頁緒論橋梁對于人類的生產(chǎn)生活非常重要，假如沒有橋梁，我們的生存環(huán)境將是另外一番模樣。不同地方之間的人們交往不會那么密切，更不會有世界經(jīng)濟、文化、科技的深刻影響與相互融合，橋梁跨越了山海的重重障礙，把世界緊密地聯(lián)系在一起。世界上有許多的水網(wǎng)城市，有世界“橋城”之稱的漢堡，城中河流密集縱橫交錯，橋梁多達2300余座。山水之城的重慶，至今橋梁總數(shù)已達到1.3萬座，跨越了起伏的山巒，縱橫的江河。1958年之前，重慶沒有一座橋梁，如今這個最年輕的直轄市，成為了國內(nèi)外的公認(rèn)的“萬橋之都”。素有“亞得里亞海明珠”之稱的威尼斯，城內(nèi)修建了450多座橋梁。我國江南魚米之鄉(xiāng)的許多城鎮(zhèn)就是靠橋梁發(fā)展起來的，其中浙江的紹興就有5000多座橋。橋梁是人類建筑史上的最古老的、最偉大的建筑工程，也標(biāo)志著一個時代文明與進步。公路橋梁檢測技術(shù)的重要性隨著我國經(jīng)濟的騰飛，公路建設(shè)事業(yè)進入了快速發(fā)展階段。據(jù)交通運輸部發(fā)布的《2018年交通運輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報》中數(shù)據(jù)顯示，2018年末全國公路總里程484.65萬公里，全國公路橋梁85.15萬座、5568.59萬米[]。橋梁作為公路建設(shè)的紐帶工程，其重要性不言而喻。近年來，隨著國家公路網(wǎng)“五縱七橫”的建設(shè)和西部大開發(fā)戰(zhàn)略的進一步深入，未來將建設(shè)大量大中型橋梁，把全國緊緊的連在一起。公路橋梁的發(fā)展，帶動了經(jīng)濟的增長，也促進交了通運輸產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展。改革開放初期，人們漸漸富裕起來了，渴望過上美好生活，對物質(zhì)需求也越來越高。改革開放對經(jīng)濟的刺激，使基礎(chǔ)建設(shè)呈現(xiàn)一片繁華景象，橋梁建設(shè)事業(yè)也蒸蒸日上。在當(dāng)下公路橋梁規(guī)模發(fā)展的同時，高質(zhì)量建設(shè)不能完全跟上節(jié)奏。前期建設(shè)的公路橋梁中，存在設(shè)計方式古老，標(biāo)準(zhǔn)要求較低的問題，在設(shè)計中不能兼顧各個方面，設(shè)計通行能力已不能適應(yīng)當(dāng)前經(jīng)濟發(fā)展需求。同時伴隨著運輸業(yè)的繁榮發(fā)展，車輛的重量、載重量迅速增長，車輛超載現(xiàn)象時有發(fā)生，橋梁荷載加重，長此以往對橋梁承載力是極大的考驗。加之雨雪、冰凍、溫度變化、洪水等自然條件侵蝕，造成混凝土病害。不僅嚴(yán)重影響交通運輸業(yè)的發(fā)展，而且對人身車輛安全都會產(chǎn)生巨大威脅。光陰似箭，歲月如梭。當(dāng)初設(shè)計的一部分公路橋梁，已經(jīng)出現(xiàn)了不同程度的損害。特別是一些結(jié)構(gòu)發(fā)生問題的公路橋梁，承載能力將會大大降低，從而演變?yōu)槲?，造成?yán)重的安全隱患。這些公路橋梁一旦受到振動沖擊力的影響，可能會發(fā)生嚴(yán)重的橋梁事故案件。對于可能發(fā)生狀況的公路橋梁，需要及時進行檢測，并做出行之有效的修繕加固方法，甚至是拆除手段。通過橋梁檢測技術(shù)可以了解橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)，選擇相應(yīng)的維修方法和措施。一座橋梁建設(shè)完成，往往需要甲方驗收才能正常投入使用。橋梁檢測技術(shù)就可以為橋梁完工驗收提供可靠根據(jù)，評定施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)性能是否達到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，確保橋梁在使用過程中安全穩(wěn)定。我國橋梁的設(shè)計使用年限一般為100年，日復(fù)一日年復(fù)一年的運營中，不可避免會產(chǎn)生病害問題，如果能較早的發(fā)現(xiàn)橋梁病害，及時進行維修和養(yǎng)護，從長遠(yuǎn)來看就能減少很大一部分經(jīng)濟損失。在橋梁的運營發(fā)展之初，對空氣動力學(xué)研究不深。特別是1940年美國塔科馬海峽大橋被風(fēng)毀，造成了巨大經(jīng)濟損失，為科學(xué)建設(shè)橋梁敲響了警鐘，橋梁結(jié)構(gòu)的安全監(jiān)測才逐漸引起人們的高度重視。20世紀(jì)80年代，歐美等國家首先提出橋梁健康監(jiān)測新理念，先后在許多大型橋梁或復(fù)雜結(jié)構(gòu)上建立健康監(jiān)測系統(tǒng)[]。90年代初，香港青馬大橋采用GPS系統(tǒng)來監(jiān)測大橋?qū)崟r動態(tài)，是世界首次創(chuàng)新之舉。這是一次成功的創(chuàng)新發(fā)展，為世界提供了新思路。依托基礎(chǔ)設(shè)施大規(guī)模建設(shè)的背景，我國當(dāng)時在橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)上，也得到了一定的研究與實踐。隨著時代的進步，橋梁健康監(jiān)測技術(shù)在大型、特大型等大跨度橋梁中的優(yōu)越性越來越突出。2018年10月24日，我國建成了連通三地的港珠澳大橋，采用建管并重的監(jiān)測平臺，為橋梁的建設(shè)、運營發(fā)揮高效作用。橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)可以對結(jié)構(gòu)整體作出評價，回答出橋梁業(yè)主最擔(dān)心的結(jié)構(gòu)承載力問題，驗證設(shè)計假定、監(jiān)視施工情況和實時評定服役狀態(tài)，是未來橋梁檢測技術(shù)發(fā)展的重要方向。公路橋梁檢測在橋梁設(shè)計、施工、運營、養(yǎng)護階段都發(fā)揮著十分重要的作用。在工程設(shè)計、施工中可以對橋梁的結(jié)構(gòu)受力情況進行檢測，確保成橋結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形始終處于安全的允許范圍，保證橋梁建設(shè)符合設(shè)計要求。在運營、養(yǎng)護中較早的發(fā)現(xiàn)病害問題，及時提出養(yǎng)護建議，防止發(fā)生嚴(yán)重的橋梁損害問題和事故災(zāi)難。橋梁的檢測技術(shù)發(fā)展有利于完善質(zhì)檢保障體系，目前我國交通運輸部發(fā)布的《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》已通過審核。以便公路橋梁建設(shè)有章可循，加強質(zhì)量自檢意識，分工負(fù)責(zé)，責(zé)任到人，有利于保障嚴(yán)格落實質(zhì)量崗位責(zé)任制。橋梁荷載試驗分類公路橋梁在運營中難免會出現(xiàn)損害問題，尤其是服役時間較長的橋梁。在一些發(fā)達國家，這些問題也相當(dāng)?shù)膰?yán)重，上世紀(jì)七八十年代美國政府用了4年的時間，對全國的公路橋梁進行大規(guī)模的普查。在當(dāng)時，美國共有56.6萬座公路橋梁，其中40%以上的橋梁出現(xiàn)不同程度的損害現(xiàn)象；原聯(lián)邦德國用了8年時間對公路橋進行檢測調(diào)查，選取對象為某州的1500座鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁。調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的受損情況比鋼筋混凝土橋梁更為嚴(yán)重，在運營了五六十年的鋼筋混凝土橋梁中，上部結(jié)構(gòu)受損情況比較嚴(yán)重。在二三十年橋齡的鋼筋混凝土橋梁中，也出現(xiàn)了不同程度的損傷。而預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁中僅運營了二三十年的橋梁，就已經(jīng)超過一半出現(xiàn)上部結(jié)構(gòu)嚴(yán)重?fù)p傷。這些橋梁在使用過程中需要對其損傷進行檢測，及時作出針對性修繕措施。一般情況下橋梁評估主要針對三方面內(nèi)容進行，包括承載力、耐久性、實用性。其中橋梁結(jié)構(gòu)承載力問題最值得關(guān)心，對其評定最直接、最客觀的方法是荷載試驗。橋梁荷載試驗是利用加載物直接作用于橋梁結(jié)構(gòu)上的一項科學(xué)實驗活動。這項試驗是直接服務(wù)于工程實際的綜合技術(shù)學(xué)科，包括了橋梁的設(shè)計計算理論、試驗檢測技術(shù)、數(shù)理統(tǒng)計分析、儀器儀表性能、現(xiàn)場試驗組織等方面，具有很強的復(fù)雜性、綜合性和應(yīng)用性[]。橋梁荷載試驗有利于橋梁建設(shè)的健康發(fā)展，在確保橋梁安全運營、科學(xué)養(yǎng)護上發(fā)揮十分重要的作用。通過對橋梁進行荷載試驗達到檢測結(jié)構(gòu)質(zhì)量、驗算結(jié)構(gòu)內(nèi)力的目的，從而評定承載能力，確定其工作狀況及使用條件[]。在實際生活中，橋梁荷載試驗可以分為以下幾種：靜荷載試驗與動荷載試驗、科學(xué)研究性實驗和生產(chǎn)鑒定性試驗、原型試驗和模型試驗、破環(huán)性試驗和非破環(huán)性試驗、長期試驗和短期試驗。其中生產(chǎn)鑒定性試驗具有直接服務(wù)于生產(chǎn)實踐的意義，一般以原型結(jié)構(gòu)作為實驗對象[]。橋梁結(jié)構(gòu)通過試驗檢測可以評定出實際承載力與使用條件，檢驗橋梁的設(shè)計理論、施工質(zhì)量，提出有效的橋梁養(yǎng)護方案，保證橋梁在使用期限內(nèi)的結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。生產(chǎn)鑒定性試驗的內(nèi)容有靜載試驗、動載試驗、無損試驗和長期健康監(jiān)測，主要包括以下幾種情況：對新建橋梁進行鑒定。通過試驗手段，測試混凝土質(zhì)量、鋼材的焊接質(zhì)量、檢驗橋梁受力作用下的最大撓度、控制截面的應(yīng)力等保證橋梁質(zhì)量的主要指標(biāo)。利用專業(yè)技術(shù)分析檢測的數(shù)據(jù)，綜合評定出新建橋梁的工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。這種試驗可以檢驗設(shè)計理論、施工質(zhì)量，為即將投入使用的橋梁提供科學(xué)依據(jù)。對既有橋梁進行鑒定。橋梁在運營中會受到外界環(huán)境的影響，包括冰凍、地震、雨雪、臺風(fēng)、洪澇等自然災(zāi)害，以及可能受到人為因素的沖擊。隨著時間推移，橋梁結(jié)構(gòu)在運營中會造成不同程度的損傷。及時的對這些受損橋梁進行檢測，可以有效的了解橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損傷程度和位置，針對出現(xiàn)的不同問題，從而采取相應(yīng)的整治和維修舉措。國內(nèi)外檢測技術(shù)的發(fā)展傳統(tǒng)的橋梁檢測主要是無損檢測和人工視察為主。目前我國交通運輸部已發(fā)布了《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》，我國橋梁檢測技術(shù)主要是以下幾種方法：一是模擬車輛振動試驗。利用激振機器、設(shè)備強迫結(jié)構(gòu)振動，模擬出車輛行駛過程中對公路橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響；二是強迫振動試驗。通過試驗采集基礎(chǔ)參數(shù)建立專業(yè)損傷技術(shù)和定位方法，利用頻率、振型曲率、應(yīng)變振型等參量，從宏觀上判斷橋梁的整體剛度、運營性能；三是對橋梁自動檢測的研究。檢測人員在實際生產(chǎn)生活中發(fā)現(xiàn)，橋梁運營中的健康監(jiān)測十分必要，能夠提升橋梁的實用性，我國在這方面正不斷的研究發(fā)展。國外一些經(jīng)濟水平較高的國家在橋梁檢測技術(shù)上發(fā)展較早，建立了較為完備的橋梁檢測、養(yǎng)護、管理系統(tǒng)。并逐步研究形成了一套包含橋梁檢測、鑒定評價與加固改造的技術(shù)體系。在舊橋承載能力檢測中，日本采用荷載效應(yīng)的修正方法進行試驗分析計算，這種技術(shù)方法非常實用，對橋梁實際承載力的檢測十分準(zhǔn)確，現(xiàn)在正逐步向?qū)＜蚁到y(tǒng)評估的方向發(fā)展。還有一些國家通過計算分析設(shè)計內(nèi)力，結(jié)合荷載試驗來評定承載力問題。近年來，美國針對中小跨徑梁橋提出了一種“半靜力”荷載試驗與簡化有限元模擬分析相結(jié)合的評定方法。前蘇聯(lián)在橋梁運營評價壽命評估方面做過不少研究工作，提出了一些評定標(biāo)準(zhǔn)[]。公路橋梁檢測技術(shù)主要包括以下幾個方面：（1）對新建橋梁進行鑒定。橋梁建設(shè)過程中，保證橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力始終處于安全范圍，防止意外發(fā)生。新橋竣工后，通過試驗檢測橋梁質(zhì)量與設(shè)計理念。評定橋梁結(jié)構(gòu)的實際承載能力，確保即將投入使用的橋梁安全可靠。（2）對既有橋梁進行鑒定（常規(guī)檢測與損害檢測）。橋梁在安全使用期限內(nèi)，需要定期進行常規(guī)檢測，以便及時了解結(jié)構(gòu)狀況。橋梁常常受到雨雪、冰凍、洪水、臺風(fēng)等自然災(zāi)害的影響，加之長期負(fù)荷、沖擊等人為因素。橋梁結(jié)構(gòu)在使用過程中就可能會出現(xiàn)不同程度的損害。對橋梁進行常規(guī)檢測與損害檢測，可以為橋梁的安全運營與使用提供依據(jù)。（3）保證橋梁施工質(zhì)量。橋梁施工中要保證幾何應(yīng)力、變形、安全、穩(wěn)定的設(shè)計要求，使結(jié)構(gòu)處于安全穩(wěn)定的狀態(tài)。確保成橋線形與結(jié)構(gòu)內(nèi)力符合設(shè)計要求。（4）橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測診斷。實時監(jiān)測橋梁的受力狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問題及時解決。可以延長橋梁的使用壽命，提高運營期間的安全性能。避免橋梁產(chǎn)生嚴(yán)重問題造成交通關(guān)閉或事故的發(fā)生。（5）研究、總結(jié)橋梁結(jié)構(gòu)受力規(guī)律。深入了解結(jié)構(gòu)特性、創(chuàng)新發(fā)展理念。對新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝的橋梁進行嘗試性試驗研究，檢測技術(shù)向國際化標(biāo)準(zhǔn)看齊，為設(shè)計、施工及規(guī)范修改明確標(biāo)準(zhǔn)。橋梁檢測技術(shù)的應(yīng)用，可以有效的確保橋梁的健康服役，使公路橋梁的發(fā)展更進一步，推動交通運輸業(yè)持續(xù)繁榮，從而為經(jīng)濟的發(fā)展提供基礎(chǔ)保障。公路橋梁對促進經(jīng)濟、文化、社會的發(fā)展十分重要，公路橋梁檢測的重要性也不言而喻。我國橋梁檢測技術(shù)還有待發(fā)展，在不斷學(xué)習(xí)國際先進技術(shù)的同時，還應(yīng)該著眼自身需求，從根本上發(fā)展、創(chuàng)新技術(shù)。把理論和實際緊密相連，不斷在創(chuàng)新中探索新技術(shù)、新材料，并為之付諸實踐，公路橋梁的檢測技術(shù)才能更上一個臺階。21世紀(jì)需要我們這代人不懈的努力和奮斗，日復(fù)一日年復(fù)一年從無到有從弱到強。在不遠(yuǎn)的將來一定能建立起中國標(biāo)準(zhǔn)。第2章橋梁檢測荷載試驗2.1公路橋梁靜載試驗檢測技術(shù)在橋梁進行靜載試驗時，首先要到現(xiàn)場進行實地考察，了解橋梁的狀況和存在的問題。其次搜集相關(guān)資料包括設(shè)計、施工、監(jiān)理和運營、養(yǎng)護、試驗檢測以及維修加固等。一座橋的質(zhì)量保證要滿足三個方面指標(biāo)：線性、結(jié)構(gòu)荷載能力、結(jié)構(gòu)抗力效應(yīng)。主要包括材料強度、截面尺寸、預(yù)應(yīng)力狀況、耐久性和抗力的衰減狀況等，在保證線性正常狀態(tài)時，還需對沉降、撓度、傾斜進行檢測。通常情況下橋梁所受荷載主要是靜力荷載，所以靜載試驗成為結(jié)構(gòu)檢測中最常用、最大量的基本試驗。隨時間變化而位移改變的車輛，在計算荷載過程中一般只作為靜荷載考慮，主要原因是區(qū)分靜力問題與動力問題的標(biāo)準(zhǔn)不是根據(jù)結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)隨時間的變化改變，而是結(jié)構(gòu)運動加速度引起的慣性是否已經(jīng)大到不可忽視的程度。將移動車輛荷載看做動力問題過于復(fù)雜，通常用靜力荷載乘以沖擊系數(shù)近似的來表示車輛荷載產(chǎn)生的影響。靜載試驗是檢測橋梁剛度強度最直接、最有效的方法。可以驗證橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計、檢驗施工質(zhì)量，確保結(jié)構(gòu)的安全可靠，從局部檢測到宏觀上判斷橋梁的實際承載能力。橋梁靜載試驗一般按照以下程序進行：一、橋梁結(jié)構(gòu)的考察和工作準(zhǔn)備階段在進行橋梁靜載試驗前，需要做好前期準(zhǔn)備工作，凡事預(yù)則立不預(yù)則廢，充足的前期準(zhǔn)備工作能夠確保試驗步驟順利實施，也關(guān)系到試驗是否能獲得理想數(shù)據(jù)。（一）在橋梁檢測前，需要對橋梁結(jié)構(gòu)進行考察和實驗方案設(shè)計。荷載試驗準(zhǔn)備工作首先收集、研究橋梁相關(guān)技術(shù)資料；考察橋梁現(xiàn)狀和實驗環(huán)境，對橋梁作出宏觀判斷；第二步對設(shè)計內(nèi)力以及試驗荷載效應(yīng)的計算；第三步實驗方案制定，確定加卸載程序以及儀器儀表選用；第四步現(xiàn)場準(zhǔn)備工作，包括架設(shè)腳手架、測量儀器安放與布置、勘測測量點位置、安置通訊照明設(shè)備、實施橋面臨時交通管制等工作。（二）試驗對象的選擇，橋梁靜載試驗進行中，應(yīng)綜合考慮各方面因素。在保證全面客觀評價承載力的同時，又要統(tǒng)籌費用、場地等制約條件，因此科學(xué)合理選擇整橋合適的試驗位置就顯得很重要。一般選擇1~3孔（墩）進行試驗，在選擇中考慮以下幾種條件：一是選擇便于搭設(shè)腳手架、設(shè)置測試點以及試驗時便于加載的孔（墩）。二是選擇損害較大或缺陷多、工程質(zhì)量較差的孔（墩）。三是選擇計算受力不佳的孔（墩）。試驗孔合理的選擇（需要豐富的經(jīng)驗）可以準(zhǔn)確的反應(yīng)數(shù)據(jù)，評定整個橋梁結(jié)構(gòu)性能。（三）理論分析計算，在確定了試驗對象后，需要對橋跨結(jié)構(gòu)進行理論分析計算。理論分析計算是觀測方案、加載方案以及橋跨性能評價的基礎(chǔ)，通常包含設(shè)計內(nèi)力和試驗荷載效應(yīng)的計算。設(shè)計內(nèi)力計算是依據(jù)設(shè)計之初的圖紙，重新計算橋梁的受力情況。通過相關(guān)專業(yè)知識技能，選擇正確的計算圖式，參照設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求，獲取結(jié)構(gòu)內(nèi)部狀況。通過數(shù)據(jù)與專門計算系統(tǒng)結(jié)合，得出橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計內(nèi)力。在確定橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計內(nèi)力后，按照實際情況參照荷載原則，選擇合適的加載等級、加載方案，得出荷載作用下結(jié)構(gòu)變化程度，即試驗荷載效應(yīng)的計算。通常情況下，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)荷載常常與試驗荷載不相同，需要反復(fù)的試算才能確定。為達到試驗效果，根據(jù)《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》的要求。在確定加載位置及荷載大小時，可以采用靜載試驗效率η進行調(diào)控，即（2-1）式中—試驗荷載作用下，檢測部位變形或內(nèi)力的計算值?！O(shè)計編制荷載作用下，檢測部位變形或內(nèi)力的計算值?！O(shè)計取用的沖擊系數(shù)。取值宜在0.8~1.05之間[]。值在橋梁前期考察、設(shè)計驗算相對充分時采用低限值；當(dāng)缺乏設(shè)計計算材料時，可采用高限值。二、加載與觀測方案設(shè)計在設(shè)計觀測方案時，應(yīng)考慮測量得到的數(shù)據(jù)盡可能的準(zhǔn)確，觀測點布置就顯得十分關(guān)鍵。布點時應(yīng)當(dāng)遵循方便、必要、適量的原則，不同橋型在控制截面設(shè)計內(nèi)力和觀測內(nèi)容上也存在差異，在工作中要根據(jù)實際需求靈活的選擇測量點的布設(shè)位置。試驗者在進行試驗中往往對最大撓度和最大應(yīng)變部位很感興趣。所以在試驗時要找出代表性強的關(guān)鍵節(jié)點，掌握這些點的數(shù)據(jù)，就可以從宏觀上判斷出橋梁結(jié)構(gòu)的整體服役狀況。為充分考慮客觀因素，提高測點的準(zhǔn)確性，需要布置相當(dāng)數(shù)目的校核性測點。在布測點時應(yīng)根據(jù)在滿足條件的前提下，宜少不宜多，安全、方便進行測量的原則。最后利用結(jié)構(gòu)對等原理對數(shù)據(jù)進行分析，達到了解整橋狀況的目的。一般橋型控制截面設(shè)計內(nèi)力與觀測內(nèi)容如下：圖SEQ圖\*ARABIC1常見橋型控制截面設(shè)計內(nèi)力加載程序遵循的基本原則：（1）加載。一般情況下分為3-4級，逐級加載。特殊情況下應(yīng)更細(xì)（如測開裂荷載）。全面的了解在加載中荷載、應(yīng)變和變形的關(guān)系。（2）預(yù)加載。在實驗進行前，通過預(yù)演加載過程，發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的問題。預(yù)加載過程中的荷載大小通常不超過最大荷載的1/2。（3）監(jiān)測。在試驗中時刻關(guān)注橋梁結(jié)構(gòu)變化情況，尤其是損傷橋梁，在加載過程中可能會再次發(fā)生損害，應(yīng)當(dāng)注意保證作業(yè)安全。（4）卸載。一般需要逐級卸載，卸載過程與加載過程相反，同時觀察結(jié)構(gòu)工作狀況。在加載過程中終止的問題可能有：一是結(jié)構(gòu)應(yīng)變急劇增大或者個別點出現(xiàn)異常現(xiàn)象。二是測點變化較大，應(yīng)變或撓度超出了規(guī)范允許值。三是橋梁原有裂縫突然加寬或加長或超過規(guī)范值得裂紋迅速增多。四是發(fā)生其他形式的損害，橋梁承載力下降。橋梁靜載試驗是利用靜止的物件作用在橋梁結(jié)構(gòu)上，通過相關(guān)儀器設(shè)備的檢測。對靜力位移、靜力變位、裂縫等相關(guān)基礎(chǔ)參數(shù)分析處理，了解橋梁內(nèi)部情況，評估橋梁結(jié)構(gòu)在荷載作用下的承載能力。（1）位移測量位移測量包括非接觸式測量與接觸式測量。非接觸式測量中，常采光學(xué)測量儀器等精密設(shè)備觀測記錄位移變化。如精密水準(zhǔn)儀、高度經(jīng)緯儀、立體坐標(biāo)儀、攝影經(jīng)緯儀和計算機等；接觸式測量中，常用的儀器設(shè)備有百分表、位移傳感器和撓度計，主要包括機械測量法與電測量法。（2）應(yīng)變測量在橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)變測量中，使用相關(guān)設(shè)備儀器觀測記錄應(yīng)變情況。有時會遇到主應(yīng)力方向未知的狀況，比如有截面不規(guī)則或突變。在測定這些部位的平面應(yīng)力狀態(tài)時，通常按照直角坐標(biāo)系均勻分布各點，構(gòu)成一個應(yīng)變花形式。（3）裂縫觀測在進行裂縫觀測時，一般主要依靠目測。必要時利用應(yīng)變計對裂縫進行測量，布置應(yīng)變片過程中應(yīng)注意相關(guān)要求，計算好裂縫間距與主筋直徑。三、實驗數(shù)據(jù)的分析處理在試驗完成后，需要對測量得到的試驗數(shù)據(jù)、文字、圖片等信息進行處理，這是荷載試驗中最重要的資料。但是這些數(shù)據(jù)資料不能直接評定出橋梁性能，必須利用相關(guān)計算軟件對這些數(shù)據(jù)進行分析、處理，得出直接評定橋梁承載力的各項數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)。測點應(yīng)力計算。荷載橫向分布系數(shù)計算。撓度計算及誤差處理方法。橋梁結(jié)構(gòu)性能評價。1、橋梁結(jié)構(gòu)強度分析。（1）校驗系數(shù)是確定橋梁承載能力、評定結(jié)構(gòu)狀況重要參考指標(biāo)。值在不大于1的前提下，值越小則說明結(jié)構(gòu)安全儲備越高，材料強度高彈性模量高。（2）實測值與理論值的關(guān)系曲線。理論變位（應(yīng)變）一般是按線性彈性理論計算，實測值與理論值的關(guān)系曲線越接近直線，則說明結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)越好。（3）相對殘余變位。測點在控制荷載工況作用下，殘余變位越小則說明內(nèi)部結(jié)構(gòu)越接近彈性狀態(tài)，一般情況下相對殘余變位通常小于或者等于20%。2、橋梁結(jié)構(gòu)剛度分析。荷載試驗中主測系數(shù)值應(yīng)不小于1，在橋梁設(shè)計中不同部位分別有規(guī)定的允許撓度范圍。在靜載試驗中，當(dāng)結(jié)構(gòu)荷載時通過測試控制截面最大撓度，根據(jù)數(shù)值的結(jié)果判斷是否超出了撓度的允許范圍，對結(jié)構(gòu)剛度是否產(chǎn)生影響。橋梁檢測一般需要了解橋梁的結(jié)構(gòu)重力變異狀況和橋梁的幾何形態(tài)參數(shù)。對于梁式結(jié)構(gòu)，主要檢測橋跨結(jié)構(gòu)縱向線性和墩（臺）頂水平變位。對于拱結(jié)構(gòu)，要對其拱軸線、橋面縱向線、橋墩（臺）頂?shù)乃阶兾贿M行測量。對索塔結(jié)構(gòu)，主要測量塔頂水平變位、橋面結(jié)構(gòu)縱向線線性和主纜線性。然后根據(jù)構(gòu)件缺損情況參照《公路橋梁養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》部分規(guī)定要點進行一般檢查，對損害嚴(yán)重構(gòu)件采用表面測量、無損測量、局部缺陷取試樣等詳細(xì)方法檢查，確定其危害程度，從而對每一承重構(gòu)件的狀況作出最終評定標(biāo)度。其中主要承重構(gòu)件的主要受力部位的鋼筋要進行銹蝕電位檢測。橋梁檢測通常針對橋梁結(jié)構(gòu)的重力變異狀況，對于一般橋型需要測量的幾何形態(tài)參數(shù)包括墩（臺）頂或塔頂水平變位和橋跨、橋面縱向線性，以及對拱結(jié)構(gòu)拱軸線、索塔結(jié)構(gòu)主纜線性進行測量。然后對構(gòu)件缺損情況參照《公路橋梁養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》部分規(guī)定要點進行一般檢查，對損害嚴(yán)重構(gòu)件采用表面測量、無損測量、局部缺陷取試樣等詳細(xì)方法檢查，確定其危害程度，從而對每一承重構(gòu)件的狀況作出最終評定標(biāo)度。主要承重構(gòu)件的主要受力部位的鋼筋銹蝕電位檢測。在對配筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)承載力評估時，應(yīng)考慮承載能力惡化系數(shù)（即在鑒定期內(nèi)結(jié)構(gòu)質(zhì)量狀況進一步惡化造成結(jié)構(gòu)抗力效應(yīng)降低）的影響。隨著科技的進步，橋梁建造行業(yè)技術(shù)發(fā)展日新月異，新型材料的出現(xiàn)推動著橋梁結(jié)構(gòu)逐步向輕型化方向發(fā)展。在未來建設(shè)的大型、超大型橋梁中，振動問題將成為不可忽視的重要因素，風(fēng)振、地震、臺風(fēng)影響將成為設(shè)計施工的首要考慮。由于振動問題設(shè)計理論復(fù)雜，通常需要結(jié)合空氣動力學(xué)等相關(guān)理論分析研究。2.2公路橋梁動載試驗檢測技術(shù)1849年，法國士兵邁著整齊的步伐經(jīng)過昂熱市的一座大橋，隨著橋上隊伍的增多，共振不斷加強，突然大橋坍塌，橋上的士兵紛紛墜落，頓時一片狼藉人員傷亡慘重。圖SEQ圖\*ARABIC2斷裂的橋梁1906年的一天，位于俄國的圣彼得堡附近的豐坦卡大橋，像往常一樣靜靜的屹立在河流上，輸送著來來往往的行人。一群俄國士兵步伐整齊的踏上了這座橋，由于共振原因，在行軍至橋中央時，腳下的橋梁突然發(fā)生斷裂，眾多官兵和行人因此喪生。圖SEQ圖\*ARABIC3步伐整齊的行進在豐坦卡大橋塔科馬海峽吊橋，綽號“舞動的格蒂”，位于美國華盛頓州的塔科馬。1940年11月7日上午11時，這座大橋戲劇性地被摧毀。一支攝影隊完整的拍攝了橋梁損毀過程，這座耗資4000萬橋因此聲名大噪。大橋由于設(shè)計時風(fēng)振考慮不足，強風(fēng)襲擊時由aeroelasiticityflutter(空氣彈性擺動)效應(yīng)造成的扭擺而垮塌。圖SEQ圖\*ARABIC4“舞動的格蒂”發(fā)生垮塌橋梁在正常運行中，受外界因素影響會產(chǎn)生許多動態(tài)問題，那么在動載作用下，怎樣去了解橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)部狀況呢？這時橋梁動載試驗就可以完美的解釋這一原因，橋梁靜載試驗不能充分考慮到運動荷載下的橋梁狀態(tài)，它可以彌補理論計算上的不足。動載試驗主要研究橋梁本身的動力特性和動荷載下的動力響應(yīng)，能更加客觀的體現(xiàn)橋梁承載能力，為橋梁設(shè)計理論科學(xué)發(fā)展提供了數(shù)據(jù)支持。橋梁動載試驗是利用某種激振方法，激起橋梁結(jié)構(gòu)的振動，測定橋梁結(jié)構(gòu)的固有頻率、阻尼比、振型、動力沖擊系數(shù)、動力響應(yīng)（加速度、動撓度）等參量。通過對參數(shù)的分析，從宏觀上判斷橋梁的整體剛度、運營性能[]。就試驗而言，動載試驗也要分為工作準(zhǔn)備、加載觀測方案設(shè)計、數(shù)據(jù)分析三個階段。一、加載方案與實施在動載試驗中，一般使用標(biāo)準(zhǔn)車輛，不同時速的跑車試驗。在測試時宜先從小的速度開始，及先進行無荷載下的脈動觀測，而后按照10、20、30、40、50Km/h的車速，開始跑車試驗。在進行試驗時，應(yīng)當(dāng)將車速控制在規(guī)定范圍，確保采集的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。測試完成后，進行數(shù)據(jù)檢驗和對形成的頻譜分析處理，檢查橋梁動力特性實際值與理論值相比較，是否存在明顯差異，如果結(jié)果異常，馬上進行分析檢驗，查找出存在的問題，必要時重新試驗。在試驗中注意不要觸碰到測量元件或改變其位置，以免造成人為誤差。二、動載試驗數(shù)據(jù)分析及評定（一）沖擊系數(shù)沖擊系數(shù)可根據(jù)記錄的動應(yīng)變和動撓度曲線進行分析整理得到，通過下列公式計算：（2-2）根據(jù)不同車速下行車沖擊系數(shù)與車速的線性關(guān)系曲線，分析產(chǎn)生最大沖擊的臨界車速，沖擊系數(shù)較小說明橋梁的行車性能好，橋面平整度較高，反之亦然。（二）結(jié)構(gòu)的固有頻率橋梁受沖擊荷載作用下，通過對余振的動應(yīng)力、動撓度和振動曲線分析可得：一般結(jié)構(gòu)簡單的構(gòu)件只需要分析一階頻率，對于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，需要分析第二、第三或者更高的頻率。橋梁的固有頻率可以直接通過測試儀器的功率譜圖的來確定，獲得的基譜還可以推算承重構(gòu)件的剛強度。（三）阻尼比橋梁結(jié)構(gòu)的阻尼比反應(yīng)了橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部吸收外界能量的能力，通常由衰減率或阻尼比D來表示，可由時域信號的衰減曲線求得。阻尼比大，則說明振動衰減快，橋梁內(nèi)部消耗外界進入能力的能量強。反之亦然。當(dāng)阻尼比過大時，說明橋梁內(nèi)部可能有較大缺陷開裂或支座不穩(wěn)定等異常情況。橋梁結(jié)構(gòu)激振的方法有：自振法（瞬間激振法）。通常采取突加荷載和突卸荷載兩種形式使橋梁產(chǎn)生具有阻尼的自然衰減振動，得到衰減振動圖像。近些年在激起結(jié)構(gòu)振動的方法中，還采取爆炸或發(fā)射小型火箭等。共振法（強迫振動法）。通過某種手段迫使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動，通常采取變換激振器頻率的辦法，使內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振現(xiàn)象，經(jīng)過共振現(xiàn)象數(shù)據(jù)的分析研究，從而判斷結(jié)構(gòu)的工作特性。脈動法。對于大跨度懸吊結(jié)構(gòu)，如斜拉橋、懸索橋的橋跨結(jié)構(gòu)，索塔以及具有分離式拱肋的下承式、中承式拱橋，利用外界各種因素引起的結(jié)構(gòu)微小而不規(guī)則的振動來確定結(jié)構(gòu)的動力特性，通常稱為“脈動”。在混凝土施工過程或橋梁結(jié)構(gòu)運營過程，往往會在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)一些缺陷，造成這些缺陷的原因有：（1）材料質(zhì)量問題，結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)裂縫。（2）施工過程中，振搗不足、配料不合理、預(yù)制板漏料等造成混凝土內(nèi)部不密實、蜂窩、形成孔洞。（3）施工質(zhì)量不過關(guān)，攪拌時間過久、不均勻下沉、養(yǎng)生不到位、脫膜過早、大規(guī)模水泥混凝土中水化熱不均勻、混凝土水灰比大、干燥收縮使混凝土產(chǎn)生裂縫。（4）設(shè)計抗壓強度不夠，在使用階段出現(xiàn)凹陷、不均勻沉降。（5）外界條件引起的不良反應(yīng)，氣溫變化出現(xiàn)熱脹冷縮效應(yīng)、化學(xué)作用、火災(zāi)、通行車輛超載等導(dǎo)致缺陷出現(xiàn)。圖SEQ圖\*ARABIC5混凝土缺陷種類示意圖超聲波在混凝土中傳播遇到缺陷時會產(chǎn)生繞射現(xiàn)象，通過采集聲時、振幅、波形等參數(shù)來分析檢測混凝土的質(zhì)量，綜合判定混凝土內(nèi)部損傷的位置、大小等情況。上世紀(jì)50年代我國開始對超聲脈沖進行研究，在不斷的探索中，取得了較好的研究成果，特別是對超聲脈沖檢測灌注樁水下混凝土的連續(xù)性、完整性、均勻性以及混凝土強度、內(nèi)部缺陷等方面獲得了成功。目前檢測混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷最有效的方法就是超聲法檢測[]。超聲脈沖波在混凝土中，通過衰減能量狀況來測定混凝土內(nèi)部情況。衰減的原因主要有是由于混泥土粘塑性引起能量吸收，夾泥層的粘塑性明顯比混凝土粘塑性好，超聲波遇到夾泥缺陷時，部分超聲能量因弛豫過程轉(zhuǎn)化為其他形式的能量（如熱能），導(dǎo)致能量衰減。水泥混凝土是典型的顆粒狀集結(jié)型復(fù)合材料，因材料結(jié)構(gòu)不同或因材料各種缺陷形成不定向的界面。超聲脈沖時會在不定向界面形成不定向反射，從而導(dǎo)致能量在傳播中減損，或者顆粒本身受激形成聲源向四周發(fā)射聲波。這種能量的衰減稱為散射衰減。如果混凝土內(nèi)部有較大缺損時，會加大散射面積，還有可能形成聲陰影區(qū)。超聲衰減值與聲頻密切相關(guān)，頻率越高，衰減越大，所以為了使超聲波穿過混凝土后有足夠的強度，在灌注樁檢測時往往選擇低頻率的超聲轉(zhuǎn)化器。超聲檢測儀、灌注樁全自動超聲脈沖檢測系統(tǒng)、超聲-回彈綜合法檢測出混凝土彈性、塑性、表面及內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，能較為準(zhǔn)確的反映出混凝土強度，水泥品種、水泥用量、碳化深度影響顯著，把碳化深度作為一個重要的參量。沙子品質(zhì)及砂率的影響、石子品質(zhì)及石子徑粒的影響、測試面的位置及表面平整的影響。動態(tài)應(yīng)變測試系統(tǒng)可以對多點同時進行測試及數(shù)據(jù)分析，大大減少工作程序，提高了工作效率。在橋梁動力檢測過程中有機械法、光測法、電測法三類。而電測法是檢測中采用的主要方法，通過將機械量轉(zhuǎn)換為電量，通過分析得到振動頻率、振型、行車響應(yīng)等，振動傳感器則擔(dān)當(dāng)起主要角色成為第一位。超聲波、X射線等無損檢測手段可以精確地探測出損傷位置以及損傷的程度，對于損傷識別有很好的效果。2.3橋梁檢測方法及常用儀器設(shè)備橋梁檢測中儀器要滿足精度與分辨度、量程、靈敏度、信噪比、穩(wěn)定性、誤差、標(biāo)定與校準(zhǔn)等基本技術(shù)指標(biāo)。工欲善其事必先利其器，在公路橋梁結(jié)構(gòu)檢測中，使用的儀器和設(shè)備，不斷發(fā)展逐步完善，檢測技術(shù)進一步提高。獲得的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確性也越來越高，為維修、養(yǎng)護橋梁提供了必要前提。橋梁檢測主要包括以下幾個方面：一是環(huán)境，包括濕度、溫度、風(fēng)速、CL-含量、車輛荷載等；二是變形，包括撓度、沉降、傾斜、裂縫等相對變形變化等；三是應(yīng)變，包括靜力應(yīng)變、動力應(yīng)變等；四是振動，包括橋面的振動、橋塔（拱肋）的振動、拉索（吊桿）的振動等；五是受力，包括支座受力、拉索（吊桿）受力、鋼筋受力、預(yù)應(yīng)力鋼筋受力等。一、橋梁荷載試驗儀器:（一）應(yīng)變測試儀器。引伸計、電阻應(yīng)變計（絲式應(yīng)變計、應(yīng)變花）。（二）變位測試儀器。線位移測量儀表、連通管、光學(xué)儀器（全站儀、精密水準(zhǔn)儀、橋梁動撓度檢測儀）。（三）裂縫測試儀器。讀數(shù)顯微鏡、數(shù)顯式裂縫測寬儀、裂縫深度測試儀。二、橋梁測振常用設(shè)備:（一）激振設(shè)備：機械式激振器、電磁式激振器。（二）測振傳感器：慣性式測振傳感器、磁電式測振傳感器、壓電式測振傳感器、伺服式測振傳感器。三、橋梁無損檢測儀器：（一）回彈儀。（二）超聲波探測儀。（三）鋼筋位置探測儀。（四）鋼筋銹蝕儀。（五）非金屬超聲檢測儀。四、公路橋梁健康監(jiān)測中主要設(shè)備：（一）空氣溫度計。（二）濕度計。（三）風(fēng)速儀。（四）應(yīng)變計（振弦應(yīng)變計、光纖應(yīng)變計、動應(yīng)變計）。（五）錨索計。（六）磁通量傳感器。（七）加速度傳感器。（八）裂縫計。（九）GPS變形監(jiān)測系統(tǒng)。（十）超聲撓度測試系統(tǒng)。（十一）電感式變形測量傳感器。（十二）壓差式變形測量傳感器。橋梁健康監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)的研究應(yīng)用，很大程度上彌補了局部檢測技術(shù)帶來的局限性。它可以對結(jié)構(gòu)整體服役情況作出評價，檢驗設(shè)計理論與控制施工質(zhì)量，確保結(jié)構(gòu)時時處于安全運行狀態(tài)。在大型、特大型橋梁中健康監(jiān)測也表現(xiàn)出越來越突出的優(yōu)越性，尤其是進行橋梁結(jié)構(gòu)動力試驗檢測與實時監(jiān)測中，在橋梁正常運營條件下便可以施行。3.1結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的背景和必要性大型土木工程結(jié)構(gòu)的服役期限往往幾十年，甚至上百年。它們在長時間運營中不可避免的會受到環(huán)境侵蝕、荷載效應(yīng)、材料老化、突變效應(yīng)等因素的影響，造成結(jié)構(gòu)功能的降低。不能正常應(yīng)對環(huán)境作用下和突發(fā)情況中產(chǎn)生的破壞，導(dǎo)致可能發(fā)生重大事故災(zāi)難。如何保障結(jié)構(gòu)的安全性、完整性和耐久性，及時發(fā)現(xiàn)損傷問題采取有效措施評定其安全狀況呢？基于以往經(jīng)驗，新建大型結(jié)構(gòu)需要對其設(shè)置健康監(jiān)測系統(tǒng)和損傷控制系統(tǒng)，預(yù)防內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，保障結(jié)構(gòu)服役的安全性。20世紀(jì)80年代后期，美國軍方首先提出了“智能材料與智能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)”的概念[]。在進行大規(guī)模研究中，以特殊材料為主體，研發(fā)出具備自我調(diào)控能力和仿生命感觸的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。20世紀(jì)90年代，美國科學(xué)基金會推動了傳感器技術(shù)的研究計劃，并提出將智能傳感器安裝或埋設(shè)在土木工程結(jié)構(gòu)中，發(fā)明了具有自我感知性能的智能土木工程結(jié)構(gòu)。從此世界各國政府高度重視紛紛效仿推出各種智能研究計劃。在近20年的時間里，結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測的研究進入快速前進階段，傳感器的研究也獲得了豐富成果，如光纖傳感器、基于MEMS的傳感器、壓電式傳感器等。近年來，建筑物對健康監(jiān)測系統(tǒng)的需求越來越大，新建大型橋梁大多安裝了內(nèi)置傳感監(jiān)測系統(tǒng)。比如密蘇里的比爾埃莫森紀(jì)念大橋花費大約130萬美元安裝了86個加速度計，香港昂船洲大橋內(nèi)置1200多個傳感器，這些傳感器可以對整橋結(jié)構(gòu)狀態(tài)和損傷情況進行實時監(jiān)控。但之前的設(shè)備和傳感元件耐久性、穩(wěn)定性不能滿足實際工程需求。隨著材料技術(shù)和大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，人們在這方面研究取得了一些新的成果，光纖、碳纖維、形狀記憶合金、壓電以及疲勞壽命絲（箔）等高性能、大規(guī)模分布式智能傳感元件以及具有自感知、自感強、自修復(fù)特性的智能本征材料，無線網(wǎng)絡(luò)傳輸和信息融合技術(shù)為重大工程結(jié)構(gòu)智能檢測與診斷系統(tǒng)的研究發(fā)展提供了基礎(chǔ)。橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)在計算機與通信技術(shù)飛速發(fā)展下，數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)分析集成技術(shù)日益提高，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)正不斷的向著實時性、自動化、集成化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。3.2研究的目的伴隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，在大跨度橋梁建造上不斷前進。在世界排名前十座的大跨度斜拉橋中，我國有五座名列前茅。大跨度橋梁在服役過程中，橋梁結(jié)構(gòu)安全性十分重要，我國政府、科研人員和技術(shù)員對此非常重視，從而促進了健康監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展與研究。對于投資巨大，耗費大量人力物力的橋梁結(jié)構(gòu)，在橋上布設(shè)傳感器進行結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測是十分必要的?？梢詫崟r的把握橋梁結(jié)構(gòu)的整體情況，是保障大橋安全服役的重要手段。在運營過程發(fā)現(xiàn)病害問題及時修補，能夠大大減少橋梁的維修費用，延長橋梁結(jié)構(gòu)的服役期限。同時可以有效減少較大事故的發(fā)生，降低人員傷亡以及帶來的經(jīng)濟損失。3.3國外橋梁健康監(jiān)測技術(shù)研究及其應(yīng)用20世紀(jì)80年代，國外一些發(fā)達國家開始致力于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的研究，在一些大型建筑上布設(shè)傳感器，安裝監(jiān)測系統(tǒng)，以監(jiān)測大型結(jié)構(gòu)的施工期間和服役運行期間的狀況。當(dāng)這些結(jié)構(gòu)發(fā)生安全損傷問題時該系統(tǒng)能及時發(fā)出警報，運用計算機信息化管理系統(tǒng)，分析判斷損傷情況,可以防止發(fā)生較大災(zāi)害，有效的提高整體結(jié)構(gòu)的服役安全性。早期結(jié)構(gòu)監(jiān)測是從時間上延長了橋梁施工控制的能力，傳統(tǒng)的傳感元件耐久性差，不能滿足長時間監(jiān)測需求，所以制約著健康檢測技術(shù)的發(fā)展。上世紀(jì)90年代，各國政府逐漸認(rèn)識到傳感器的研究發(fā)展的意義，于是在智能傳感器的研究上不惜花費巨資，經(jīng)過了幾十年的努力，智能傳感器得到了飛速發(fā)展，比如光纖傳感器就得到了廣泛、系統(tǒng)的研究應(yīng)用[]。智能傳感器的發(fā)展，使工程師們獲得了更加精確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，真實的反應(yīng)出結(jié)構(gòu)的響應(yīng)與荷載，從而進行結(jié)構(gòu)的損傷識別與分析。早在上世紀(jì)中葉，科學(xué)家們就開始了結(jié)構(gòu)損傷識別的探究，但至今在橋梁檢測技術(shù)中仍是十分具有挑戰(zhàn)性的項目。1996年，美國試驗室LosAlamos基于模態(tài)分析理論研究出許多損傷識別的辦法，但這種研究形式也存在嚴(yán)重弊端，即結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)對其損傷不敏感?；诖丝紤]，之后的科學(xué)家們另辟蹊徑，采用智能計算和收集信號相結(jié)合，綜合分析進行結(jié)構(gòu)損傷識別的研究方法。開創(chuàng)了小波包變換損傷識別、Hilber-Huang變換損傷識別、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)損傷識別、基于信息融合技術(shù)的結(jié)構(gòu)損傷識別等方法。由于布設(shè)的傳感器數(shù)量往往有限，不能對結(jié)構(gòu)中每一個自由度數(shù)進行檢測，加之結(jié)構(gòu)損傷局部特性，使得評估結(jié)構(gòu)損傷狀況仍非常困難。健康監(jiān)測技術(shù)在新建橋梁中，能夠?qū)嶋H的反應(yīng)橋梁在運營過程的工作狀況，分析研究結(jié)構(gòu)在車輛荷載以及正常環(huán)境作用下的受力情況。健康監(jiān)測系統(tǒng)在在役橋梁上，只能夠記錄活荷載作用下的受力狀態(tài)，不可以記錄結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的應(yīng)力狀態(tài)。目前，國內(nèi)外在役橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)安全評估方法還很欠缺。健康監(jiān)測的主要內(nèi)容有：位移、應(yīng)變、傾角、裂縫；車輛荷載；溫濕度、酸堿度、腐蝕、雨水、風(fēng)速等。3.4國內(nèi)橋梁健康監(jiān)測技術(shù)研究及其應(yīng)用我國橋梁建設(shè)事業(yè)快速發(fā)展，建成的橋梁數(shù)目龐大，規(guī)模較高?；谝酝?jīng)驗，健康監(jiān)測技術(shù)對橋梁健康服役的重大意義。開始逐步重視起橋梁結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測，并進行了早期的研究和應(yīng)用，依托國家基礎(chǔ)建設(shè)發(fā)展的背景，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)在我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)90年代，國家在一些高新技術(shù)計劃項目中，投入了一定資金用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系健康監(jiān)測技術(shù)的探索研究。國家相關(guān)部門與組織機構(gòu)入注資金進行開發(fā)，先后培養(yǎng)了一批又一批相關(guān)專業(yè)研究人員。在一些具有研究實力的高等院校也紛紛展開健康監(jiān)測技術(shù)的研究，比如哈工大、華中理工大學(xué)、同濟大學(xué)等。并且取得了一些成果，如自適應(yīng)復(fù)合材料、光纖智能結(jié)構(gòu)的自診斷、自修復(fù)，利用聲發(fā)射技術(shù)和小波分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對損傷進行定位等[]。在健康監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用中，上海的徐浦大橋、楊浦大橋較早的安置傳感系統(tǒng)，但是傳感器技術(shù)較為落后，識別損傷能力較差。1997年，我國香港青馬大橋建成通車，首次采用GPS系統(tǒng)監(jiān)測大橋連續(xù)動態(tài)的，這是一套比較完整的健康監(jiān)測系統(tǒng)，可以對風(fēng)荷載、環(huán)境的溫度和濕度、結(jié)構(gòu)變形、結(jié)構(gòu)應(yīng)變、結(jié)構(gòu)振動位移和加速度等內(nèi)容進行觀測。此系統(tǒng)是根據(jù)GPS提供的數(shù)據(jù)，實時獲得大橋線性變化等參數(shù)，采用GIS對采集的數(shù)據(jù)進行分析處理，從而對結(jié)構(gòu)狀況作出評定。該系統(tǒng)自施工階段開始實施，至今運營完好。1999年，我國首座大型懸索橋虎門大橋竣工驗收，橋梁結(jié)構(gòu)中安裝了應(yīng)變片和GPS系統(tǒng)，進行長期的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測。同年10月，江蘇省特大型懸索橋江陰大橋建成通車，該橋安裝了健康監(jiān)測系統(tǒng)，在運營過程中發(fā)揮著高效作用，在5年后又對該橋監(jiān)測系統(tǒng)進行了升級改造。隨著健康監(jiān)測技術(shù)的進步，GPS系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)健康檢測和高精度定位項目中作用日益突出。2018年10月24日，橫跨在伶仃洋上的港珠澳大橋正式通車，全長55千米。分別由三座通航橋、一條海底隧道、四座人工島及連通橋隧、深淺水區(qū)非通航孔連續(xù)梁式橋和港珠澳三地陸路聯(lián)絡(luò)線組成。大橋配置了基于全壽命期建管養(yǎng)護理念的監(jiān)測系統(tǒng)，在許多橋段的關(guān)鍵布設(shè)了加速度傳感器，實現(xiàn)橋梁的事故預(yù)警、振動監(jiān)測、地震分析評估和健康評估。通過對橋梁振動信號的精確測量，反應(yīng)出大跨度橋梁的動力特性[]。港珠澳大橋在設(shè)計之初，就開始研究建立一體化結(jié)構(gòu)監(jiān)管養(yǎng)護平臺，能夠在大橋的施工建設(shè)、運營管理、養(yǎng)護給出系統(tǒng)性的建議，保證工程壽命期限內(nèi)發(fā)揮高效作用。前十年我國的橋梁大規(guī)模建設(shè)，至今公路橋梁達80多萬余座，在今后則是建管并重，武漢、寧波、深圳等一些經(jīng)濟發(fā)達城市已經(jīng)紛紛開展了基礎(chǔ)設(shè)施、橋梁群的健康監(jiān)測，大型結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測逐漸從單體走向群體。第4章公路橋梁快速檢測評估橋梁是道路交通網(wǎng)中的關(guān)鍵節(jié)點，戰(zhàn)爭和突發(fā)事件對道路橋梁的破壞巨大，將直接影響戰(zhàn)爭的勝負(fù)、應(yīng)急救援的順利進行。緊急情況下，就需要對道路橋梁快速檢測，分析評估其通行能力，及時作出應(yīng)急搶修搶建的方案。2008年5月12日，四川汶川發(fā)生了里氏8.0級地震。2010年4月14日，青海玉樹又一次發(fā)生了7.1級強烈地震，這些災(zāi)害使一些地區(qū)交通癱瘓，基礎(chǔ)設(shè)施嚴(yán)重受損,人員、物資、裝備不能迅速到達，導(dǎo)致救援行動受阻。充分暴露出我國在突發(fā)情況下，公路橋梁快速檢測評估及應(yīng)急修復(fù)保通技術(shù)方面還存在技術(shù)能力不足的隱患。4.1影響公路橋梁主要災(zāi)害種類與特征近年來，我國氣象異常，極端現(xiàn)象頻繁。發(fā)生了地震、雪災(zāi)、洪澇、泥石流、臺風(fēng)等一系列較大的自然災(zāi)害。災(zāi)害致使交通網(wǎng)受損，特別是一些公路橋梁、隧道等關(guān)鍵節(jié)點，嚴(yán)重影響人們的生產(chǎn)生活和經(jīng)濟的發(fā)展。1998年的洪水災(zāi)害至今記憶猶新，2008年年初華南地區(qū)經(jīng)歷了罕見的冰凍災(zāi)害,造成嚴(yán)重的經(jīng)濟和社會沖擊。同年5月20日汶川大地震，一夜間無數(shù)房屋全部化無廢墟，幾十萬人流離失所。2015年12月20日，深圳特大山體滑坡造成多棟樓房倒塌、被埋。2016年6月南方連降暴雨，城市被淹沒在一片汪洋中。2019年第9號超強臺風(fēng)利奇馬，席卷了大半個中國。這些災(zāi)害無一不對我國造成巨大損失。在北京時間2008年5月12日14時28分，四川省汶川縣發(fā)生里氏8.0級地震。汶川、北川、綿竹、什邡、青川、茂縣、安縣、都江堰、平武、彭州等10個極重災(zāi)區(qū)的對外交通幾乎全部中斷或部分中斷，數(shù)百萬極重災(zāi)區(qū)群眾被困于一個個“生命孤島”。百花大橋位于汶川縣映秀鎮(zhèn)邊界處，全長500米，該橋依山傍水，順勢而建，完美的融入自然景觀之中。該橋呈“s”型，倒映在岷江水中，好似彎月高懸，猶如一條潔白的哈達，成為了當(dāng)?shù)匾坏懒聋愶L(fēng)景。在地震中這座橋梁整體性坍塌，如今殘存的橋面及橋墩成為了著名的實體和寶貴的遺跡。圖SEQ圖\*ARABIC6百花大橋4.2戰(zhàn)爭對公路橋梁的影響縱觀我國戰(zhàn)爭歷，在許多戰(zhàn)爭中橋梁都成為雙方爭奪占領(lǐng)的戰(zhàn)略要地?？姑涝瘯r期，就發(fā)生了著名的“水門橋事件”。志愿軍在長津湖地區(qū)打擊了以美為首的聯(lián)軍，“聯(lián)合國軍”兵敗。長津湖水門橋是唯一一座通往外面的車道橋梁，架設(shè)在兩座山體之間，也是撤退的必經(jīng)之路。志愿軍意識到此地的關(guān)鍵，組織小分隊襲擊了這座橋梁，前兩次炸毀水門橋，都很快被美軍修復(fù)了。第三次，志愿軍組成敢死隊，對水門橋再一次實施爆炸。這次憤怒的志愿軍將橋梁的整個根部炸毀，美軍眼看著架好的橋梁又毀了，這時美軍強大的后勤保障機構(gòu)開動了，當(dāng)夜在日本三菱重工制作了8套M-2型鋼木標(biāo)準(zhǔn)橋梁，由C-119運輸機搭載著這些鋼橋運往一千多公里以外的水門附近，美軍又一次架設(shè)起這座橋梁，才得以全身而退。戰(zhàn)爭在人類發(fā)展史上不斷上演，在戰(zhàn)爭中經(jīng)常會造成重要運輸路段的損毀，特別是一些交通要道，常常成為對手攻擊的主要目標(biāo)。從而減緩作戰(zhàn)進程，失去戰(zhàn)爭主動權(quán)。長江、黃河是我國的兩條大河，這些河流是天然屏障，目前在黃河長江上已經(jīng)建設(shè)永久性橋梁幾百余座。如果這些橋梁被對手襲擊，不能快速修復(fù)，勢必會影響戰(zhàn)爭的總體進程。4.3公路橋梁的應(yīng)急檢測評估在特殊時期，橋梁結(jié)構(gòu)會受到外界因素的力量，使其發(fā)生突然地狀態(tài)改變，這時就需要快速的檢測評估，非專業(yè)人員快速搶修。通過橋梁外觀的檢測及相應(yīng)的技術(shù)手段，對橋梁作出通行能力的評估報告。戰(zhàn)爭期間橋梁保障任務(wù)繁忙，往往成為敵對雙方攻擊的重要目標(biāo)，一旦造成橋梁破壞需要緊急修復(fù)。一般情況下對遭襲橋梁快速保障步驟是：評定損害等級、制定搶修或搶建方案、實施方案和驗收通行[]。但戰(zhàn)時橋梁保障方案中的損傷評定上還很缺失，沒有相關(guān)的法律法規(guī)可以遵循，急需建立統(tǒng)一規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，這樣才能適應(yīng)現(xiàn)代高技術(shù)條件下戰(zhàn)爭的需求。根據(jù)橋梁突發(fā)情況下?lián)p壞特點，通常劃分為兩種常見損壞類型，包括上部結(jié)構(gòu)破壞與下部結(jié)構(gòu)破壞。在上部結(jié)構(gòu)破壞中，主要表現(xiàn)為梁體垮落或者橋梁發(fā)生位移、支座損毀、橋柱（墩）損壞問題等。下部結(jié)構(gòu)破壞以橋梁的橋臺垮塌或裂縫、鋼筋混凝土破壞、翼墻受損、系梁結(jié)構(gòu)破壞等。戰(zhàn)時橋梁結(jié)構(gòu)遭襲可能造成的損傷：整橋垮塌、主梁脫落、橋墩受損、橋面彈坑、斜拉索斷裂、橋面系斷裂等。突發(fā)自然災(zāi)害中常見橋梁結(jié)構(gòu)災(zāi)害現(xiàn)象：整橋垮塌、梁式橋主梁位移、支座移位、變形、主梁落梁、橋墩受損、拱橋主拱圈受損、橫向連接系受損、拱上建筑震害等。間接震害：山體垮塌、滑坡砸毀或掩埋橋梁、泥石流沖毀橋梁、堰塞湖淹沒橋梁等。公路橋梁應(yīng)急評估過程中按照功能不同將橋梁分為三部分：橋面系、上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)。首先要對橋梁進行完整的檢測，檢查的重點應(yīng)包括橋梁的整體穩(wěn)定性、橋墩損傷狀況、主梁損傷狀況、支座等附屬設(shè)施的損傷狀況等，再根據(jù)橋梁的受損情況分析評估，當(dāng)即制定可行性處理方案。在公路橋梁受到外力破環(huán)時，首先要對結(jié)構(gòu)外觀質(zhì)量進行檢查包括：（一）對橋面系的檢查。（二）對鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土梁的檢查。（三）對圬工和鋼筋混凝土拱橋及工商的檢查。（四）對橋梁支座的檢查。（五）對橋梁下部結(jié)構(gòu)的檢查。（六）對橋梁水文及調(diào)治結(jié)構(gòu)的檢查。其次對橋跨各構(gòu)件進行下述內(nèi)容檢查：（一）結(jié)構(gòu)各部件的安裝情況。（二）結(jié)構(gòu)各部件表面缺損狀況和構(gòu)件變形情況檢查。（三）混凝土裂縫檢查。4.3.1突發(fā)事件后橋梁可行性和可靠性評估突發(fā)事件中橋梁應(yīng)急評估，適用的原則和要求與平時檢測評估有所差別。這種情況下橋梁安全檢測以保證臨時通行為基本前提，更側(cè)重于“短期安全性”評估。在2008年汶川地震救援中，逐步建立了橋梁快速檢測兩級評估體系——“可行性”與“可靠性”評價。成立評估小組對需要評價的橋梁進行一般性調(diào)查

成立評估小組對需要評價的橋梁進行一般性調(diào)查一級可行性評估一級可行性評估相應(yīng)應(yīng)急處理措施評價等級相應(yīng)應(yīng)急處理措施評價等級是否需要二級可靠性評估是否需要二級可靠性評估現(xiàn)場補充調(diào)查；橋梁相關(guān)設(shè)計、養(yǎng)護資料是現(xiàn)場補充調(diào)查；橋梁相關(guān)設(shè)計、養(yǎng)護資料是相應(yīng)快速修復(fù)方法二級可靠性評估相應(yīng)快速修復(fù)方法二級可靠性評估圖6“可行性”與“可靠性”的兩級評估基本流程圖一級評估——可行性評估。通常以宏觀控制為主，借助簡易器具，通過目測評估橋墩（橋臺）、支座、梁部、基礎(chǔ)和場地表面基本情況。然后根據(jù)綜合評分，參照上圖得出可行性結(jié)論。分為以下三個級別：A可以正常通行：各項目評價結(jié)果都為良好；?B?限制條件下通行：大多數(shù)項目評價結(jié)果為較好以上，少部分項目定性評價結(jié)果為較差；?C?需要立刻搶修方能通行：有一個或一個以上項目評價結(jié)果為很差[]。（二）二級評估——可靠性評估。主要是對其承載力和抗擊能力可靠度的評價。通過收集橋梁原橋技術(shù)狀況，綜合現(xiàn)場橋梁實際情況，判斷橋梁構(gòu)件表觀情況以及質(zhì)量下降程度。從而模擬出檢算系數(shù)，再通過構(gòu)件損傷程度模擬出截面折減系數(shù)（通常情況下材料耐久性狀況系數(shù)不會降低），然后根據(jù)救援車輛實際情況確定活載變異系數(shù)。從荷載和對抗力的角度分析，確定橋梁實際承載力，制定限速限載標(biāo)識牌。在評估過程中，要特別注意沙土液化導(dǎo)致基礎(chǔ)承載力不足，各構(gòu)件之間接觸面積和條件的變化。當(dāng)遇到構(gòu)件之間出現(xiàn)接觸面較小的問題時，需要對相關(guān)構(gòu)件進行臨時支擋或糾正，而后才能對其承載能力進行評價。?圖SEQ圖\*ARABIC7一級評估項目劃分及評價結(jié)果分類表突發(fā)事件后的應(yīng)急保通，更突出功能的快速恢復(fù)和短期的安全性。應(yīng)急保通應(yīng)遵循以下原則：（一）因地制宜，就近取材的原則。（二）施工簡單，便于運輸?shù)脑瓌t。（三）采用組裝、裝配式輕便的、安裝迅速的臨時橋梁系統(tǒng)[]。4.3.2應(yīng)急保通技術(shù)在公路橋梁搶通階段中，針對橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的各類損傷問題，需要采取相關(guān)緊急修復(fù)手段。如設(shè)立臨時支撐，搭設(shè)就便橋梁、受損橋墩臨時保護等。關(guān)于災(zāi)害中完全落梁或者部分落梁的損毀，可以考慮采用緊急便道、便橋的形式實施搶通。主要包括土堆便橋、水泥涵管便道、剛涵管便道、鋼便橋等。汶川地震后應(yīng)急保通就采取了搭設(shè)就便橋梁的方法，如牛圈溝管涵便道、南壩培江臨時便橋等快速保證通車，為救援順利進行爭取了時間。在應(yīng)急情況下，應(yīng)急山地伴隨橋、321型貝雷梁可摩托化機動后快速架設(shè)。搶修、加固已有橋梁，保障輪式車輛及輕型履帶車輛通過。也可快速克服彈坑、河谷等人工或天然障礙。具有承載能力高，通行能力強，作業(yè)人員少，架設(shè)速度快等特點。橋梁損傷問題在突發(fā)事件中常常不可避免，但是橋梁構(gòu)件的損傷程度往往可以控制。所以在橋梁設(shè)計中應(yīng)該進行合理的荷載調(diào)整與分布設(shè)計，提高橋梁抗沖擊能力，進而對公路橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及其使用功能提供保障。其次，針對公路橋梁的使用材料和結(jié)構(gòu)構(gòu)件問題，把材料作為分析設(shè)計的主要方面。再次，根據(jù)公路橋梁建設(shè)的實際情況，在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)丨h(huán)境特點。第5章結(jié)論與展望5.1本文總結(jié)公路橋梁檢測技術(shù)的發(fā)展如果像研究軍事技術(shù)裝備一樣，那整個橋梁檢測系統(tǒng)就會很快發(fā)展起來。只是因為沒有軍事裝備研究那樣迫切，以至于研究動力不足。當(dāng)然這也和國家經(jīng)濟水平的發(fā)展有關(guān)系，高質(zhì)量的檢測意味著高消耗，需要花更多的時間、金錢。橋梁建設(shè)事業(yè)是社會經(jīng)濟發(fā)展水平和人文價值理念的的縮影，如果沒有長遠(yuǎn)的眼光，只是一味的追求眼前利益，那么在橋梁的投入使用和后期維護的投入將是巨大的。只有站在全局的角度，增加橋梁的耐久性才是保證工程質(zhì)量，降低工程成本的長久之計。為此，橋梁工程師應(yīng)該具有高瞻遠(yuǎn)矚的目光，積極學(xué)習(xí)先進的設(shè)計理念與和施工技術(shù)，在設(shè)計橋梁時加大現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的投入，應(yīng)用橋梁智能制造系統(tǒng)，遙控技術(shù)把控施工過程，降低成本，減少工期。在未來只有讓檢測技術(shù)在新建橋梁中發(fā)揮更大作用，才能確保建成高質(zhì)量的橋梁，實現(xiàn)橋梁建設(shè)事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。5.2展望1.在論文寫作中，首先要有足夠的專業(yè)知識，需要閱讀大量的資料，才能保證一篇文章的質(zhì)量。本文在寫作過程中，由于相關(guān)專業(yè)知識不足，對其中的一些理論不能真正的理解，還需加強專業(yè)知識的學(xué)習(xí)。2.本文中圖文較少，缺少直觀的視覺感受。5.3收獲與反思1.很多時候我們總是認(rèn)為自己不行，以至于連開始的勇氣都沒有，其實對于每一個人來說都是一樣的，下定決心要去完成這篇論文從一點不懂到漸漸有所了解，靜下心來加上大量的時間、精力去探索專業(yè)的知識，還是會有所收獲。2.寫論文就像一次挑戰(zhàn)自我一樣，是對自學(xué)的能力的檢驗，也是對學(xué)習(xí)態(tài)度的考驗，寫好一篇論文需要查閱相關(guān)資料，學(xué)習(xí)大量的知識，還需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度，對自己不放松要求。在這過程要扎扎實實，想要寫好就不能偷懶。3.在完成論文后，發(fā)現(xiàn)邏輯思維有了一點點的提高，我相信一個人的進步就是一次次一點點提高，量的積累才有質(zhì)的飛躍。若干年后，我們才會有大的進步。致謝一路走來，我很幸運遇到了好的父母，好的導(dǎo)師，讓我在成長的過程有了精神依靠，在我迷茫時給我鼓勵給我支持，讓我在黑暗的時候能堅定信念，向著陽光前進。我的父母是實實在在的農(nóng)民，他們沒有很高的學(xué)歷，但是他們用實際行動告訴我要樸實，要用一顆真誠的心去對待身邊的人，父親經(jīng)常跟我說的一句話就是“宰相肚里能撐船”要學(xué)會包容別人，海納百川，有容乃大。特別感謝的是劉鈺導(dǎo)師給予我極大的信