任 鋼遼寧省交通規(guī)劃設計院，遼寧沈陽 110166

橋梁結構安全與加固方式探析

任 鋼
遼寧省交通規(guī)劃設計院，遼寧沈陽 110166

橋梁工程的質量好壞直接影響著公路橋梁的交通安全，文章從當前國內外橋梁結構以及運行現(xiàn)狀入手，重點分析了我國橋梁運行的現(xiàn)狀，然后就橋梁損傷診斷的方法進行了探討，最后通過對橋梁結構和安全加固技術進行了總結和分析。

公路橋梁；結構加固；安全分析

上世紀90年代中期以來，我國交通基礎設施的建設規(guī)模日益擴大，最近10多年，交通投資占GDP的比重由過去長期的1%～2%大幅提高到8%～10%。隨著交通運輸?shù)目焖侔l(fā)展，橋梁在整個行業(yè)中的位置越來越重要，隨時對橋梁的結構安全進行適當?shù)臋z測與安全的評估，從而進一步地回避和杜絕一些重大事故的發(fā)生，對一些橋梁的結構上所存在的缺隱及時的進行修復和加固，因此研究橋梁結構安全與加固方式對我國的交通安全有著非常重要的意義。

1 橋梁結構及運行現(xiàn)狀分析

近些年來，世界各國就橋梁安全事故屢見不鮮，因此引發(fā)了各界人士對橋梁安全管理的重視，技術工程師也在不斷地加強對所有現(xiàn)役橋梁的結構進行了檢查和監(jiān)護。他們分別對橋梁管理系統(tǒng)的進行了大量的研究和分析，在美國、日本、英國、德國和加拿大等西方一些發(fā)達國家的已經(jīng)開發(fā)出了一種基于計算機的橋梁管理的系統(tǒng)，美國從20世紀60年代起就開始使用橋梁管理系統(tǒng)，建成了大量的數(shù)據(jù)庫，以便對橋梁進行科學管理。同時他們也在監(jiān)測系統(tǒng)方面進行了大量的研究，到90年代國內外許多大型橋梁安裝了健康監(jiān)測系統(tǒng)，如丹麥的Great Belt、日本的明石海峽大橋等。

2 橋梁損傷診斷的方法

2.1 動力指紋分析法

動力指紋是指從動力測試中獲取的含有結構特性信息的動力響應及其衍生物理量。結構一旦發(fā)生損傷，其結構參數(shù)，如剛度、質量、阻尼等會發(fā)生改變，從而導致相應的動力指紋的變化。動力指紋損傷診斷法的基本思想是尋找與結構動力特性相關的動力指紋，通過分析與結構動力特性相關的動力指紋變化來診斷結構的損傷狀況。

2.2 模型修正法

模型修正法的基本思想是使用動力測試資料，如模態(tài)參數(shù)、加速度時程數(shù)據(jù)、頻率響應函數(shù)等，通過條件優(yōu)化約束，不斷地修正模型中的剛度分布，使其響應盡可能地接近由測試得到的結構實際的動態(tài)響應，最終實現(xiàn)結構的損傷判別與定位。

2.3 遺傳算法

遺傳算法對其目標函數(shù)既不要求連續(xù)，也不要求可微，僅要求可以計算，對約束條件也無任何限制，而且它的搜索始終遍及整個解空間，容易得到全局最優(yōu)解，對線性問題和非線性問題同樣有效。遺傳算法應用于橋梁結構損傷診斷時，在測試獲取信息不多的情況下，能迅速判定損傷位置和程度，即使模態(tài)信息部分丟失時，遺傳算法尋優(yōu)能力絲毫不受影響。

2.4 其他方法

杠桿原理法主要適用于計算靠近主梁支點時的荷載橫向分布系數(shù)和橫向無聯(lián)系或橫向聯(lián)系微弱的無中間橫隔梁的梁橋荷載橫向分布系數(shù)。偏心壓力法適用于具有可靠的中間橫隔梁等橫向聯(lián)系的T形窄梁橋。對于單箱截面的橋梁可計算跨中偏載系數(shù)。鉸接法適用于現(xiàn)澆混凝土企口縫聯(lián)結的裝配式板橋。適用于僅在翼板間用焊接鋼板或伸出交叉鋼筋聯(lián)接或整體化橋面聯(lián)結但縱向嚴重開裂的無中橫隔梁的裝配式T形梁橋。剛接梁法適用于無中橫隔梁而僅僅在橋面板處剛性連接的多梁式梁橋。對于具有內橫隔梁的T形梁和I字形梁組成的梁橋，往往因為橋寬較大不宜采用偏心壓力法，可以采用剛接梁法。比擬正交異性板法適用范圍，適用于橫向剛接的各種結構形式的梁橋，空間數(shù)值法適用范圍，簡支梁跨中橫向分布，連續(xù)梁橋，拱橋，剛構橋。

3 舊橋改造技術及實例分析

3.1 舊橋上部改造技術

橋面補強加固法：根據(jù)橋梁的具體情況，采用不同的加固方法，對于使用年限長、破損嚴重的采用拆除、修復的加固方案;改善橋梁荷載橫向分布能力，從而達到提高橋梁的承載能力的目的。具體做法:清縫、灌環(huán)氧樹脂漿；灑粘層瀝青；鋪裝3cm厚AM-10改性瀝青碎石層。上部結構加固方法：根據(jù)不同的橋梁結構形式分別采取相應的加固方法，應做到對癥下藥。提高舊拱肋的剛度、強度和及抗彎剛度和荷載等級的有效措施，并力圖限制或減小主拱肋的繼續(xù)變形，使得維修加固后得舊拱橋可繼續(xù)使用;設計施工的要點盡量使加固構件受力，并與原拱橋構件形成總體聯(lián)結，從而提高橋梁的承載能力的一種加固方法。

3.2 舊橋下部改造技術

橋梁下部構造的承載能力及能否正常使用，不僅與墩臺本身的完好程度有關，而且往往涉及到基底土質與水文等諸多因素，尤其是基礎部分，因為是隱蔽工程，多數(shù)處于水下，所以比較難以觀察和判斷。所以，在針對具體的舊橋下部構造實施加固改造前，首先應在對現(xiàn)場檢測資料分析與判斷的基礎上，確定下部構造是否具有加固改造的價值，然后從加固技術和施工工藝上分析能否實現(xiàn)加固改造目的。

3.3 橋梁結構整體可靠度的驗算

雖然可能的最優(yōu)目標函數(shù)值與橋梁各構件可靠概率可根據(jù)可靠度的約束優(yōu)化模型求解得出，但這樣的求解結果忽略了很多如橋梁結構之間的關聯(lián)性質及荷載信息等細節(jié)，只是在簡化或一定假設中求得，且由橋梁整體可靠概率求出的橋梁各構件可靠概率有時可能會存在得出的數(shù)據(jù)不都精確或不是最優(yōu)或不能滿足相關要求等情況。因此，我們需要對橋梁整體可靠度進行更精確度地驗算。而在驗算過程中應注意必須重新計算橋梁構件的可靠度。當今的橋梁設計計算，已組要的交由專業(yè)設計軟件去完成。但電腦只是人腦強大的輔助設計工具，是人腦定量分析能力的延伸，但電腦代替不了人腦的智慧思考。設計者要對實際結構模型簡化的正確與否負責，對施工過程中的最不利工況要有預見性。此外，結構有限元離散化的疏細成都和邊界假定，特殊荷載工況和荷載組合，收縮徐變模式和溫度梯度模式的選取等，均影響到分析計算的結果。在對設計軟件不熟悉的情況下，錯誤的輸入則會導致錯誤的計算結果。鑒于結構設計軟件是一個暗盒，對其輸出的結果還要通過定性的分析與手算進行判定和校核，而且設計者可以做到。運用概念來把握各種計算結果的數(shù)量級和范圍，或通過參數(shù)變化判定計算結果的變化趨勢，能夠避免設計錯誤。

4 結論

設計人員在設計時應利用橋梁結構的目標可靠度或失效概率，來描述更為科學和定量的安全可靠程度,實現(xiàn)安全、適用、耐久的設計要求;另外其還考慮到不同功能的失效概率和失效損失造成的失效損失期望、結構運行和維修費用等在內的經(jīng)濟指標,考慮如何以最低的造價實現(xiàn)最佳的經(jīng)濟效益,實現(xiàn)經(jīng)濟、合理和美觀的設計要求。

[1]劉目明.橋梁工程檢測手冊[S].北京：人民交通出版社，2009：54-60.

[2]張俊平.橋梁檢測[M].人民交通出版社.北京：人民交通出版社，2007：7-8.

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1674-6708（2012）59-0110-02