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摘要:既受到自然环境如风、雨的影响,又受到人为因素和内部因素的影响,桥梁自建成之日起就会不断产生各种各样的损伤,损伤积累到一定程度,不仅对桥梁的正常使用造成影响,还会对桥梁本身造成不可磨灭的损害。而传统的检测技术无法准确、有效的检测到受损部位,基于以上两点,为了精准、及时探测到桥梁的受损部位,并根据损伤部位的特点,运用可靠度理论等现代理论、技术进行损伤安全评定,维护桥梁,提出新的安全评定设想是非常重要的。
关键词:桥梁;安全评定;维护策略
引言:桥梁自建成之日起,受到各种各样的外界因素和自身材料性能下降的内部因素的双重影响,桥梁必然会产生各种各样的损伤。而传统的桥梁检测实验和最近兴起的健康检测技术都无法独自检测出藏在桥梁内部的损伤。基于此,本文提出新型的检测方法的设想——针对损伤机理的结构损伤安全评定方法。这一方法采用局部无损探测等技术,准确找出损伤部位后,在运用多种评定方法得出安全评定结果,促使相关部门采取正确的维护措施对桥梁进行维护。
一、损伤机理与因素
1.环境因素
大部分桥梁都建在自然环境中,自然环境中许多因素都会对桥梁产生各种各样的影响。比如气温的变化,温度过高会腐蚀钢结构,温度过低则会使混凝土结构产生冻害。自然环境中还有其他因素对桥梁产生着不同程度的影响,这些因素经过日积月累使桥梁的耐久性和承载能力逐渐降低。
2.材料性能退化
任何事物都由一个由新到旧的过程,桥梁的建筑材料也不例外。这些材料被使用后,也会经历一个由新到旧的过程,材料会逐渐老化,其性能也会下降,比如在由混凝土造成的桥梁中有一个非常普遍的现象,即混凝土的碳化现象。除碳化现象外,氧化、辐射等都会导致材料的性能退化。
3.疲劳
疲劳损伤是指在建筑材料中的一些微小缺陷在使用过程中不断扩大、累积,最终形成宏观裂纹。这些裂纹如果没有及时发现并控制,其带来的危害是难以恢复的,比如会引起桥梁突然倒塌。
4.车辆荷载
车辆荷载是指车辆的行驶对桥梁结构会产生不好的影响,比如引起桥梁结构的振动,造成桥梁结构的硬度下降,从而导致桥梁承载能力下降。
5.超载
超载分为两种情况:第一种是桥梁的老化造成桥梁不能承载原始重量;另一种是车辆不按法律规定的数量在桥上行驶。第一种是因为车辆的承载随着时代发展也在不断变化等因素,第二种是因为人们违反交通法规,为了获得更多经济效益,所以承载超过规定重量的货物。这两种现象在我国的交通运输中非常常见。这两种现象也会对桥梁产生许多影响,比如造成已经产生损伤的桥梁垮塌等。
6.风的作用
自然因素中风对桥梁损伤产生的影响是非常大的,并且随着逐渐转变为轻柔类型,风对桥梁的作用越来越引起人们的重视。风的作用主要是动力作用,风很大时,桥梁的主梁会被吹的失去稳定性;即使是自然风,其中的紊流成分也会对桥梁造成损伤。如果是狂风暴雨,更是会对桥梁造成难以估计的损伤,比如引起斜拉索的剧烈振动,导致拉索受损情况加剧。
7.地震的作用
地震对桥梁会产生非常大的影响。地震虽然持续时间短,但是破坏性却非常大,一次强烈的地震有可能会使桥梁垮塌。
8.人为因素
人为因素对桥梁带来的影响可大可小,但却是不能忽视的。比如火灾、爆炸对桥梁造成的危害非常大,有可能造成桥梁倒塌,还有交通事故也会对桥梁造成影响。
二、损伤安全评定方法
1.基于外观观察法
这种方法是由专业的技术人员对桥梁各部分进行仔细的检查,按照检查出的结果去评定。
这种方法容易受到人为因素的限制,因为每个人的评定标准可能不一样。
2.基于设计规范的方法
这种方法主要依靠计算分析,先对桥梁进行详细的检查,再通过分析整理与桥梁有关的资料,根据设计规范的计算理念来查看桥梁的受损情况。这种方法虽然更精确,更容易被人们接受,但是在实际操作中会遇到很多障碍,比如相关资料不全等。
3.基于荷载试验的方法
这种方法是先对桥梁进行一个整体评估后,对桥梁施加实验性荷载的评定方法。这种方法能够直接看出桥梁的损伤情况,能够很好弥补以上两种方法的不足。但也有其缺陷,比如试验时周围噪声太大,损伤识别失败的几率就会加大。
4.基于专家经验的办法
这种方法按照问题解决的方式,可以分为专家系统和专家意见调查两类。对于桥梁损伤安全评估关系到损伤状况等诸多因素,而且各种因素之间有错综复杂的关系,还包含着许多不确定的因素。基于此,人们利用数学模型来分析桥梁损伤状况是不现实的,然而最近新兴的专家系统就能很好的解决这一问题。这一系统,是把计算机模拟成有专业知识的专家来对桥梁的损伤状况进行分析评估。专家系统在缺少专家的情况下能起很大的作用。
5.层次分析法
随着时代和科技的发展,桥梁损伤的评定方式也应该发生相应的改变,因此将层次分析法应用在桥梁损伤的评定中是非常重要的。而层次分析法应用在桥梁损伤的评定中,主要是利用了灰色理论或者是模糊数学来帮助改进评价方式。有关专家通过研究指出灰色关联方法、变权综合法和斜率关联度方法应用在桥梁损伤评定中可以使评定结果更加准确,并且这几种方法在多种类型的桥梁中也是适用的。
三、加固与维护对策
(一)加固改造措施
1.钢结构
桥梁使用的材料大部分是钢结构的,因此对钢结构的加固是非常重要的。对钢结构的加固有多种方法,比如利用加贴钢板加固或者更换构件等。钢结构容易受到腐蚀,因此防腐也是在钢结构的使用过程中需要重点注意的一项工作,在这项工作上可以引进新型的防腐材料来加固构件。
2.配筋混凝土结构
配筋混凝土结构也是桥梁中常用的结构,因此对这一结构的加固也是非常重要的。对配筋混凝土结构进行加固改造的方法也有多种,除了上一点提到的加固钢结构的两种方法一样外,还有一种新型的方法即碳纤维加固混凝土结构,但是这种方法还有待研究。
(二)维护管理策略
负责桥梁的维护与管理的主要部门是桥梁养护管理部门。这一部门的主要职能不仅是要保证桥梁的安全,能够长时间的使用,还要定期对桥梁进行损伤检查,制定相应的维护管理措施,合理支出养护费用。基于此,这一部门在制定维护策略时应该注意以下问题:①及时定期的对桥梁进行检测,而且检测时间要安排合理;②使用新兴的综合损伤识别技术检测,精准确定损伤部位,提高精准性;③在检测中使用的检测方法、检测技术等,必须根据桥梁的实际构造、当地的具体情况从优选择。④不仅要对桥梁定期检查,还要抽取固定时间对桥梁进行维护,安排一定时间清理桥梁的某些部位。⑤对使用时间长的桥梁,要想延长使用寿命,可以根据评定结果采取限制车辆行驶数量、限制车辆速度等措施。⑥在桥梁损伤问题中,材料的腐蚀现象非常普遍,因此要注意材料防腐,对钢筋等钢结构的部件必须定期对其做好防腐措施。
结束语:由于外部因素和桥梁自身因素的影响,对桥梁进行定期检测、维护是至关重要的。桥梁检测与维护的相关人员要了解哪些因素会对桥梁造成影响,其中有哪些因素是必须重点重视的。在桥梁检测的技术、方法方面,要跟进时代的步伐,采用最先进的安全评定方法和检测手段,确保对桥梁的损伤状况做到及时、精准的检测,尽最大的可能降低桥梁的损伤和危险事故的发生。
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