摘要：近年來，隨著我國交通運輸事業的發展，橋梁的重要性越來越大，其通行能力、承載能力和結構安全是交通正常運行的關鍵，但由于交通量的增大、重型汽車的增加以及人類或自然環境影響，我國現役橋梁劣化程度嚴重，橋梁結構損傷檢測和安全評估成了橋梁功能和安全的重要保證。本文介紹了目前國內外采用的橋梁結構損傷檢測和安全性評估的主要方法，并總結了這些方法的使用現狀和不足之處。

　　關鍵詞：橋梁結構 損傷檢測 安全性評估

　　引言

　　近年來，隨著我國交通運輸事業的發展，橋梁的重要性越來越大，其通行能力、承載能力和結構安全是交通正常運行的關鍵，但由于交通量的增大、重型汽車的增加以及人類或自然環境影響，我國現役橋梁劣化程度嚴重。對橋梁結構損傷進行檢測和安全性評估，及早發現橋梁結構上的缺隱或損傷，對于保證橋梁的安全運行有著極為重要的實際意義。

　　一、橋梁損傷檢測技術現狀

　　為了掌握橋梁的技術狀態，及時進行加固整修，確保橋梁運營安全，延長橋梁結構的使用壽命，防止交通安全事故的發生，目前全球各國都在積極開發橋梁結構損傷檢測技術和安全性評估技術，包括振動測試法、沖擊振動試驗法、超場波檢測法等多種橋梁結構損傷檢測技術。在具體應用中，對既有橋梁進行損傷檢測和安全性評估時，主要采用靜力評估法和動力評估法兩種方法。其中，靜力評估法又稱為荷載試驗法，其基本思路是用等效于設計荷載的車輛荷載來對橋梁進行加載，以測量橋梁的應變和撓度等指標，同設計值進行比較，從而通過檢驗系數來對橋梁的狀態進行評估。動力評估法是利用振動檢測技術對橋梁結構損傷進行檢測的方法，其基本思路是對結構模態參數進行檢測，從結構模態參數的改變來判定橋梁結構是否存在損傷，并利用結構破壞前后動力學特性的變化來診斷出結構的損傷。

　　總的來說，近年來在橋梁損傷檢測和安全性評估方面的研究，已經取得了極大的發展，但依然存在眾多問題，究其主要原因，一方面是因為橋梁結構的復雜性和材料的多樣性，其各個部分的應力狀態、動力特性、剛度等差異較大，用單一的動力特性變化指標很難評估橋梁結構的整體狀態。另一方面則是因為現有的檢測及評估指標對環境因素的考慮不足，對于橋梁結構損傷后整體結構呈現的非線性特性把握不全面，無法全面或者正確的反映橋梁結構損傷的實際情況。此外，測量儀器的精度和效率也有待提高。

　　二、橋梁結構損傷檢測方法

　　橋梁結構損傷檢測通常分為局部檢測和整體檢測兩類，局部檢測是對橋梁重點部位進行細致的檢測，主要是為了清楚結構局部的物理、力學、構造特性的實際狀態。整體檢測是從全局上把握橋梁結構的實際狀態。

　　對于橋梁設計、施工和維修加固的質量和效果，可采用表觀檢測法進行檢查，分析橋梁結構各部分的運行情況，分析出現結構損傷的原因。此外，還可以采用各種儀器，如X射線、超場波、顯微鏡、聲學儀器、光學儀器等，對橋梁結構局部進行檢測，這些設備價格昂貴，在檢測前需要對損傷的部位有一定的了解。對于與橋梁承載能力有關的變形、撓度、應變、裂縫等結構的檢測，則可以通過靜載試驗進行，包括靜應變測量、靜位移測量，通過實際測量得到的應變和位移推算出橋梁結構有關的內力值和撓度值，從檢測得出的參數中分析得出結構的強度、剛度和抗裂性能。對于橋梁結構的動力性能，則需要通過動態檢測的方法進行動態荷載試驗，以判斷橋梁運營狀況和承載能力，比如通過動力放大系數確定車軸荷載對橋梁的動力作用，這種理論的根據來源于結構損傷必然導致結構參數的改變。

　　除了傳統的檢測技術外，隨著計算機和網絡技術的發展，近年來還發展出了一些新興橋梁損傷檢測技術，如基于GPRS技術的橋梁檢測遠程數據傳輸技術，可以迅速、安全的將橋梁結構檢測數據遠程傳輸，對橋梁結構運行狀態進行遠程監測。再如神經網絡在橋梁檢測技術中的應用，采用人工神經網絡方法構造BP模型，與橋梁結構受力狀態建立映射關系，僅需對部分橋索受力情況進行實地檢測，便可得除其余橋索受力情況。此外，數字圖像處理技術、光纖應變傳感器測試系統等新興技術，在橋梁結構損傷檢測中都得到了極大的發展，有效的消除了檢測盲區，降低了單點檢測成本。

　　三、橋梁損傷識別方法

　　近年來，動力破損評估法是橋梁結構損傷識別上常用的方法，其中基于模態參數損傷識別方法在實際應用中被采用較為廣泛。其主要損傷識別方法包括以下幾類：

　　1.基于固有頻率的損傷識別法

　　由于新材料、新技術在橋梁建設工程中的廣泛應用，橋梁結構形狀日趨復雜，在進行結構損傷和安全性評估時，有些位置不適合布置測試點進行檢測，這種情況下基于模態振型的損傷識別方法很難適用，但采用基于固有頻率的識別方法，卻有著測試簡單、方法成熟、精度高的優點，尤其是測試數據較長，進行多數據點頻譜分析時，更可以得到較精確的頻率分析，真實的反映出結構損傷引起的頻率變化。實際測試中，一般僅需要對一兩個測試點進行固有頻率測試，即可得出結構多階自振頻率。

　　2.剛度和柔度矩陣法

　　橋梁結構損傷通常表現為橋梁結構剛度下降，所以采用剛度矩陣來判斷結構的損傷，運用損傷結構與未損傷結構進行判斷得出剛度差，從而來對結構損傷進行定位具有極大的可行性，這種方法對于橋梁結構大的損傷非常有效。但是，這種采取誤差對比的方法來判斷結構損傷的檢測技術，需要包含足夠多的振蕩模型，尤其是對結構剛度矩陣影響較大的振蕩模型。柔度矩陣法則通過測量結構低階振型，根據高階所占份量由于頻率的增大而迅速減小的原理，準確的估計出結構的柔度矩陣變化。

　　3.靈敏度結構損傷識別法

　　利用靈敏度檢測橋梁結構損傷，首先需要得到橋梁結構的模態參數或者在動力響應時結構物理參數的靈敏度矩陣，再對結構損傷前后的模態參數變化或者動力響應結構物理參數的變化，來判斷橋梁結構損傷。目前常用的靈敏度結構損傷識別法， 有實驗靈敏度識別法、解釋靈敏度識別法、特征參數靈敏度分析法、噪聲靈敏度分析法、水平靈敏度分析法、正交關系靈敏度分析法等。各種基于靈敏度的結構損傷識別方法， 其主要的區別在于形成靈敏度矩陣的方法上。

　　4.小波變換法

　　小波變換法可以看作是傅里葉變換法的擴展，采取可調整的視頻窗口，以“可變焦”性能對局部信號進行多尺度刻畫，其實質是對結構損傷的原始信號進行濾波處理，這種技術在損傷識別上有著極大的優勢。可以根據結構損傷的動力特性進行分析，以動力響應信號作為結構損傷的原始數據，進行有效的分析的判斷。

　　5.橋梁結構安全性評估

　　橋梁結構安全性評估一般分為初步評估和詳細評估兩個層次，初步評估主要用于橋梁安全性程度的評測，以根據橋梁重要性程度決定是否進行詳細評估。初步評估主要是對橋梁耐震、耐荷、耐沖刷能力進行評測。詳細評估則是根據橋梁實際情況，結合相關設計規范，對橋梁結構進憲詳細分析以計算出橋梁的耐震和耐荷能力，最終評測橋梁安全性程度。

　　參考文獻

　　[1] 史家鈞，《基于可靠性的橋梁評估方法》[J]，山西建筑，2005

　　[2] 董聰，《基于動力特性的結構損傷定位方法》[J]，力學與實踐，2000