器布置、數據采集誤差等都會對損傷識別的精準度構成影響。1.1.3以智能算法為基礎的橋梁損傷識別

此方法是利用現代信息技術和統計學、模糊理論等計算方法的綜合方法，如神經網絡、遺傳算法等都是理想的損傷識別途徑，此方法的準確性較高，而且識別的效率更有保證，但對計算機系統建設依賴性較強[2]。

1.2 以模型修正為基礎的橋梁損傷識別方法

此方法是在針對橋梁結構進行現場試驗所獲取的動力特征基礎上建立對橋梁結構進行修正的模型，并在目標函數、約束條件等方面的作用下保證橋梁修正模型的精準度，為橋梁預防性養護提供全面參考的方法，此方法具有周期短、耗資少的特點，現階段我國在以模型修正為基礎的橋梁損傷識別方法方面也取得了較理想的成果，形成多樣化的修正模型，如靜力模型修正、綜合靜動模型修正、參數模型修正、矩陣模型修正等，有效的推動了橋梁損傷識別技術的發展。

2 橋梁預防性養護理論和技術

2.1 常見橋梁病害種類

適用性病害主要包括以下方面：①受瀝青混凝土表面均勻性、孔隙率、結構強度以及路面車載等多方面因素的影響，橋面出現龜裂、滲漏、凍脹、破損等病害的可能性較大；②受橋臺剛度、地基沉降、引道剛度等方面因素的影響，橋頭和路堤通常會出現橋頭跳車、路堤過度沉降、橋面不平整等病害；另外，在設計或施工過程中如果存在操作不當、維護不及時或材料不合格等問題，也會導致挑梁伸縮縫破損、松動、堵塞，支座過度剪力變形等病害；③如果橋梁泄水管堵塞、破損或設計不合理也會出現橋面積水、鋼筋腐蝕等病害。耐久性病害即橋梁在長時間使用后出現的混凝土老化脫落、涂層脫落等病害；安全性病害即對橋梁整體性能產生影響的病害，如側墻與臺體分離、橋梁結構性裂縫超限等。

2.2 橋梁預防性養護

橋梁預防性養護是以橋梁全壽命為重點，在設計方面對橋梁的各項細節構造進行有意識的完善，對防水排水系統等科學布置，對橋梁構件和配件進行及時的檢查和維護，在施工過程中通過施工方法的不斷改進，提升橋梁整體性能的有效方法，在實踐中其將高效的檢測手段和全面科學的性能評估有機結合，并在此基礎上制定與損害識別相匹配的周期性養護計劃，在橋梁預防性養護的過程中注重細節優化，積極引進新技術、新工藝等[3]。在橋梁預防性養護工作中主要進行裂縫封閉、缺損混凝土修補、伸縮縫清除、金屬構件和鋼結構維護、滲水腐蝕部位清理、附件設施維護等工作，是主動控制橋梁使用風險，延長橋梁使用壽命的技術。

3 基于損傷識別的橋梁預防性養護方案

3.1 基于損傷識別的橋梁預防性養護技術方法

將養護技術和預防性養護同時作為保證橋梁整體性能的有效手段，在合理位置布置針對橋梁健康狀況的監測器，對橋梁健康數據進行收集、整理，確定橋梁的損傷狀況進而對橋梁的技術狀況進行識別，在此基礎上利用人工檢查進行病害確定，設計針對性的合理預防養護方案的過程即基于損傷識別的橋梁預防性養護。其在操作的過程中，要結合橋梁的具體結構、車載量等實際數據在橋梁上布置傳感器系統，采集橋梁健康數據，利用結構損傷識別技術和方法，對數據進行分析并模擬實驗，利用人工和自動檢測的雙重手段實現損傷識別和預防性養護方案的針對性合理提出。

3.2 結合案例，分析基于損傷識別的橋梁預防性養護方案

例如長江中下游某大橋傳感器系統監測數據顯示，其剛度下降位置可能存在損傷，所以人工攜帶專業儀器對此部位進行了針對性的檢查，如圖1所示，通過檢查發現第四跨懸臂梁端部箱體內壁混凝土表面存在寬度為0.43mm超限裂縫，原因可能是主梁根部因使用荷載超出設計荷載而導致負彎矩過大，針對其損害現狀及原因確定利用表面封閉法對其進行修補，即在準備工作落實后在裂縫兩側劃線間利用手鏟、鋼絲刷等工具將養護范圍表面整平，并利用丙酮擦洗，在保證裂縫未被堵塞的前提下，清除其周圍油污，然后利用合適的灌漿嘴修補，注意埋嘴前后的輔助工作，埋嘴后一天后進行壓水或壓氣實驗，對孔眼暢通情況進行確定。其次，該橋梁第三跨右側根部箱梁內倒角處出現蜂窩麻面和露筋病害，如圖2所示，其主要是由于混凝土施工過程中振搗不達標，漏漿導致，如果不及時修復可能誘發混凝土漏筋問題，預防性養護方案是在將損傷部位表面麻面鑿除后，對鋼筋進行除銹、阻銹處理，并進行針對性的修補。再次，該橋梁箱梁內存在滲水、漏水問題，對橋梁箱梁部位可能產生積水腐蝕，考慮到其主要原因是橋面積水，所以預防性養護方案是先對橋梁的排水設施進行檢查，對泄水管的損傷進行修補。另外，該橋梁支座周圍局部存在施工后遺留的混凝土碎塊，而且鋼板已經受到較嚴重的腐蝕，如果不能有效處理可能對支座的整體性能和橋梁結構的自由伸縮產生影響，所以確定預防性養護方案是在對其周圍碎石全面清除的基礎上，對鋼板上已經產生的銹進行清除，并確定定期檢查的實施方案。除此之外，該橋梁局部出現后澆混凝土局部破壞、橋面板端部過渡段混凝土“啃邊”問題，其可能是在使用的過程中車輪反復碾壓導致，所以確定預防性養護方案是對混凝土板端進行修補。

通過該橋梁的預防性修補方案的確定可以看出，基于損傷識別的橋梁預防性養護是在監測系統評估橋梁損傷的基礎上，人工進行針對性的檢測，并確定導致損傷的原因，進而采取針對性的預防性養護方案，防止損傷進一步擴大。

圖1 人工對長江中下游某大橋檢測現場圖

圖2 案例橋梁的病害現場圖

4 結論

通過上述分析可以發現，現階段我國已經認識到基于損傷識別的橋梁預防性養護的重要性，并在實踐中有意識的豐富橋梁預防性養護方法，將兩者有機結合推動橋梁整體性能優化和使用壽命的延長，但橋梁交通設施的重要性決定相關技術在落實的過程中仍需要不斷地完善。

[1]陳興旺.基于損傷識別的橋梁預防性養護研究[D].武漢：武漢工程大學，2013.

[2]任宗鐸，劉紀坤.基于損傷識別的橋梁預防性養護研究[J].科技致富向導，2014，26：137+178.

[3]吳孝清.基于PSO的中、下承式拱橋吊桿損傷識別與安全評定[D].武漢：武漢理工大學，2015.

[4]張春霞，喬國棟，馬少飛.混凝土橋梁預防性養護的評價體系[J].現代交通技術，2010（04）.

[5]郭訓如.橋梁結構損傷識別評價應用技術研究[J].科學之友，2010（13）.

[6]王天輝，馬立元，李世龍，張瑞剛.基于量子遺傳算法的鋼管焊接結構焊縫損傷識別[J].海軍工程大學學報，2012（06）.

[7]張宏杰.公路橋梁預防性養護問題研究[J].福建建材，2011（03）.

U445.7

A

1004-7344（2016）11-0122-02

2016-3-29

謝世春（1976-），男，本科，主要從事公路工程及養護工作。