桥梁结构损伤诊断和加固研究进展
2015-05-22
1. 前言
1.1 国内外运营桥梁现状
随着现代理论研究的不断深入，以及建桥技术的成熟和完善，各种新材料、新工艺修建的拱式桥层出不穷，但随着时间的推移，任何公路桥梁最终都将成为旧桥;经过长期使用的结构难免也会因各种原因使结构发生各种各样的损伤，存在不同程度的病害和缺陷。需要维修、加固和改造。
1.2 桥梁结构损伤的类型和方式
桥梁结构中的损伤，主要是由于材料中损伤的累积而造成的。按照结构损伤的成因来分类，可分为应力(应变)损伤和腐蚀损伤。应力(应变)损伤是结构中应力或者应变集中引起的局部材料损伤及其累积;而腐蚀损伤也即环境损伤是由于不利环境(海洋性空气湿度、工业盐环境、环境污染、酸雨、含硫很多的介质等)造成的构件表面受到侵蚀、材料劣化、局部产生缺陷、承载面积减小。上述两类损伤，后者的成因是化学的，前者的成因是力学的，是损伤讨论的重点。
2. 桥梁损伤诊断的方法
2.1 动力指纹分析法
动力指纹是指从动力测试中获取的含有结构特性信息的动力响应及其衍生物理量。结构一旦发生损伤，其结构参数，如刚度、质量、阻尼等会发生改变，从而导致相应的动力指纹的变化。动力指纹损伤诊断法的基本思想是寻找与结构动力特性相关的动力指纹，通过分析与结构动力特性相关的动力指纹变化来诊断结构的损伤状况。
2.2 模型修正法
模型修正法的基本思想是使用动力测试资料，如模态参数、加速度时程数据、频率响应函数等，通过条件优化约束，不断地修正模型中的刚度分布，使其响应尽可能地接近由测试得到的结构实际的动态响应，最终实现结构的损伤判别与定位。
2.3 遗传算法
遗传算法对其目标函数既不要求连续，也不要求可微，仅要求可以计算，对约束条件也无任何限制，而且它的搜索始终遍及整个解空间，容易得到全局最优解，对线性问题和非线性问题同样有效。遗传算法应用于桥梁结构损伤诊断时，在测试获取信息不多的情况下，能迅速判定损伤位置和程度，即使模态信息部分丢失时，遗传算法寻优能力丝毫不受影响。
3. 桥梁加固方法技术探讨
3.1旧桥上部结构加固，改造技术和方法
3.1.1桥面补强加固法
根据桥梁的具体情况，采用不同的加固方法，对于使用年限长、破损严重的采用拆除、修复的加固方案;改善桥梁荷载横向分布能力，从而达到提高桥梁的承载能力的目的。具体做法:(1)清缝、灌环氧树脂浆;(2)洒粘层沥青;(3)铺装3cm厚AM一10改性沥青碎石层。
3.1.2 上部结构加固方法
根据不同的桥梁结构形式分别采取相应的加固方法，应做到对症下药。提高旧拱肋的刚度、强度和及抗弯刚度和荷载等级的有效措施，并力图限制或减小主拱肋的继续变形，使得维修加固后得旧拱桥可继续使用;设计施工的要点尽量使加固构件受力，并与原拱桥构件形成总体联结，从而提高桥梁的承载能力的一种加固方法。
3.2旧桥下部结构加固，改造技术与方法
桥梁下部构造的承载能力及能否正常使用，不仅与墩台本身的完好程度有关，而且往往涉及到基底土质与水文等诸多因素，尤其是基础部分，因为是隐蔽工程，多数处于水下，所以比较难以观察和判断。所以，在针对具体的旧桥下部构造实施加固改造前，首先应在对现场检测资料分析与判断的基础上，确定下部构造是否具有加固改造的价值，然后从加固技术和施工工艺上分析能否实现加固改造目的。
3.3某桥维修与加固设计案例
3.3.1桥梁概况
该桥全长为201.17米，桥面净宽24米。桥梁上部构造为9―20米的预应力混凝土空心板、桥面连续；桥梁下部构造为U型桥台、柱式墩，灌注桩及扩大基础。
现在本桥部分盖梁混凝土剥落、有裂纹、水侵现象；桥墩长期遭受河水冲刷 ，全桥共计42个桩头外露，占全桥桥墩总桩头的87.5%，个别桩头混凝土碳化、脱落现象较为严重，钢筋外露锈蚀，其中6#墩多数桩头外露长度均超过2.5米，桥板底部出现大量纵、横向裂缝，而且存在泛白、锈迹等现象;伸缩缝胶条破损，不及时修复将给行车带来极大安全隐患。
3.3.2 加固维修要点
根据桥梁现场质量检查结果，以及对加固维修工程技术经济的比较分析，同时结合该桥的实际情况确定维修加固方案：
（一）、桩头外露处理：清理并清除桩外露杂质及破损，对于加固范围内光滑表面进行凿毛，架设模板，用C35砼进行浇注，浇注砼厚度15cm，内设一层钢筋网。
（二）、对盖梁混凝土剥落现象采用钢筋除锈后用混凝土重新进行修补。
（三）板底裂缝处理：针对外夹河桥裂缝病害，采用粘贴碳纤维布进行承载力加固。
1）、在施工时应对主板进行裂缝复查，对宽度小于0.2mm的裂缝，则采用环氧胶泥进行表口封闭处理，待环氧胶泥强度达到固化强度的100％时，粘贴碳纤维布；对裂缝宽度达到或超过0.2mm的裂缝，则采用压力灌浆法进行灌浆处理。
2）、对钢筋锈蚀、保护层胀裂脱落部位采用环氧砂浆进行修补。
