橋梁結(jié)構(gòu)損傷診斷和加固研究進(jìn)展
2015-05-22
1. 前言
1.1 國(guó)內(nèi)外運(yùn)營(yíng)橋梁現(xiàn)狀
隨著現(xiàn)代理論研究的不斷深入，以及建橋技術(shù)的成熟和完善，各種新材料、新工藝修建的拱式橋?qū)映霾桓F，但隨著時(shí)間的推移，任何公路橋梁最終都將成為舊橋;經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用的結(jié)構(gòu)難免也會(huì)因各種原因使結(jié)構(gòu)發(fā)生各種各樣的損傷，存在不同程度的病害和缺陷。需要維修、加固和改造。
1.2 橋梁結(jié)構(gòu)損傷的類型和方式
橋梁結(jié)構(gòu)中的損傷，主要是由于材料中損傷的累積而造成的。按照結(jié)構(gòu)損傷的成因來(lái)分類，可分為應(yīng)力(應(yīng)變)損傷和腐蝕損傷。應(yīng)力(應(yīng)變)損傷是結(jié)構(gòu)中應(yīng)力或者應(yīng)變集中引起的局部材料損傷及其累積;而腐蝕損傷也即環(huán)境損傷是由于不利環(huán)境(海洋性空氣濕度、工業(yè)鹽環(huán)境、環(huán)境污染、酸雨、含硫很多的介質(zhì)等)造成的構(gòu)件表面受到侵蝕、材料劣化、局部產(chǎn)生缺陷、承載面積減小。上述兩類損傷，后者的成因是化學(xué)的，前者的成因是力學(xué)的，是損傷討論的重點(diǎn)。
2. 橋梁損傷診斷的方法
2.1 動(dòng)力指紋分析法
動(dòng)力指紋是指從動(dòng)力測(cè)試中獲取的含有結(jié)構(gòu)特性信息的動(dòng)力響應(yīng)及其衍生物理量。結(jié)構(gòu)一旦發(fā)生損傷，其結(jié)構(gòu)參數(shù)，如剛度、質(zhì)量、阻尼等會(huì)發(fā)生改變，從而導(dǎo)致相應(yīng)的動(dòng)力指紋的變化。動(dòng)力指紋損傷診斷法的基本思想是尋找與結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性相關(guān)的動(dòng)力指紋，通過(guò)分析與結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性相關(guān)的動(dòng)力指紋變化來(lái)診斷結(jié)構(gòu)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(dòng)力測(cè)試資料，如模態(tài)參數(shù)、加速度時(shí)程數(shù)據(jù)、頻率響應(yīng)函數(shù)等，通過(guò)條件優(yōu)化約束，不斷地修正模型中的剛度分布，使其響應(yīng)盡可能地接近由測(cè)試得到的結(jié)構(gòu)實(shí)際的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，最終實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的損傷判別與定位。
2.3 遺傳算法
遺傳算法對(duì)其目標(biāo)函數(shù)既不要求連續(xù)，也不要求可微，僅要求可以計(jì)算，對(duì)約束條件也無(wú)任何限制，而且它的搜索始終遍及整個(gè)解空間，容易得到全局最優(yōu)解，對(duì)線性問(wèn)題和非線性問(wèn)題同樣有效。遺傳算法應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)損傷診斷時(shí)，在測(cè)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(shí)，遺傳算法尋優(yōu)能力絲毫不受影響。
3. 橋梁加固方法技術(shù)探討
3.1舊橋上部結(jié)構(gòu)加固，改造技術(shù)和方法
3.1.1橋面補(bǔ)強(qiáng)加固法
根據(jù)橋梁的具體情況，采用不同的加固方法，對(duì)于使用年限長(zhǎng)、破損嚴(yán)重的采用拆除、修復(fù)的加固方案;改善橋梁荷載橫向分布能力，從而達(dá)到提高橋梁的承載能力的目的。具體做法:(1)清縫、灌環(huán)氧樹(shù)脂漿;(2)灑粘層瀝青;(3)鋪裝3cm厚AM一10改性瀝青碎石層。
3.1.2 上部結(jié)構(gòu)加固方法
根據(jù)不同的橋梁結(jié)構(gòu)形式分別采取相應(yīng)的加固方法，應(yīng)做到對(duì)癥下藥。提高舊拱肋的剛度、強(qiáng)度和及抗彎剛度和荷載等級(jí)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(shè)計(jì)施工的要點(diǎn)盡量使加固構(gòu)件受力，并與原拱橋構(gòu)件形成總體聯(lián)結(jié)，從而提高橋梁的承載能力的一種加固方法。
3.2舊橋下部結(jié)構(gòu)加固，改造技術(shù)與方法
橋梁下部構(gòu)造的承載能力及能否正常使用，不僅與墩臺(tái)本身的完好程度有關(guān)，而且往往涉及到基底土質(zhì)與水文等諸多因素，尤其是基礎(chǔ)部分，因?yàn)槭请[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(duì)具體的舊橋下部構(gòu)造實(shí)施加固改造前，首先應(yīng)在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)資料分析與判斷的基礎(chǔ)上，確定下部構(gòu)造是否具有加固改造的價(jià)值，然后從加固技術(shù)和施工工藝上分析能否實(shí)現(xiàn)加固改造目的。
3.3某橋維修與加固設(shè)計(jì)案例
3.3.1橋梁概況
該橋全長(zhǎng)為201.17米，橋面凈寬24米。橋梁上部構(gòu)造為9―20米的預(yù)應(yīng)力混凝土空心板、橋面連續(xù)；橋梁下部構(gòu)造為U型橋臺(tái)、柱式墩，灌注樁及擴(kuò)大基礎(chǔ)。
現(xiàn)在本橋部分蓋梁混凝土剝落、有裂紋、水侵現(xiàn)象；橋墩長(zhǎng)期遭受河水沖刷 ，全橋共計(jì)42個(gè)樁頭外露，占全橋橋墩總樁頭的87.5%，個(gè)別樁頭混凝土碳化、脫落現(xiàn)象較為嚴(yán)重，鋼筋外露銹蝕，其中6#墩多數(shù)樁頭外露長(zhǎng)度均超過(guò)2.5米，橋板底部出現(xiàn)大量縱、橫向裂縫，而且存在泛白、銹跡等現(xiàn)象;伸縮縫膠條破損，不及時(shí)修復(fù)將給行車(chē)帶來(lái)極大安全隱患。
3.3.2 加固維修要點(diǎn)
根據(jù)橋梁現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量檢查結(jié)果，以及對(duì)加固維修工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)的比較分析，同時(shí)結(jié)合該橋的實(shí)際情況確定維修加固方案：
（一）、樁頭外露處理：清理并清除樁外露雜質(zhì)及破損，對(duì)于加固范圍內(nèi)光滑表面進(jìn)行鑿毛，架設(shè)模板，用C35砼進(jìn)行澆注，澆注砼厚度15cm，內(nèi)設(shè)一層鋼筋網(wǎng)。
（二）、對(duì)蓋梁混凝土剝落現(xiàn)象采用鋼筋除銹后用混凝土重新進(jìn)行修補(bǔ)。
?。ㄈ┌宓琢芽p處理：針對(duì)外夾河橋裂縫病害，采用粘貼碳纖維布進(jìn)行承載力加固。
1）、在施工時(shí)應(yīng)對(duì)主板進(jìn)行裂縫復(fù)查，對(duì)寬度小于0.2mm的裂縫，則采用環(huán)氧膠泥進(jìn)行表口封閉處理，待環(huán)氧膠泥強(qiáng)度達(dá)到固化強(qiáng)度的100％時(shí)，粘貼碳纖維布；對(duì)裂縫寬度達(dá)到或超過(guò)0.2mm的裂縫，則采用壓力灌漿法進(jìn)行灌漿處理。
2）、對(duì)鋼筋銹蝕、保護(hù)層脹裂脫落部位采用環(huán)氧砂漿進(jìn)行修補(bǔ)。
