斜浅谈拉桥病害分析与监测.doc

斜浅谈拉桥病害分析与监测斜拉桥是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁是由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。其可看作是拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁。其可使梁体内弯矩减小降低建筑高度减轻了结构重量节省了材料。加强和防范斜拉桥的病害对最大限度的延长桥梁寿命至关重要。1斜拉桥病害与成因概述斜拉桥按照主要承重构件可分为斜拉系统索塔主梁下面对此逐条阐述。1.1斜拉系统病害斜拉桥主要受力部件之一的斜拉索需要通过塔和梁的锚固系统的传力才能实现其功能他们共同工作任一构件失效此部分即失效。在此参照相关文献把斜拉索和相应塔、梁上的锚固系统统称为斜拉系统。斜拉索的病害主要表现：a.拉索回缩、拉索钢丝滑丝导致拉索索力退化。此问题主要原因是锚固系统构造不当施工误差温度影响等。b.拉索腐蚀。产生原因为防护措施失效。c.拉索振动。斜拉索暴露在自然环境中风、雨等激励下斜拉索会表现处明显的振动振动会增加斜拉索的张力、并加剧斜拉索和锚具的疲劳破坏此外如果斜拉索的振动频率与主桥结构的基频接近还会引起整体的振动耦合。此类病害下文还会重点分析。斜拉桥索梁、索塔锚固区受力集中结构复杂在恒载、活载和其它荷载的作用下其病害问题应引起高度重视。锚固系统的病害主要表现：a.锚固装置疲劳。斜拉索暴露在自然界中在各种荷载的作用下斜拉索索力值是一个变化值由此引起锚固装置的疲劳损伤不可忽视尤其是当锚固装置本身就有因焊接等原因的缺陷时更需重点注意。b.锚头锈蚀。主要表现为下锚头由于长期处于潮湿环境造成。1.2索塔病害作用于斜拉桥主梁的恒载和活载通过拉索传递给索塔因此索塔是通过拉索对主梁起弹性支承作用的重要构件。作用在索塔上的力除索塔自身外还有拉索索力的垂直分力引起的轴向力、拉索的水平分力引起的弯矩和剪力此外温度变化、日照温差、风荷载、地震力、混凝土收缩徐变等都对索塔内力产生影响。索塔根据材料类型可分为钢筋混凝土和钢索塔。对于最常见的钢筋混凝土索塔在各种荷载作用下主要表现为拉索锚固区局部裂缝和塔根处的裂缝形成原因主要是基本荷载和温度的影响。在存在下横梁结构的桥塔中可能还会出现横梁裂缝这主要是因为桥塔刚度不可忽略。1.3主梁的病害对于常用的混凝土主梁主要是梁体的裂缝。这些裂缝大部分是由施工误差、混凝土收缩、温度变化、局部锚固应力过大等因素诱发。当然也有因为设计问题产生的如抗裂性不足产生受弯裂缝和受剪斜裂缝等。对于钢梁或者钢-混结合梁主要是钢结构因为制造过程、焊接等引起的缺陷造成的疲劳、脆性等问题。特别的对于结合梁混凝土的收缩徐变引起的桥面裂缝和钢-混结合部的疲劳；对于钢桥桥面铺装的病害应引起足够重视。2斜拉桥健康监测和风险评估的研究现状2.1桥梁健康监测系统研究的意义因为桥梁施工、运营中总会出现各种病害各种病害对结构的影响不可忽视。尤其是最近几年的垮桥事故频繁发生提醒我们应该用合理的方法对桥梁的健康状况进行检测并对桥梁结构的目前运营状况进行评估和风险评价。桥梁健康监测指的是：从建造、运营状态的桥梁结构中获取并处理数据评估结构的主要性能指标(如可靠性、耐久性等)的方法。它结合了无损检测和结构特性分析目的是为了诊断结构中是否有损伤发生判断损伤的位置估计损伤的程度以及损伤对结构将要造成的后果。可以说桥梁健康检测就像桥梁的医生对桥梁的健康状况进行评价制定“治疗”方案。一般地桥梁健康监测系统包括三个子系统:传感器与数据采集子系统、结构分析子系统、数据管理子系统和评估决策子系统。如果建立在线的远程健康监测系统则还应包括网络传输子系统。2.2损伤识别的方法归类对于大量的现场数据需要一定的评定方法。结构的健康监测系统必须具备识别结构损伤的能力结构损伤识别是健康监测系统中的核心技术健康监测系统的性能在很大程度上取决于结构损伤识别技术的优劣。笔者查阅了大量文献对当前比较常用的损伤评定方法进行分类如下：2.2.1基于结构固有频率的损伤识别方法自振频率是结构刚度、整体特性的反映在不同点对结构的频率进行测量对其间的构件局部损伤进行推断。此类方法要求测量精度高、干扰小。在桥梁结构上应用较少。2.2.2基于模态振形的损伤识别方法此类方法测量数据主要为结构的振形通过对结构损伤前后的振形进行比较以此来推断结构损伤部位和损伤程度。2.2.3基于柔度矩阵和刚度矩阵的损伤识别方法此方法主要通过结构对荷载的响应反推的和结构刚度有关的矩阵来确定结构损伤情况。2.2.4基于模型修正的损伤识别方法。该方法首先要建立结构仿真模型通过对模型的参数进行修改使计算结果逼近测量数据。修改参数需要一定的方法确定此处不再展开。2.2.5基于神经网络的损伤识别方法。该方法通过已测数据和损伤建立神经网络的损伤评定系统对新测的数据进行损伤评定并反复更