谈桥梁健康检测与安全评价的重要性及方法

杨 华

(山西省晋中路桥建设集团有限公司，山西晋中 030600)

0 引言

国内高速公路的通车公里数突飞猛涨，桥梁在使用过程中的各项功能如安全性、耐久性等都受到人们的高度关注。桥梁健康检测与安全评价方面都引起了人们的高度重视并加强了管理、提高了质量，逐步开展了对桥梁检测系统的开发研究。近年来大型桥梁运营状态评估领域的发展趋势是对桥梁结构的健康状况的评估和对桥梁实时健康检测系统的实现。

1 桥梁健康检测与安全评价简介

由于自然环境的作用和建设材料随时间各种性能也随之退化，导致桥梁在建造和使用过程中会出现一定程度的损伤，若损伤得不到及时检查及维修，会使桥梁影响行车安全甚至垮塌，导致桥梁使用寿命缩短。只有加强对桥梁健康检测和安全评估的管理意识，才能保证桥梁结构的安全性、耐久性和适用性，所以提出对桥梁施工、养护、管理等工作要实施合理的方法更为重要。

2 桥梁健康检测与安全评价的重要性

近年来随着交通网络的迅速发展和国家经济技术的发展壮大，桥梁在设计和建设的跨度越来越大，功能和形式更加复杂并多样化，以及国家在桥梁建设所花费的巨大投资将会极大的刺激国民经济的发展，20世纪80年代中后期开始国内外多个国家越来越重视到桥梁的安全评估和健康检测工作。例如，丹麦在大桥施工阶段以及大桥首次通车时对总长为1 726 m的Faroe跨海斜拉大桥进行了监测和评估;墨西哥有一座总长为1 543 m的名叫Tampico斜拉桥，对大桥进行了传统振动试验并对大桥的动力特性进行了测试。例如英国桥长为522 m的Foyle桥，监测系统是较早的也是较为完整的，实现了数据网络共享、实时监测、实时分析。美国Sunshine Skyway Bridge斜拉桥(主跨440 m)、加拿大Confederation Bridge桥、英国Flint shire独塔斜拉桥(主跨194 m)等桥梁都典型地建立健康检测系统。从20世纪90年代开始我国上海徐浦大桥、虎门大桥、江阴长江大桥、武汉阳逻公路的大桥，苏通大桥都建立了健康检测安全评估系统;江苏润扬长江大桥的结构健康检测系统更加全方位，它的检测包括:对地动脉、大桥的车流量、桥址处的气候环境(风向、风速)、道路车辆荷载状况(车载、车流量、车速)、索塔沉降等。

3 桥梁健康检测内容、依据及方法

桥梁健康检测内容及依据主要有:1)荷载:由风、温度、地震和交通等引起的荷载。用以记录风向、风速等进程和历史的风速仪，这些数据经过处理后可以算出风功率谱;用以记录车流通过桥梁的时程历史，监测数据得到系统处理后可计算出交通荷载谱的动态地秤;用以记录温度和温差时程历史的温度计;用以记录地质作用和地震作用的强震仪;用以记录桥梁上车流情况和桥梁上的交通事故的摄像机。2)结构的静动力反应:用力环、磁弹性仪、剪力销等测力计记录主缆、锚杆和吊杆的张力历史;用位移计、倾角仪记录结构静动力变形和转角、支座和伸缩缝静动力相对位移历史;用加速度计记录结构各部位的反应加速度及结构的模态参数;用应变仪记录桥梁构件的静动力应变和应力。3)几何监测:对桥梁各部位的静态位移和位置进行监测，所使用传感器有:位移计、GPS、倾角仪、数字像机、电子测距仪(EDM)等。

桥梁健康检测的主要方法有:1)混凝土结构无损检测。在确保混凝土的结构构件不被破坏的前提下，对混凝土结构的构件原位处直接进行混凝土强度及缺陷的定量检测。常用的无损检测包括如钻芯、射钉或拔出等局部破损的检测技术和方法。2)混凝土结构半破损检测。利用拔出仪将埋置于混凝土表面层的锚杆拉拔出来，再依据所得到的混凝土拉拔强度值，进而推算出混凝土的整体抗压强度。此方法的原理是对混凝土的基本力学特性直接进行测定，故测得的数据一般较为可靠，目前我国也对半破损检测方法制定了标准。3)钢结构无损检测。在不损害、不影响被检对象使用性能的前提下，利用声、光、磁和电等特性，看被检对象中是否存在不均匀或其他缺陷的大小、位置、性质和数量等信息，判定被检对象的技术状态是否合格及其剩余寿命，利用这些技术手段对钢结构进行无损检测。常用的方法有:超声检测;射线检测;磁粉检测;渗透检验。4)预应力混凝土结构检测。预应力混凝土结构检测由于能获得可靠的质量、较高的单桩承载力和施工效率，并且综合造价也较低，目前在全国范围内的很多地区都得到极其广泛的应用。预应力混凝土结构检测的检测阶段具体分为三部分，第一阶段是试桩检测，第二阶段是施工监控，第三阶段则是验收检测。

4 桥梁安全评价

4.1 桥梁安全的耐震评价

高速公路的路基、桥梁、隧道及防护工程在施工阶段对防震都采取了相应的措施和对策。日本针对地震震坍护坡的实例，发明了通过护坡耐震模型振动试验进行原因分析，其分析结果有两个:1)破坏要素可能有护坡高度、坡顶土层厚度、护坡土质状况、土质粘着力等;2)地震不同震级的震坍点会引起护坡发生变形或震坍，因为震坍点是为其2倍左右的加速度。

4.2 桥梁安全的荷载评价

荷载的作用可导致桥梁结构的疲劳破坏，也是导致桥梁结构病害发展的最主要的原因。荷载过大会使结构失稳，承载力不足会使构件变形或受力裂缝过宽，导致桥梁的正常使用，同时还能加剧结构钢筋腐蚀，尤其是混凝土受拉区的钢筋。

桥梁荷载试验是指对桥梁进行加载，然后测得桥梁加载后的数据变化，通过试验，可以了解桥梁结构在荷载作用下的工作状态。从而可以判定桥梁结构的形变以及应力是否满足设计的要求，还可以寻求桥梁整体结构的变形规律，了解结构的实际受力状况和工作状况，可以给桥梁投入运营、养护及管理提供科学依据，旧桥结构进行荷载试验还可以给桥梁进行技术加固提供依据。

4.3 桥梁安全的河川耐洪能力评价

根据查阅国内对河川桥梁冲刷相关文献，对桥梁受洪水冲刷时，影响桥梁安全的危害程度的因素进行统计整理，并区分为桥梁环境影响程度指标及桥梁耐洪能力危害度指标，确认评估指标项目，完成本方法之评估目标及层级架构。再以层级分析法通过专家问卷方式进行各指标项目之权重，权重决定后与指标项目内容评分分数相乘，即得各指标分数。以桥梁环境影响程度指标为纵轴，桥梁耐洪能力危害度指标为横轴，得到桥梁耐洪风险评估矩阵图，即完成本研究之桥梁耐洪风险评估决策模式。

桥梁耐洪风险评估决策模式建立后，搜集国内北部、中部、南部河系上桥梁基本数据、河川水文数据及评估数据进行案例分析，得各桥梁之风险等级及台风暴雨时之风险排序，评估结果再与桥梁主管机关之养护桥梁工程司进行排序之比较，依本方法之风险评估排序皆与专家依据现场经验判断之排序相符。暨有公路桥梁耐洪初评项目系将环境影响程度与桥梁耐洪能力危害度合并评估，本方法将环境影响程度与桥梁耐洪能力危害度分开评估，可得到较精确结果，提供桥梁主管机关于台风暴雨前，对辖管桥梁进行桥梁耐洪风险评估，排序桥梁危险之优先级。

4.4 土石流桥梁安全评价

泥石流(Debris flow)，又称土石流，是指在地形险峻的地区，比如山区或者其他沟谷深壑等，由于暴雨暴雪或其他自然灾害引发的携带有大量泥沙以及石块的特殊洪流。泥石流具有突然性、流量大、流速快、物质容量大和破坏力强等特点。发生泥石流常常会冲毁公路等交通设施甚至村镇等，造成巨大损失。

5 结论与建议

近年来，许多国家的桥梁在设计阶段就考虑到健康检测系统的实施以及安全状态评估手段的研究。致使桥梁结构的健康检测和安全评估已经得到广泛应用，2003年7月在瑞士国际桥梁协会已制订了有关桥梁结构健康检测的国际规程，作为指导和推动该项技术的标准。

大跨桥梁对新材料、新技术的大量应用，结构变得复杂，大跨度桥梁的结构健康检测与安全评价系统，必须紧密的结合大桥结构的特点、地理环境、监测目标、监测系统的结构、组成、数据采集、传输、处理、归档及结构健康状况的评估等，进行先进的总体技术设计与研究，才能确保大桥健康检测系统真正为桥梁健康评估和养护维修发挥出它的功效。

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