在役桥梁评价方法-长安大学.ppt

在役桥梁检测评价,长安大学,国内旧桥检测与加固的专门机构,交通运输部： 旧桥检测与加固技术交通行业重点实验室（西安） 任务：检测新技术、加固新技术、工程实践、行业引领,五类检测需求 六类检测方法 七类评价方法,在役桥梁结构安全 五类检测需求,1、正常管养需求,公路桥梁养护规范（JTG H112004）部分条款 1.0.4 预防为主，防治结合 3.1.1 经常检查、定期检查、特殊检查 3.2.1 经常检查一般每月不得少于一次 3.3.1 定期检查周期最长不得超过3年,2、耐久性评价需求,结构只有具有足够的耐久性能 使用寿命才有保证,使用年限,材料老化 锈蚀 开裂 疲劳 结构性能退化 ,3、耐荷能力（承载能力）评价需求,结构只有具有承受各种荷载的能力 才能保证使用期内的安全,4、抗冲刷（抗泥石流）能力评价需求,结构只有具有足够的抗冲刷能力 才能抵御强暴雨的袭击,5、抗震能力评价需求,结构只有具有足够的抗震能力 才能保证小震不坏、中震可修、大震不倒,在役桥梁结构安全对策 六类检测方法,1、目测法,以目测为主，常用仪器配合 巡查、敲击、尺量开裂、剥落、老化、生锈、冲刷等，正常管养多以此法为主,2、测试法,以常规仪器检测为主 裂缝、强度、碳化、锈蚀程度、保护层厚度、挠度、索力、均匀性、密实性等，耐久性检测多以此法为主,强度回弹法、取芯法,现场回弹检测,试件回弹试验,现场取芯,芯样试件,试件抗压强度试验,混凝土均匀性、密实性超声波检测,超声波检测,钢筋保护层厚度 钢筋保护层厚度检测仪,3、探测法,针对隐蔽部件所实施的检测方法 抗泥石流检测、动力性能检测等,动应变时程曲线,300 KN 车以10km/h通过： 1+=1.1811 300 KN +200 KN通过： 1+=1.1475 300 KN +200 KN通过：1+=1.285 300 KN +200 KN通过： 1+=1.1919,频谱图,4、专项检测法,针对某一可能影响结构安全事项的专门检测 疲劳检测、预应力检测等,有效应力检测,5、实时监测法,桥梁结构健康监测 及时掌握、全面评估 特大桥、特别重要桥梁需求 -监测、评估、评级、管理,6、荷载试验法 针对承载能力（桥梁或某一部件）的检测,测试：应变、挠度、裂缝开展、振型、冲击系数、自振频率.,静力分析,动力分析,加载位置 测试断面,动力性能,拱肋横向 分布影响线,加载效率：=Sstat/(S) 1.050.8,工况1：纵桥向按桥面板跨中截面（）弯矩和挠度的最不利位置布载，横桥向为中载 工况2：纵桥向按桥面板跨中截面（）弯矩和挠度的最不利位置布载，横桥向为偏载 工况3：纵桥向按拱肋L/4截面（-）弯矩和挠度的最不利位置布载，横桥向为中载 ,测点布置,数据采集,检测注意事项 1、一种病害的两种有效方法检测结果不能相互否定，结果不一致时，应分析原因确定取舍 2、荷载试验时，加载效率尽量大一些，必须进行预加载试验，必须量测结构理论固定点的变位，如支点的变位、墩台压缩量等 3、选择适宜的检测条件 4、专业机构,在役桥梁结构安全对策 七种评价方法,1、打分排序法,方 法：技术人员检查-定性或定量评分 分类-计算评分排序分级 使用国家：中国、英国、美国、奥地利、丹 麦、挪威等 优 点：易掌握 缺 点：主观性强,中国（打分法）-养护规范,全桥技术状况评分（0100），高分表示桥梁好,对各部件评定标度（05）对于标度的定量描述,各部件权重,88分及以上：一类桥梁好 60分-88分：二类桥梁较好 40分-60分：三类桥梁差 40分以下：四类桥梁危险,中国（打分法）-养护规范的扩展,桥梁使用功能评定值（0-100）,桥梁所在道路行政等级、交通量、绕行距离影响系数,层次结构中结构缺损状况下最低层元素的评定值,荷载标准足够性评定值,桥面收缩状况足够性评定值,新的养护规范法,桥梁养护管理综合系统,中国（打分法）-上海市政桥梁系统,桥梁总体缺损状况,结构的BCI定义,桥梁构件缺损等级扣分值,多个构件出现缺损现象时的修正权系数,得分高者优先祥细检测,英国-排序法,桥龄评价等级（15）,桥型评价等级（15）,薄弱部位评价等级（15）,年均日交通量（AADT）评价等级（15）,地形交通量评价等级（15）,路线重要性评价等级（05）,美国-分级法,美国联邦公路局（FHWA）于1988年2月在的FHWA-ED-89-044中将桥梁部件分为10级（09），具体为： 9优越状态较目前所希望的数据优越 8甚好状态未发现问题 7良好状态一些小问题 6满意状态与目前的最低检测相同 5尚好状态比保持现状的最低容忍忽限度的状态略好 4不良状态与保持现状的最低容忍限度相符 3严重状态基本上不能容忍，要求优先采取纠正措施 2临界状态基本上不能容忍，要求优先更换 1急迫的破坏状态定格规则中，不用本值 0破坏状态不能使用、无法修复、桥梁关闭 以Sufficiency 评价桥梁可供使用的程度。100%满足要求，0%完全不能满足要求,奥地利分级法,桥梁结构状况等级,病害类型 32种病害 值域为1到5,病害范围 值域为 0到10,病害严重程度 值域为0到10,构件重要性 值域为0到10,丹麦分级法,桥梁结构构件状况等级划分,状况等级等于3或大于3时，采取维修措施,挪威-分级法,病害等级,病害损害代码,以等级代码和损伤代码组合表示病害的严重程度，如3B指严重的病害，1-3年内不采取措施会缩减桥梁的承载力,耐震能力评价打分法 分为稳定破坏、落桥破坏、强度及韧性破坏分别打分，综合获得整体分数，判定桥梁耐震能力是否足够,公路桥梁安全初步评价表（耐震能力）稳定性评价,耐洪、泥石流能力评价打分法,2、分析检算法,方 法：以折减承载力进行强度验算或 以评估系数判定 使用国家：中国、美国、英国、加拿大 优 点：简单 缺 点：折减系数较难把握,中国-检算法,旧桥检算（折算）系数,经过荷载试验的旧桥检算系数与校验系数的关系,90鉴定方法：,11方法,承载力评定方法与体系,砖石及RC桥,RC及PC桥,活荷载加成系数依交通量 1.3-1.8,美国评估系数法 AASHTO1989颁布的桥梁耐和评估准则,评估系数,强度折减系数0.55-0.95,静荷载加成系数1.2,冲击系数,RF1 能承受所评估的活荷载,或,英国折减法,承载能力评定值,缺陷估计 状态系数,实测材料强度 和截面特性计 算承载能力,要求,作用,加拿大 折减法,恶化系数 承载能力折减系数 结构承载能力 永久荷载 永久荷载变异系数 冲击系数 表示桥上同时存在一辆以上车辆的可能性指数 最大容许活载 活载变异系数 要求左端至少有1.25的总安全度,静力有限元分析评价 完好桥梁在外荷载作用下平衡方程 桥梁损伤以后结构刚度矩阵发生变化，成为 式中： 结构损伤后的刚度矩阵 结构刚度的损伤矩阵 记 为与损伤后结构相应的位移列阵，当前结构的平衡方程为 可得到 荷载 作用下的位移 可以实测，由上式可解出 增量矩阵 ，可判断结构的损伤,动力有限元分析评价 桥梁在外荷载作用下动力平衡方程 、 、 结构的质量、阻尼、刚度矩阵 、 、 加速度、速度、动位移矩阵 为简化，令 ，得到特征值问题 其中： 得到 若 已知，有 同样可以测量，可解出 。可判断结构的损伤,3、荷载试验法 方法：加载-测试（检测）；数据分析-评价 使用：世界各国；优点：直接；缺点：成本高，风险大,四阶振型（2.5Hz）,应变计算值和实测值对比,挠度相对残余变形值,挠度校验系数,常见桥梁校验系数,1、校验系数计算应使用测点实测值与对应的理论值，不应外推或内插 2、理论计算应按规范原理进行，非线性分析或仿真分析可作为对结构承载力的进一步判断使用 3、数据整理时，应按数理统计方法剔除异常数据,强 度应变校验系数、结构承载能力、安全储备 刚 度-挠度校验系数、位移、结构整体工作性能 动力性能抗冲击性能、基频、动刚度、结构整体性 抗 裂 性-裂缝,4、专家系统法,方法：以专家意见调查权重（特尔斐法）及其关系-用计算机模拟专家的知识、经验水平和决策机理，对损伤桥梁进行综合评价 应用：研究阶段，仅为模糊评价法提供依据 优点：快捷 缺点：人为因素大，系统建立难度高,系统结构,数据流图,功能模块,专家系统法,专家判定值与专家人频关系,5、可靠度法,方法：考虑材料退化，计算结构可靠度指标， 与最低指标对比评定 应用：工民建成熟，桥梁初步应用 优点：可信度高 缺点：复杂结构难度大，最低可靠度指标难 确定,可靠度法,功能函数,桥梁构件抗力概率模型,混凝土碳化模型,混凝土强度平均值的经时模型,评 估 流 程,可靠度评估,寿命预测,可靠度法,实例,抗弯可靠度,6、模糊评价法,方法：考虑各因素内部关系的错综复杂性、模 糊性及层次关系，建立模糊综合评判的 数学模型，以不同的算法给出所需的目 标评判结果 适用：原则上可用于任何结构 优点：手段科学，方法先进 缺点：一般技术人员较难掌握 层次分析法（AHP） 模糊综合法 神经网络法 灰色理论法,层次分析法（AHP）,按结构组成的支配关系将复杂桥梁结构表示为有序的递阶层次结构，通过两两比较确定层次中因素的相对重要性，综合人的判断以决定因素相对重要性顺序，统一处理决策中的定性与定量因素进行评价，分为常权和变权模式,桥梁评价用常权模式,层次分析法（AHP）,梁桥评价模型,中承式钢管拱桥评价模型及权重,层次,层次,模糊综合法,将安全与不安全 、稳定与不稳定、健康与不健康等不确定性现象及结构量变到质变连续过程用模糊数学来定量表示，让每个因素(指标)都对评价都有所贡献 ，因素依照权重进行分配 ，因素间的关联程度以隶属度表示，分析其综合结果 权 重：专家调查法、九度法 、不确定层次 法 、特征根法 隶属度：专家确定法、多相模糊专家统计法 评 价：隶属度归一化法、非对称贴近度法,评价模型,模糊综合法,神经网络法,将许多简单的、高度互连的因素(人工神经元)构成运算处理系统，将外部输入作出动态响应的形式处理信息。使大量神经元相互连接在一起，形成高度非线性的大规模连续时间动力系统，采用类似于“黑箱”的方法，通过学习和记忆找出输入、输出变量之间的非线性关系，依据网络知识进行推理，得到合理结果 方法：BP神经网络(Back propagation)、 模糊神经网络,网络转换函数 采用S型逻辑 非线性函数,，,，,评价模糊神经网络结构,评价指标值实桥检测随机样本,神经网络法,灰色理论法,对于桥梁评价中的多种因素共同作用，运用灰色关联分析的量化模型，通过参考序列与比较序列各点之间的距离分析来确定确定其关联系数和关联度，找出各因子之间的影响关系及影响主要因子，两者相对变化基本一致，认为关联度大，反之关联度小，确定评价结果 方法：灰色关联分析法、灰色变权聚类分析法,检测数据序列,关联系数计算式,灰色理论法,斜拉桥评价模型,7、动力评价法,方法：任何结构都是由刚度、质量、阻尼构成 力学系统，结构一旦出现破损，结构参 数也随之变化，从而导致系统的频响函 数和模态参数的改变。将动力试验与有 限元分析建模结合起来进行评价 应用：任何结构 优点：可确定损伤位置 缺点：评估困难较大,预设结构破损方案诊断法,发生破损后的任意两阶频率改变量之比仅是破损位置的函数，而与破损大小无关： 假设一组可能的结构破损方案 计算每个假设方案所对应的 值 计算试验测量的 值 将 与 进行比较，则,所对应的破损方案即为结构的实际破损状态,模态置信度判据法（MAC）,未发生破损,发生破损,未破损结构测量模态,破损结构后 测量模态,模态个数,振型曲率法,CMS显著大者则损伤,振型变化量法,RD较大者发生损伤,动力分解法,依据：混凝土结构的基频与外荷载的关系 适用：RC简支梁 参数：裂缝和结构基频,ACI规范 ，AASHTO规范、04桥规、加拿大建筑规范采用,基频与荷载,裂 缝 参 数,动力分解法,裂缝特征参数与截面特征参数的关系,抗压区高度,截面转角,回归系数,x的计算值与预测值,动力分解法 静刚度的初步预测,平均刚度,单梁刚度变化比较,模型桥各梁的刚度变化,动力分解法 多梁式桥动力分解法,实桥基频,动力分解法 试验桥刚度预测图,动力分解法 实桥评估系统,动力分解法 部分实桥评估,评价实例- 五跨16m砼空心板桥 1、打分排序法评价,2、试验荷载法评价 中载、偏载两种方式加载，五个静载工况、三个动载工况 跨中截面挠度及应变校验系数个别测点在校验系数常值范围内，其余均超出 结构前四阶自振频率实测值均小于计算值 实测冲击系数1+=1.2273大于计算值1.1491 整体工作性能较差，安全性不足,3、分析检算法承载力检算评价,承载能力检算系数 0.93 承载能