大跨桥梁结构损伤检测的研究进展

李 鹏

(太原市市政公用工程质量监督站，山西 太原 030006)

大跨桥梁结构损伤检测的研究进展

李 鹏

(太原市市政公用工程质量监督站，山西 太原 030006)

通过介绍国内外大跨桥梁结构损伤识别方法的研究进展，对人工检测、振动模态检测、无损检测、概率统计方法检测四种大跨桥梁结构损伤识别方法进行了分析和总结，为我国大跨桥梁结构施工企业在大跨桥梁结构施工方面的进一步发展提供借鉴和参考。

大跨桥梁，信号分析，振动模态，损伤检测

1 概述

随着我国现代化基础设施的不断发展，我国大跨桥梁结构建设工程也在不断的发展和完善。并且随着我国大跨桥梁结构建设工程项目的不断增多，各种大跨桥梁结构施工企业也在不断增加，从而导致这些企业之间的项目竞争越来越激烈。同样的大跨桥梁结构建设施工项目对于不同的企业来说，对应的质量参差不齐。目前我国大跨桥梁结构施工的市场已经处于一种供过于求的情况，市场的需求量过度饱和，因此这种情况对不同的大跨桥梁结构建设企业来说既是机遇也是挑战，大跨桥梁结构企业要想在众多的企业中脱颖而出，立于不败之地，大跨桥梁结构施工企业不仅需要先进的工程机械和雄厚的人才实力，而且还需要依靠科学的管理手段和方法。

大跨桥梁结构在使用过程中(正式建成通车后)，由于大跨桥梁受到车载、风载等不同的载荷作用，在这些作用下产生很多不同程度的裂纹和损伤，而这些裂纹和损伤对于大跨桥梁结构的安全性会产生很大的影响。寻找一种方法来随时检测大跨桥梁结构的裂纹和损伤就显得尤为重要。随着科学技术的飞速发展，为确保大跨桥梁结构能够安全的服役，对于大跨桥梁结构，有必要寻求一种非常准确的损伤检测方法。这项研究为我国大跨桥梁结构施工企业在大跨桥梁结构施工方面的进一步发展提供借鉴和参考[2]。

现代工程技术对损伤检测的评估有很多种方法，主要为以下几种：1)通过直观判断损伤是否发生；2)根据损伤的发生情况，判断损伤产生的位置；3)通过损伤的发生情况，判断损伤产生的位置，同时还可以通过一定的概率统计估测损伤的严重程度；4)通过损伤的发生情况，判断损伤产生的位置，同时还可以通过一定的概率统计估测损伤的严重程度，并且能够得到这种损伤对整个结构造成的危害。

2 大跨桥梁结构损伤检测的方法

2.1 人工检测

对于大跨桥梁结构的损伤识别，在21世纪之前，在国内外的土木界，通过研究发现损伤识别主要还是靠人工。人工损伤检测，顾名思义，主要是靠人的肉眼、有限的工具和人工经验来检测桥梁损伤的发生。但是人工检测大跨桥梁有很多局限性，在长时间的实际操作过程中，工人只有在预先知道裂纹发生的大概位置，通过这些位置的定位，然后通过肉眼才能对大跨桥梁结构进行损伤识别。人工检测只能针对桥梁局部损伤的检测，难以实现实时的健康监测和损伤识别，人工检测存在检测不全面，产生漏查，查不到等问题。人工检测要花费大量的时间、人力、物力、财力[1]。近年来，随着桥梁向大型化趋势发展，导致很多地方通过人工去检测是很难办到的，需要对检测方法进行改进。

2.2 振动模态检测

随着大跨桥梁结构和理论分析的快速发展，一些学者在人体诊断和治疗的过程中得到启发，革命性的提出了桥梁诊断监测的概念，并在进入二十世纪六七十年代提出了基于振动力学的损伤识别方法，这种诊断方法成为大跨桥梁结构的整体损伤检测方法。由于大跨桥梁结构在局部产生损伤和裂纹的时候，整个大跨桥梁结构的力学特性会发生很大的变化，如质量减小、刚度下降、强度降低以及稳定性很弱。而桥梁结构的模态跟结构的质量和弹性模量有很大的关系，因此监测结构的振动模态就可以监测出桥梁结构的损伤情况。在具体的振动模态监测中，根据大跨桥梁结构损伤前后的变化，一般是通过选取特定的动力学指标来进行损伤的识别和分析[3-6]。

通过国内外学者的大量研究表明：由于高阶振型比低阶振型的测量更难获得，所以对于高阶振型的大跨桥梁结构，模态振型对局部损伤发生的敏感性比固有频率更加优越。大跨桥梁结构的固有频率是监测的重要参数，但是固有频率的测量也有其局限性。当大跨桥梁结构只有一处损伤时，监测固有频率是非常有效的方法。但是当大跨桥梁结构有多处损伤时，固有频率的监测的准确性就显得很不精确，甚至完全测不出来。

2.3 概率统计方法检测

概率统计方法是由于随机现象的统计规律的一种集体规律，必须在大量同类随机现象中才能呈现出来。概率是随机事件发生的可能性的数量指标。在独立随机事件中，考虑特征参数的不确定性及其统计分布特征，同时通过建立相关的随机有限元模型来分析结构损伤的特征值，从而得到结构的损伤评估[7]。在大跨桥梁结构的损伤检测中，由于偶然误差和系统误差的影响，都会给结果带来不同的误差，在损伤检测的过程中应用数学统计方法可以有效的降低检测结果的误差，提高损伤检测的准确度。

2.4 无损检测

无损检测NDT(Non-Destructive Testing)是利用结构的光、电、磁、声特性，在不损害被检测结构的使用性能的情况下，检测被检结构中是否存在缺陷，给出大跨桥梁结构的缺陷大小和位置等信息，进而判定被检结构所处技术状态的所有技术手段。

无损检测与常规检测相比具有许多优点。1)具有完整性。无损检测在检测大跨桥梁结构时不会对结构进行破坏。2)具有整体性。无损检测可以对大跨桥梁结构进行全面检测。3)具有全程性。无损检测可以对整个桥梁结构的材料、安装、使用的整个过程进行追踪检测，具有全程性。

3 结语

近年来，我国大跨桥梁结构建设得到了快速发展，大跨桥梁结构建设对城市的发展具有极其重要的作用。尽管我国大跨桥梁施工企业在市政道路施工方面积累了大量的实战经验并且对于重大问题也取得了很好的解决措施，但是在实际的大跨桥梁结构施工过程中仍然存在很多亟待解决的检测问题。本文通过介绍国内外大跨桥梁结构损伤识别方法，为我国大跨桥梁结构施工企业在大跨桥梁结构施工方面的进一步发展提供借鉴和参考。

[1] 张 亮.桥梁结构损伤识别方法的研究进展[J].山西建筑,2009,35(27):298-299.

[2] 孙晓燕.桥梁结构健康监测技术研究进展[J].中外公路,2006,26(2):141-146.

[3] 张启伟.斜拉桥正常运营条件下振动特性的变异性[J].同济大学学报,2002,30(6):661-666.

[4] 谢 峻,韩大建.一种改进的基于频率测量的结构损伤识别方法[J].工程力学,2004,21(1):21-25.

[5] 王根会,胡良红.基于单元模态应变能法的桥梁结构损伤识别研究[J].铁道学报,2006,28(3):83-86.

[6] 李忠献,齐怀展,朱劲松.基于模态曲率法的大跨度斜拉桥损伤识别[J].地震工程与工程振动,2007,27(4):122-126.

[7] 宗周红,任伟新,阮 毅.土木工程结构损伤诊断研究进展[J].土木工程学报,2003,36(5):105-110.

Onresearchdevelopmentofdefectinspectionatlarge-spanbridgestructures

LIPeng

(TaiyuanMunicipalPublicProjectQualityInspectionStation,Taiyuan030006,China)

By introducing the research development of the defect inspection at large-span bridge structures as home and abroad, the paper analyzes and sums up the defects identification methods of bridge structures, including the manual inspection, vibration models, non-destructive testing, and probabilistic method of the large-span bridges, so as to provide some reference for construction enterprises of large-span bridges in the aspect of construction.

large-span bridge, information analysis, vibration model, defect inspection

1009-6825(2014)33-0163-02

2014-09-10

李 鹏(1978- )，男，工程师

U441

：A