桥梁结构安全与加固方式探析

任 钢辽宁省交通规划设计院，辽宁沈阳 110166

桥梁结构安全与加固方式探析

任 钢
辽宁省交通规划设计院，辽宁沈阳 110166

桥梁工程的质量好坏直接影响着公路桥梁的交通安全，文章从当前国内外桥梁结构以及运行现状入手，重点分析了我国桥梁运行的现状，然后就桥梁损伤诊断的方法进行了探讨，最后通过对桥梁结构和安全加固技术进行了总结和分析。

公路桥梁；结构加固；安全分析

上世纪90年代中期以来，我国交通基础设施的建设规模日益扩大，最近10多年，交通投资占GDP的比重由过去长期的1%～2%大幅提高到8%～10%。随着交通运输的快速发展，桥梁在整个行业中的位置越来越重要，随时对桥梁的结构安全进行适当的检测与安全的评估，从而进一步地回避和杜绝一些重大事故的发生，对一些桥梁的结构上所存在的缺隐及时的进行修复和加固，因此研究桥梁结构安全与加固方式对我国的交通安全有着非常重要的意义。

1 桥梁结构及运行现状分析

近些年来，世界各国就桥梁安全事故屡见不鲜，因此引发了各界人士对桥梁安全管理的重视，技术工程师也在不断地加强对所有现役桥梁的结构进行了检查和监护。他们分别对桥梁管理系统的进行了大量的研究和分析，在美国、日本、英国、德国和加拿大等西方一些发达国家的已经开发出了一种基于计算机的桥梁管理的系统，美国从20世纪60年代起就开始使用桥梁管理系统，建成了大量的数据库，以便对桥梁进行科学管理。同时他们也在监测系统方面进行了大量的研究，到90年代国内外许多大型桥梁安装了健康监测系统，如丹麦的Great Belt、日本的明石海峡大桥等。

2 桥梁损伤诊断的方法

2.1 动力指纹分析法

动力指纹是指从动力测试中获取的含有结构特性信息的动力响应及其衍生物理量。结构一旦发生损伤，其结构参数，如刚度、质量、阻尼等会发生改变，从而导致相应的动力指纹的变化。动力指纹损伤诊断法的基本思想是寻找与结构动力特性相关的动力指纹，通过分析与结构动力特性相关的动力指纹变化来诊断结构的损伤状况。

2.2 模型修正法

模型修正法的基本思想是使用动力测试资料，如模态参数、加速度时程数据、频率响应函数等，通过条件优化约束，不断地修正模型中的刚度分布，使其响应尽可能地接近由测试得到的结构实际的动态响应，最终实现结构的损伤判别与定位。

2.3 遗传算法

遗传算法对其目标函数既不要求连续，也不要求可微，仅要求可以计算，对约束条件也无任何限制，而且它的搜索始终遍及整个解空间，容易得到全局最优解，对线性问题和非线性问题同样有效。遗传算法应用于桥梁结构损伤诊断时，在测试获取信息不多的情况下，能迅速判定损伤位置和程度，即使模态信息部分丢失时，遗传算法寻优能力丝毫不受影响。

2.4 其他方法

杠杆原理法主要适用于计算靠近主梁支点时的荷载横向分布系数和横向无联系或横向联系微弱的无中间横隔梁的梁桥荷载横向分布系数。偏心压力法适用于具有可靠的中间横隔梁等横向联系的T形窄梁桥。对于单箱截面的桥梁可计算跨中偏载系数。铰接法适用于现浇混凝土企口缝联结的装配式板桥。适用于仅在翼板间用焊接钢板或伸出交叉钢筋联接或整体化桥面联结但纵向严重开裂的无中横隔梁的装配式T形梁桥。刚接梁法适用于无中横隔梁而仅仅在桥面板处刚性连接的多梁式梁桥。对于具有内横隔梁的T形梁和I字形梁组成的梁桥，往往因为桥宽较大不宜采用偏心压力法，可以采用刚接梁法。比拟正交异性板法适用范围，适用于横向刚接的各种结构形式的梁桥，空间数值法适用范围，简支梁跨中横向分布，连续梁桥，拱桥，刚构桥。

3 旧桥改造技术及实例分析

3.1 旧桥上部改造技术

桥面补强加固法：根据桥梁的具体情况，采用不同的加固方法，对于使用年限长、破损严重的采用拆除、修复的加固方案;改善桥梁荷载横向分布能力，从而达到提高桥梁的承载能力的目的。具体做法:清缝、灌环氧树脂浆；洒粘层沥青；铺装3cm厚AM-10改性沥青碎石层。上部结构加固方法：根据不同的桥梁结构形式分别采取相应的加固方法，应做到对症下药。提高旧拱肋的刚度、强度和及抗弯刚度和荷载等级的有效措施，并力图限制或减小主拱肋的继续变形，使得维修加固后得旧拱桥可继续使用;设计施工的要点尽量使加固构件受力，并与原拱桥构件形成总体联结，从而提高桥梁的承载能力的一种加固方法。

3.2 旧桥下部改造技术

桥梁下部构造的承载能力及能否正常使用，不仅与墩台本身的完好程度有关，而且往往涉及到基底土质与水文等诸多因素，尤其是基础部分，因为是隐蔽工程，多数处于水下，所以比较难以观察和判断。所以，在针对具体的旧桥下部构造实施加固改造前，首先应在对现场检测资料分析与判断的基础上，确定下部构造是否具有加固改造的价值，然后从加固技术和施工工艺上分析能否实现加固改造目的。

3.3 桥梁结构整体可靠度的验算

虽然可能的最优目标函数值与桥梁各构件可靠概率可根据可靠度的约束优化模型求解得出，但这样的求解结果忽略了很多如桥梁结构之间的关联性质及荷载信息等细节，只是在简化或一定假设中求得，且由桥梁整体可靠概率求出的桥梁各构件可靠概率有时可能会存在得出的数据不都精确或不是最优或不能满足相关要求等情况。因此，我们需要对桥梁整体可靠度进行更精确度地验算。而在验算过程中应注意必须重新计算桥梁构件的可靠度。当今的桥梁设计计算，已组要的交由专业设计软件去完成。但电脑只是人脑强大的辅助设计工具，是人脑定量分析能力的延伸，但电脑代替不了人脑的智慧思考。设计者要对实际结构模型简化的正确与否负责，对施工过程中的最不利工况要有预见性。此外，结构有限元离散化的疏细成都和边界假定，特殊荷载工况和荷载组合，收缩徐变模式和温度梯度模式的选取等，均影响到分析计算的结果。在对设计软件不熟悉的情况下，错误的输入则会导致错误的计算结果。鉴于结构设计软件是一个暗盒，对其输出的结果还要通过定性的分析与手算进行判定和校核，而且设计者可以做到。运用概念来把握各种计算结果的数量级和范围，或通过参数变化判定计算结果的变化趋势，能够避免设计错误。

4 结论

设计人员在设计时应利用桥梁结构的目标可靠度或失效概率，来描述更为科学和定量的安全可靠程度,实现安全、适用、耐久的设计要求;另外其还考虑到不同功能的失效概率和失效损失造成的失效损失期望、结构运行和维修费用等在内的经济指标,考虑如何以最低的造价实现最佳的经济效益,实现经济、合理和美观的设计要求。

[1]刘目明.桥梁工程检测手册[S].北京：人民交通出版社，2009：54-60.

[2]张俊平.桥梁检测[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