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摘要：桥梁损伤不仅影响交通运输系统的正常运转，而且也危及人们的人身财产安全。所以，对于桥梁损伤修复工作不能盲目进行，在桥梁出现损伤情况时，建设人员首先应该采用科学的方法对损伤位置、损伤程度进行识别，之后找出导致桥梁出现损伤的原因，这样才能保证桥梁修复的正确性。并且在修复的过程中，建设人员应该依据该桥梁实践的实际情况，保证修复方法的科学性。桥梁损伤识别方法的科学性直接决定了桥梁修复工作的正确性。因此，桥梁损伤识别方法是桥梁修复工作中的重点内容。
关键词：桥梁；损伤识别；研究方法
1导言
桥梁作为交通运输系统中不可缺少的一部分，在相关部门得到了特别的重视。要使交通运输系统得以正常运行，作为其纽带的桥梁必须维持在一个健康稳定的状态。但是现如今大多数桥梁由于人为设计、施工、管理方面的不到位以及自然环境恶化和地震等的影响下出现了桥梁损害、老化以及断裂现象。就此本文对桥梁结构损伤识别的方法进行深入的探讨与剖析。
2导致桥梁出现损伤的原因
在运营中一是外力原因，外力作用可以导致桥梁出现结构损伤。二是自然灾害。例如：暴风、洪水等，在巨大作用力下，这些自然天气很容易对桥梁造成结构损伤。三是车辆超载。虽然国内对于交通管制非常严格，但是仍有不法分子为了利益，对运输车辆私自改制，增加车辆的运输量，这增加了桥梁的负重，长期以往给桥梁损伤带来很大的隐患。
另外施工、设计阶段，方案不科学也是导致桥梁出现损伤的重要原因之一。施工方案的不科学主要体现在以下几点：其一，桥梁结构设计不科学。在桥梁设计的过程中，很多设计人员为了节省工作成本，很多桥梁的设计方案都是照搬、照抄，并没有对当地天气、地理地貌以及人流量进行细致分析，桥梁建设与当地的实际需求情况并不匹配；其二，施工方案执行力较低。在建设的过程中，为了尽早完工，施工单位会改变施工方案，缩短施工线路。改变施工方案是“牵一发而动全身” 的行为，它会带来很多连锁反应，很容易给桥梁造成结构损伤。其次是施工材料所致，再完美的设计方案没有良好的建筑材料，同样会导致桥梁损伤情况的发生。在建设的过程中，钢筋混凝土是构成桥梁的主体，大约占据桥梁总体的80%。但是对于建设材料的购买，很多建设单位为了减少建造成本，采用不符合标号的钢筋。沙子含沙量也比较大，水泥无法适用桥梁的强度。这些容易造成 “蜂窝” 桥面凹陷等情况的发生。
3桥面损伤的识别方法
3.1基于震动的识别方法
桥梁的运行离不开常规的维修检测，随着科学技术的发展，目前桥梁维修已经不再局限于人工检测，脉冲雷达、计算机、超声仪、设备锈蚀测试仪等科技设备逐渐应用到桥梁损伤的检测过程中。施工人员在高科技设备的帮助下，可以提高桥梁损伤的精确度。震动识别法是桥梁损伤中最常见的识别方法。震动桥梁损伤识别方的核心是指：利用计算机技术、传感技术，通过智能传感器对桥梁预应力数据进行采集分析。目前，桥梁损伤震动识别法主要分为有模型识别法、无模型识别法。采用有模型识别法时，必须与结构模式的特征相匹配。有模型识别法主要涉及模态振型、动柔度以及固有频率等。采用无模型识别法时，直接从相应的傅里叶谱中得到桥梁结构变量数据，通过对数据的分析，可以识别出桥梁是否损伤。
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3.2曲率模态识别法
根据结构动力学理论可知，结构损伤的存在会影响结构的动态特性，一般会降低结构的刚度、增大阻尼、改变振动频率与振动模态、引起结构边界条件的变化等，因此可以利用结构系统各种模态参数的变化作为特性标识量来诊断结构的损伤。利用曲率模态法进行结构损伤检测之前首先要解决损伤标识量选择问题，用于损伤识别的物理量最好是局域量，并且需要满足两个基本条件：一是对局部损伤敏感；二是位置坐标的单调函数。在试验中必须控制噪声的控制问题，当位移模态噪音小于1% 时，噪音的影响不太明显，超过1 %时，则损伤位置很难检测出来。
3.3 应变模态分析法
应变模态分析法是识别桥梁结构损伤最常用的方法。采用这种方法时，检测人员需对桥梁结构损伤前后动力的特征进行数据采集，之后通过应变增倍器，运用限元方法对采集的数据进行模拟分析，这样来找出桥梁结构应变分布的规律。之后导出单损伤引起的结构模态振型的改变系数，然后运用结构局部损伤因子法建立单元损伤敏感的指示因子，从而推导出单元损伤前后的单元模态应变能的变化。和其它识别方法相比，应变模态分析法具有显著的优点。不仅可以减少因位移而产生的误差，也可以准确找出桥梁结构损伤对局部区域的影响。
3.4基于振动的桥梁结构损伤识别方法
随着科学技术的发展，人们发现一种基于振动的结构损伤识别方法，它是一种在桥梁健康监测理念的基础上所提出的对桥梁结构损伤进行整体检测的方法。桥梁结构一旦发生损害，桥梁结构在质量、阻尼比以及刚度等物理方面会随之发生变化，而方法是根据固有频率、模态应变能、模态曲率、模态柔度、模态振型、模态保证准则等特定的动力指标在结构发生损害前后出现的变化所进行的定位和定量检测分析。固有频率主要针对桥梁结构的单处损伤有明显的改变，但多处发生损害时其表现并不明显，从而不能准确判断出损伤的位置。相对于固有频率，模态振型在动力损害的情况下做出诊断更准确和方便，高阶震动对于桥梁局部的损害具有高度的敏感性；但是在实际操作过程中，低阶振动能够对损伤的位置做出准确的判断。相对于固有频率及振动，模态曲率在结构损害的敏感度方面更具有明显的优势。另一方面，模态曲率能够准确判断单处损害的位置，对于多处损害更是具有高度的敏感性。模态柔度与桥梁结构的刚柔度相关，桥梁结构发生损害时，刚度将会降低，柔度将会升高。国内外对于桥梁结构损伤的识别方法中最热门的是基于振动损伤的识别方法，相关人员对它投入大量的研究，具有较为广阔的发展前景；但是由于该方法目前还不够成熟，因此在实际操作中并不常见，还需我们做更深入的研究。
3.5基于神经网络的损伤识别方法
神经网络识别方法是直接依照结构模拟损伤的样本指标进行损伤识别的一种方法，它具有其它方法所没有的容错能力，而且还具有独特的组织和适应能力；另外它还能很好地避免由外界环境噪音所造成的桥梁动力参数不准确或失误的问题发生，从而能够大大增强在环境振动情况下处理数据信号的能力。完整的损伤训练样本集合是使用基于神经网络识别方法的首要条件，这种方法能够准确判断出桥梁的损伤区域，并做出分析报告；但是这种方法在桥梁结构损伤中的运用并不成熟，还需进一步地研究。
结语：随着使用时间的增加，桥梁出现结构损伤的情况在所难免。尽管国家对于桥梁损检测投入了很大的力度，但是危桥、险桥的现象仍然层出不穷。为了减少桥梁损伤的情况，必须采用更加科学有效的方法来识别桥梁损伤。目前，基于震动的识别方法、曲率模态识别法以及应变模态分析法是桥梁损伤中最常见的识别方法，随着科学技术的发展，未来将会有更加科学、精确的识别方法应用到桥梁损伤中。
参考文献：
[1]翁艳.基于层次分析法的混凝土斜拉桥状态评估[D].西南交通大学，2007.
[2]吴孙尧.面向健康监测的斜拉桥试验模型设计及其损伤分析[D].浙江大学，2010.
[3]刘锐.大跨斜拉桥结构的损伤识别与状态评估方法研究[D].重庆交通大学，2010.
论文作者:贺红富
论文发表刊物:《基层建设》2016年25期9月上
论文发表时间:2016/12/12
标签：桥梁论文; 损伤论文; 结构论文; 方法论文; 模态论文; 曲率论文; 应变论文; 《基层建设》2016年25期9月上论文;