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大连理工大学网络高等教育 本 科 生 毕 业 论 文（设 计）
题 目： 浅议桥梁健康检测与安全评价
层 次： 专科起点本科 专 业： 土木工程(道桥方向) 年 级： 年 季 学 号： 学 生： 指导教师： 完成日期： 2022年8月26日
桥梁工程的质量直接关系到人民群众的切身利益，确保桥梁的质量是为民造福的大事，必须严格进行控制。但是随着桥梁技术的不断进步和发展，桥梁工程的要求也逐步提高，桥梁健康监检测等技术应运而生，桥梁在建造和使用过程中，由于受到环境、有害物质的侵蚀，车辆、风、地震、疲劳、人为因素等外来作用，以及材料自身性能的不断退化，导致结构各部分在远没有达到设计年限前就产生不同程度的损伤和劣化桥，严重影响桥梁的质量，于是本文从世界各国桥梁安全检测技术的现状入手，指出了桥梁健康检测的内容，并对桥梁健康检测的重要性检测方法，安全评价等内容进行分析，最终通过具体的工程实例阐述了桥梁健康监测的意义即：健康检测对于桥梁工程的健康状况的测定具有不可替代的优势。
关键词：桥梁工程；健康监测；安全评价
目 录
桥梁在长期的使用过程中难免会发生各种结构损伤，损伤的原因可能是使用维护不当、车祸事故等认为因素，也可能是地震、台风和环境侵蚀等自然因素。随着桥梁服役时间的增长、环境等自然因素的长期作用和交通量及重车数量的不断增加，桥梁结构安全性和使用功能也必然发生退化[1]。 我国桥梁安全检测系统的研究与应用始于20世纪90年代，依托我国大规模基础建设的背景，桥梁安全检测系统在我国得到了一定的应用。新建的大型桥梁结构总结以往的经验和成果，也在工程建设的同时增设长期的安全检测系统。这对保证大跨度桥梁的结构安全、及时掌握结构运营状况、发现桥梁早期的病害及查明不可接受的响应原因、实施经济合理的维修计划、实现安全经济的运营具有重要意义与实用价值。 新建的大型桥梁结构总结以往的经验和成果，也在工程建设的同时增设长期的安全检测系统。这对保证大跨度桥梁的结构安全、及时掌握结构运营状况、发现桥梁早期的病害及查明不可接受的响应原因、实施经济合理的维修计划、实现安全经济的运营具有重要意义与实用价值。桥梁在长期的使用过程中难免会发生各种结构损伤，损伤的原因可能是使用维护不当、车祸事故等认为因素，也可能是地震、台风和环境侵蚀等自然因素。随着桥梁服役时间的增长、环境等自然因素的长期作用和交通量及重车数量的不断增加，桥梁结构安全性和使用功能也必然发生退化[2]。本文从世界各国桥梁安全检测技术的现状入手，指出了桥梁健康检测的内容，并对桥梁安全评价等内容进行分析，最终通过具体的工程实例阐述了桥梁健康监测的价值。
1 概述 1.1 桥梁健康检测与安全评价简介桥梁健康监测根据桥梁结构安全性、适用性和耐久性评估的需要和桥梁管理、决策部门的信息需求，并结合目前国内的实际经济条件及桥梁现场监测条件，确定桥梁结构监测系统中实施的监测项目，以实用性、可靠性为基础，在一定程度上兼顾其先进性，并考虑到费用一效益的关系，确定各监测项目[3]。桥梁的安全、耐久性问题已经引起了运营管理部门的高度重视，为了确保桥梁安全运营、延长桥梁使用寿命，桥梁上安装监控监测系统具有非常重要的意义。桥梁结构的安全评价是指评价桥梁结构各主要构件的承载能力、构件的应力和刚度、结构性损伤是否在安全范围内，是一个利用特定的信息资料来分析桥梁状态的好坏，并为了保持桥梁的可靠性而做出相应措施的一个过程。这个过程可以分为三部分，即资料的收集和研究，建立评估模型，分析模型和决策。 1.2 桥梁健康检测与安全评价的重要性在各种重大工程结构中，桥梁结构具有数量众多、投资巨大和意义重大等特点，因此桥梁结构的安全检测得到了国内外的广泛关注。对于桥梁结构而言，随着桥龄的增长、气候和环境等自然的作用以及日益增加的交通量及重车过桥数量的不断增加，导致桥梁结构或构件发生不同的自然积累损伤和意外损伤，从而使得桥梁结构的安全性和耐久性发生退化。在美国，至少每两年要对约57.5万座桥梁进行检测，根据FHA（Federal Highway Administration）的统计结果，约40%的桥梁功能陈旧或存在结构缺陷，修复这些结构缺陷需要投资约700亿美元；在哥伦比亚，由于疏于养护加之恶劣的气候条件，2000多座跨度超过20m的公路桥梁，其中约有60%的桥梁存在中等程度及以上的损伤；英国运输部曾在1990年抽样调查过2000座混凝土公路桥，调查结果表明约30%的桥梁运营条件不良；在印度，大约20%的公路桥梁需要更换，另有10%的桥梁有损伤的迹象；同样我国的桥梁安全状况也不容乐观。 1.3 桥梁健康检测的内容和依据结构安全维护应包括评估和维修两个方面。在进行任何维修工作之前，必须对结构的安全状况进行评估。评估的目的是获取有关结构质量退化的信息。如质量恶化的部位、程度、原因及后果等。要获取这些信息，必须结合结构原设计资料和施工、运营记录，进行详细的现场调查，包括观察、测试和判断等。现场调查和检测的结果是结构维修时选择适当的维修材料和方法的依据。一般评估（检测）方法可以是混凝土试样试验和无损检测。混凝土试样即从结构选择的部位取出的混凝土，它可提供有关混凝土质量和可能发生的变化的有用信息。混凝土试件的试验一般需要在实验室里进行。 无损检测可在结构现场直接获取结构质量状态的信息，如估计混凝土构件的强度，确定裂缝和断裂的程度、不密实混凝土孔洞、蜂窝的出现与区域、混凝土湿度以及可能发生的质量恶化的程度。无损检测除了目测外，一般都需要一定的测试设备和技术。现有的无损检测技术包括声发射、染色法、涡流法、光纤传感法、硬度测试法、同位素法、泄漏测定法、磁粒子法、磁场摄动、波动光栅等高线映射、压力－真空试验、模式识别、射线照相法、超声波法、X光法以及目检法等， 桥梁检测的依据主要有：《城市桥梁养护技术规范》（CJJ99-2003）；《公路桥涵养护规范》（JTG H11-2004）；其他相关的监测资料；《桥梁养护技术规范》；《公路桥涵设计规范》。 1.4 常用检测仪器桥梁检测常用的主要仪器设备如下表1.1所示。 表1.1 检测常用主要仪器设备工具
2 桥梁健康检测的常用方法 2.1 混凝土结构无损检测无损检测是利用声、光、热、电、磁和射线等与物质的相互作用，在不损伤被检物使用性能的情况下，探测材料、构件或设备的各种宏观的内部或表面缺陷，并判断其位置、大小、形状和种类的方法。 （1）混凝土强度无损检测方面 混凝土强度无损检测方面一般包括混凝土强度的回弹法检测以及采用两种以上方法进行多参数的综合强度测定，即所谓综合法[4]。 （2）混凝土内部缺陷的无损检测方面 超声脉冲法是目前最常用的缺陷检测方法，近年的研究中有两个方向值得注意:进行接收波形的信号分析和超声脉冲辐射高速自动检测。混凝土内部缺陷由于很难用肉眼或者其他工程工具进行测定，为此必须采用超声波进行测定。 （3）混凝土其他性能无损检测方面 随着结构功能的多样化对混凝土性能的要求也超出了抗压强度、缺陷等传统质量指标，为适应这种需要，无损检测技术的使康领域也已扩展到其他性能方面。近年来发展起来的渗透法就是这类方浏勺一种，它以混凝土阻止液体或气体渗透的育幼来间接反映混凝土结构的耐久性。用中子散射法及微波吸收法测试混凝土的含水率，用中子活化法测定混凝土的水泥含量等二也属于这一类型的新的测试方法。 2.2 混凝土结构半破损检测所谓混凝土结构半破损检测是以不影响构件的承载能力为前提，在构件上直接进行局部破坏性试验，或直接钻取芯样进行破坏性试验。其优点是以局部破坏性试验获得混凝土强度，因而较为直观可靠。缺点主要表现在：造成结构物的局部破坏，需进行修补，因而不宜用于大面积的全面检测。混凝土结构半破损检测的 主要方法：钻芯法、拔出法、射击法。目前工程中最常用的方法是钻心法，按照《钻芯法检测强度技术规程》[4]（CECS03：88）来检测砼强度的要点如下：从混凝土结构中钻取芯样，以测定混凝土抗压强度的方法。适用于对试件抗压强度的试验结果有怀疑时；因材料、施工、养护不良等施工失控而发生的质量问题；对混凝土受冻、水灾、化学侵蚀等损害；使用多年建筑结构的混凝土强度的检测等。钻取芯样的位置，应征得设计单位的同意，一般应在结构和构件的下列部位钻取：结构或构件受力较小部位、砼强度质量具有代表性的部位、便于钻芯机安放于操作部位、要避开主筋，预埋件和管线的位置，并尽量避开其它钢筋。、用钻芯样和非破损法测定砼强度时，应与非破损法取同一测区。芯样钻取的数量，按单个构件检测时，每个构件的钻芯数量不应少于3个；对于较小构件，钻芯数量可取2个。对构件的局部区域进行检测时，应由要求检测的单位提出钻芯总位置及芯样数量。 2.3 钢结构无损检测2.3.1 磁粉检测（MT）磁粉检测是建立在漏磁原理基础上的一种磁力检测方法。铁磁性材料被磁化后，产生在被检对象上的磁力线均匀分布。当磁力线穿过铁磁材料及其制品时，由于不连续性的存在，使工件表面和近表面的磁力线发生了局部畸变而产生了漏磁场，漏磁场吸附施加在被检对象表面的磁粉，形成在合适光照下可见的磁痕。因此，可借助于该磁痕来显示铁磁材料及其制品的缺陷情况。磁粉检测法可探测露出表面，用肉眼或借助于放大镜也不能直接观察到的微小缺陷，也可探测未露出表面，而是埋藏在表面下几毫米的近表面缺陷。用这种方法虽然也能探查气孔、夹杂、未焊透等体积型缺陷，但对面积型缺陷更灵敏，更适于检查因淬火、轧制、锻造、铸造、焊接、电镀、磨削、疲劳等引起的裂纹。磁力检测中对缺陷的显示方法有多种，有用磁粉显示的，也有不用磁粉显示的。用磁粉显示的称为磁粉检测，因它显示直观、操作简单、人们乐于使用，故它是最常用的方法之一。不用磁粉显示的，习惯上称为漏磁探伤，它常借助于感应线圈、磁敏管、霍尔元件等来反映缺陷，它比磁粉探伤更卫生，但不如前者直观。由于目前磁力检测主要用磁粉来显示缺陷，因此，人们有时把磁粉检测直接称为磁力检测，其设备称为磁力检测设备。适用范围：可以对铁磁性原材料，如钢板、钢管、铸钢件等进行检测，也可以对铁磁性结构件进行检测。局限性：仅适用铁磁性材料及其合金的表面和近表面的缺陷检测，对检测人员的视力、工作场所、被检对象的规格、 形状等有一定的要求。优点：经济、方便、效率高、灵敏度高、检测结果直观。 2.3.2 超声波探伤焊缝按其接头形式可以分为对接、角接、T形接头、搭接四种。在钢结构焊缝探伤中，主要是对接。对接焊缝超声波探伤有三个探伤等级。A级。采用一种角度的探头在焊缝的单面单侧进行探伤，不要求检验焊缝的横向缺陷。当母材厚度大于50mm时，不得采用此种方法。B级。原则上采用一种角度的探头从焊缝的单面两侧进行焊缝全截面探伤，母材厚度大于100mm时，应从焊缝两面两侧进行探伤，条件允许时应作焊缝横向缺陷探伤。C级。至少要采用两种角度的探头，从焊缝的单面两侧进行探伤，并作两种探头角度和正、反两个方向的焊缝横向缺陷探伤.其他附加条件是： 在测量缺陷指示长度的工作中，使用的测量方法有相对灵敏度测长法、端点相对灵敏度测长法和绝对灵敏度测长法三种。当缺陷只有一个波高点时采用相对灵敏度测长法测量缺陷指示长度，沿焊缝长度方向左右平移探头，使缺陷回波以缺陷回波最高点为起始点，在缺陷两端分别降低到一个规定的dB值，则此时探头两点距离便视为缺陷的指示长度。当缺陷有多个波高点时，采用端点相对灵敏度测长法测量缺陷指示长度。在缺陷两端分别从最后一个波高点外移探头，分别使波高点降低一个规定的dB值，此时探头两点距离就是缺陷的指示长度。绝对灵敏度测长法一般在缺陷回波较低、探伤者认为有必要测长时才使用。角焊缝和T形焊缝的探伤，大多采用斜探头在腹板上进行，从探伤等级来说，应属于A级探伤。对于T形焊缝，为了精确测定根部未焊透宽度，可在翼板上用直探头进行探伤。对于翼板厚度小于20mm，也可以使用双晶直探头，尤其使隔声片与焊缝长度相平行时最佳。 2.3.3 射线检测为了使射线拍片探伤取得成功，必须处理好射源工作和胶片三者之间几何布置。射线拍片探伤的几何布置可分为单壁单透照、双壁单透照、双壁双透照和全向透照和全景周向透照四种。把工件的待探伤部位旋转到射源与胶片之间，射源与工作板部位之间保持一定距离，胶片则紧紧地与工件紧贴在一起。能采用这种布置方式的首要条件是：在作为工件正面使用上方必须能放置射源，并在射源与工件之间没有其他障碍物；在工件的背面上能够贴上胶片。适用于密封的腔型工件以及外径大于89mm，内壁无贴片条件的筒形工件。在这种探伤中，射线必须透过双层壁厚而对贴有底片的一侧进行拍片探伤。这种布置适合直径小于89mm的管子以及有相似情况的工件。射线透过双层壁，对上壁和下壁同时进行拍片探伤。把胶片贴在圆形工件的整个外圆表面上，而射线源放置在内孔中心上的一种透照方法。 2.4 预应力混凝土结构检测高速路频现塌陷的事故给路桥建设者敲响了土程质量的警钟，而对于预应力混凝土桥梁的检测及监理单位，如何选择无损检测仪器去检测从而把好质量关也成为他们所考虑的重点。预应力混凝土梁检测仪或预应力混凝土梁多功能检测仪基于无损检测技术开发，采用冲击弹性波作为测试媒介，具有测试效率高、可靠性好、对结构无损伤等特点，可以大大地提高预应力梁的质量保证度。其主要功能及用途包括：检测预应力孔道灌浆密实度。检测混凝土浇筑质量（构件、试件的强度、模量）。检测锚固应力。检测混凝土结构尺寸及内部缺陷。用于预应力梁质量管理，提高工程质量。用于施工过程监控，及时发现问题，以便补救或施工质量改进。用于施工质量检查。
3.1 桥梁安全的耐震评价我国1976年7月28日3时42分56秒在唐山丰南的强地震(M＝7.8),该地区公路中等跨度简支梁桥的震害大都是摆柱式支座倾倒、固定支座齿板剪脱滑出，有的是墩台倾斜，桩柱式墩的基桩折断，甚至墩倒梁落；而柔性桩墩的双曲连续拱桥的震害多为主拱圈和拱上建筑的小拱圈严重开裂，个别有主拱圈拱起而严重破坏。该地区的铁路桥梁因桥墩基础较好，侧向刚度较强，震害严重程度比公路桥稍轻，如墩台沿施工接缝处开裂或被剪断，钢支座的锚固螺栓被拉出而移位，但落梁事故较少。在其他多地震国家如日本，桥梁震害也以中小跨度的桥梁为多。 如何科学地估计桥梁工程抗震能力尤为重要影响桥梁工程抗震能力的因素包括地震危险性和建筑物易损性以往的震害预测方法能够估计建筑物在地震作用下的破坏和损失，但不能评定建筑物的抗震能力；往往只考虑了特定地震作用的影响，而不能综合考虑其他可能地震作用的潜在威胁；不能比较不同结构类型 不同设防水准的建筑物之间抗震能力的差异[5]。桥检测通常采用静载和动载试验。抗震加固优先权( 排序)：获得桥梁的抗震加固优先权是为确定一定区域内桥梁是否需要抗震加固及桥梁抗震加固的次序。桥梁的抗震加固优先权不仅取决于桥梁的结构性能，同时还与国民经济的发展水平、桥梁的社会经济重要性，桥梁在交通网络中的地位，桥梁所在场地的地震动参数等有关。应该说， 桥梁是否需要加固更多地取决于这些非结构性能的因素。 3.2 桥梁安全的荷载评价桥梁荷载试验的目的有：检验桥梁设计与施工质量，判断桥梁结构的实际承载力，验证桥梁结构设计理论和设计方法。内容有：明确荷载试验的目的，实验准备工作，加载方案设计，测点设置与测试加载控制与安全措施，实验结果分析与承载力评定，实验报告编写。荷载试验的准备工作；试验孔（或墩）的选择，搭设脚手架和测试支架，静载试验加载位置的放样和卸载位置的安排，实验人员的组织及分工，其它准备工作工况： （1）简支梁桥：跨中最大正弯矩，L/4最大正弯矩，支点最大剪力，桥墩最大竖向反力。 （2）连续梁桥：主跨跨中最大正弯矩，主跨支点负弯矩，主跨桥墩最大竖向反力，主跨支点最大剪力，边跨最大正弯矩。 （3）悬臂梁桥：支点最大负弯矩，锚固孔跨中最大正弯矩，支点最大剪力，挂孔跨中最大正弯矩。 （4）无铰拱桥：跨中最大正弯矩，拱脚最大负弯矩，拱脚最大推力，正负绕度绝对值之和。 （5）刚架桥：跨中截面最大弯矩，柱腿截面最大应力，节点附近截面最大应力。 （6）悬索桥；主梁控制截面最大弯矩应力，主梁扭转变形，主梁控制截面位移或挠度，塔顶最大水平变位，塔柱底截面最大应力，钢索最大拉力。 （7）斜拉桥：主梁跨中最大正弯矩，主梁最大负弯矩，主塔塔顶顺桥向最大水平位移，斜拉锁最大锁力，主梁最大挠度。 电阻应变片的粘结：选片，定位，贴片，干燥固化，应变片的防护消除温度效应的应变值主要是利用惠斯登电桥桥路的特性进行，称为温度补偿。补偿片设置考虑的因素：补偿片与工作片应该是同批产品。贴补偿片的试块材料应与试件的材料一致，并应做到热容量基本相等。补偿片的贴片`干燥`防潮等处理工艺必须与工作片完全一致。连接补偿片的导线应与连接工作片的位置应尽量接近，使二者处于相同温度场条件下，以防不均匀热源的影响。补偿片的数量多少，根据实验材料的特性，测点位置，试验条件等决定。 实验过程中的观测内容：温度稳定观测，仪表的测读与记录，裂缝观测。动载试验三个基本问题：测定桥梁荷载的动力特性、测定桥梁结构的动力特性、测定桥梁在动荷载作用下的影响。桥梁支座设置在梁板式体系中主梁与墩台之间，其主要功能是将上部结构的各种何在传递给墩台，并能适应上部的荷载，温度变化，混凝土收缩等各种因素所产生的自由变形，使上下结构的实际受力情况符合设计计算图示。 3.3 桥梁安全的河川耐洪能力评价在道路桥梁所遭受的破坏作用中，洪水对桥梁的破坏作用是十分严重的，由此直接引起的经济损失也非常大。这是多年以来设计及施工人员尤其是设计人员高度重视与急需改进的问题。梁构造物在遭受洪水侵袭时主要破坏现象体现的几个方面：桥梁墩台遭受洪流冲刷造成基础外露、滑移、沉陷以及严重的垮塌现象。洪流突然造成河流改道，直接冲刷导致锥坡、围墙及导流堤等附属防护设施坍塌失去功能。当桥梁孔径满足不了洪水宣泄时，洪峰急流漫过桥面，其强大的水力作用破坏上部结构，如栏杆、桥面铺装、支座乃至于主梁等。洪流中夹带的漂浮物及船只撞击导致桥梁结构局部或整体失稳而垮塌。事实证明，结构抗力大于或等于破坏作用，则结构就安全可靠；反之则将导致结构破坏。为使洪水对桥梁的影响降低到最低，必须从洪水破坏力特性和桥梁抵抗机制两个方面着手，尽量减轻洪水的强度和集中作用，增强桥梁自身抗洪能力。两方面紧密结合才是解决抗洪问题的合理途径。为此有必要提出相关措施，改进设计。 3.4 土石流桥梁安全评价土石流流动时因其动量大，且与溪床接触面因土石之粗糙度大，可对溪床造成侵蚀作用，而使土石流通过后之溪床面严重淘蚀刷深，同时亦可使溪谷两岸斜面遭土石流淘刷而崩塌，故在土石流流动后之溪谷，在土石流通过后变得更深更宽。但亦有土石流在溪谷中流动时，因受阻滞而脱水后停积在溪谷中，此等暂时堆积之土石可因雨水之再度供给而重新流动。 在土石流发生之溪谷，其上游常有大面积之崩塌发生，以提供土石流之土砂材料来源，且土石流之发生并无所谓之免疫性，换言之，土石流可在同一溪谷一再发生，因此多次之土石流流出谷口堆积之扇状地，即可由扇状地发展之范围与规模，研判上游溪谷发生土石流之频率与规模。一般适合土石流堆积之地形坡度约在3°以下，但土石流堆积后，其堆积扇之扇面坡度则可能超过5°以上，因此下次发生之土石流乃可越过原堆积之扇面往下游继续流出，尤其在扇缘之斜坡更可高达15°以上。根据上面所描述土石流发生的原因及相关特征就可以对桥梁抗土石流的能力进行估测。 4.1 桥梁概述三河口大桥位总长1215.69m，跨径布置为：11×25m（预应力混凝土空心板梁）+1×50m（预应力混凝土箱梁）+3×168m（下承式系杆钢管混凝土拱）+1×50m（预应力混凝土箱梁）+14×25m（预应力混凝土空心板梁）。三河口大桥主桥（第13～ 奥鹏，国开，广开，电大在线，各省平台，新疆一体化等平台学习
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