工程安全评估论文

1、工程结构安全评估与维护论文题目: 桥梁结构损伤检测及安全性评估学 院:土木建筑工程学院专 业:土木工程(建筑工程方向)班 级:建工998班学 号: 2141646516姓 名: 楚天霸指导老师:xx xx xx xx摘要近年来，随着我国交通运输事业的发展，桥梁的重要性越来越大，其通行能力、承载能力和结构安全是交通正常运行的关键，但由于交通量的增大、重型汽车的增加以及人类或自然环境影响，我国现役桥梁劣化程度严重，桥梁结构损伤检测和安全评估成了桥梁功能和安全的重要保证。本文介绍了目前国内外采用的桥梁结构损伤检测和安全性评估的主要方法，并总结了这些方法的使用现状和不足之处。关键词：桥梁结构 损伤检测

2、 安全性评估Abstract In recent years, with the development of transportation in our country, the importance of the bridge is more and more big, the capacity, the structure of the bearing capacity and safety is the key to the normal operation of traffic, but due to the increase of the increase of traffic v

3、olume, heavy duty truck and environmental impact, human or natural active bridge degradation seriously in our country, the bridge structure damage detection and safety assessment has become a bridge function and the important guarantee of safety. Adopted at home and abroad were introduced in this pa

4、per the main method of bridge structure damage detection and safety assessment, and sums up the use present situation and deficiencies of these methods. Keyword: Bridge structure  Damage detection Safety assessment目录一、桥梁损伤检测技术现状1二、桥梁结构损伤检测方法2三、桥梁损伤识别方法3四、桥梁结构安全性评估方法5五、总结9六、参考文献10引言近年来，随着我国交通运输事

5、业的发展，桥梁的重要性越来越大，其通行能力、承载能力和结构安全是交通正常运行的关键，但由于交通量的增大、重型汽车的增加以及人类或自然环境影响，我国现役桥梁劣化程度严重。对桥梁结构损伤进行检测和安全性评估，及早发现桥梁结构上的缺隐或损伤，对于保证桥梁的安全运行有着极为重要的实际意义。一、桥梁损伤检测技术现状为了掌握桥梁的技术状态，及时进行加固整修，确保桥梁运营安全，延长桥梁结构的使用寿命，防止交通安全事故的发生，目前全球各国都在积极开发桥梁结构损伤检测技术和安全性评估技术，包括振动测试法、冲击振动试验法、超场波检测法等多种桥梁结构损伤检测技术。在具体应用中，对既有桥梁进行损伤检测和安全性评估时，

6、主要采用静力评估法和动力评估法两种方法。其中，静力评估法又称为荷载试验法，其基本思路是用等效于设计荷载的车辆荷载来对桥梁进行加载，以测量桥梁的应变和挠度等指标，同设计值进行比较，从而通过检验系数来对桥梁的状态进行评估。动力评估法是利用振动检测技术对桥梁结构损伤进行检测的方法，其基本思路是对结构模态参数进行检测，从结构模态参数的改变来判定桥梁结构是否存在损伤，并利用结构破坏前后动力学特性的变化来诊断出结构的损伤。总的来说，近年来在桥梁损伤检测和安全性评估方面的研究，已经取得了极大的发展，但依然存在众多问题，究其主要原因，一方面是因为桥梁结构的复杂性和材料的多样性，其各个部分的应力状态、动力特性、

7、刚度等差异较大，用单一的动力特性变化指标很难评估桥梁结构的整体状态。另一方面则是因为现有的检测及评估指标对环境因素的考虑不足，对于桥梁结构损伤后整体结构呈现的非线性特性把握不全面，无法全面或者正确的反映桥梁结构损伤的实际情况。此外，测量仪器的精度和效率也有待提高。二、桥梁结构损伤检测方法桥梁结构损伤检测通常分为局部检测和整体检测两类，局部检测是对桥梁重点部位进行细致的检测，主要是为了清楚结构局部的物理、力学、构造特性的实际状态。整体检测是从全局上把握桥梁结构的实际状态。对于桥梁设计、施工和维修加固的质量和效果，可采用表观检测法进行检查，分析桥梁结构各部分的运行情况，分析出现结构损伤的原因。此外

8、，还可以采用各种仪器，如X射线、超场波、显微镜、声学仪器、光学仪器等，对桥梁结构局部进行检测，这些设备价格昂贵，在检测前需要对损伤的部位有一定的了解。对于与桥梁承载能力有关的变形、挠度、应变、裂缝等结构的检测，则可以通过静载试验进行，包括静应变测量、静位移测量，通过实际测量得到的应变和位移推算出桥梁结构有关的内力值和挠度值，从检测得出的参数中分析得出结构的强度、刚度和抗裂性能。对于桥梁结构的动力性能，则需要通过动态检测的方法进行动态荷载试验，以判断桥梁运营状况和承载能力，比如通过动力放大系数确定车轴荷载对桥梁的动力作用，这种理论的根据来源于结构损伤必然导致结构参数的改变。除了传统的检测技术外，

9、随着计算机和网络技术的发展，近年来还发展出了一些新兴桥梁损伤检测技术，如基于GPRS技术的桥梁检测远程数据传输技术，可以迅速、安全的将桥梁结构检测数据远程传输，对桥梁结构运行状态进行远程监测。再如神经网络在桥梁检测技术中的应用，采用人工神经网络方法构造BP模型，与桥梁结构受力状态建立映射关系，仅需对部分桥索受力情况进行实地检测，便可得除其余桥索受力情况。此外，数字图像处理技术、光纤应变传感器测试系统等新兴技术，在桥梁结构损伤检测中都得到了极大的发展，有效的消除了检测盲区，降低了单点检测成本。三、桥梁损伤识别方法 1.基于固有频率的损伤识别法由于新材料、新技术在桥梁建设工程中的广泛应用，桥梁结构

10、形状日趋复杂，在进行结构损伤和安全性评估时，有些位置不适合布置测试点进行检测，这种情况下基于模态振型的损伤识别方法很难适用，但采用基于固有频率的识别方法，却有着测试简单、方法成熟、精度高的优点，尤其是测试数据较长，进行多数据点频谱分析时，更可以得到较精确的频率分析，真实的反映出结构损伤引起的频率变化。实际测试中，一般仅需要对一两个测试点进行固有频率测试，即可得出结构多阶自振频率。2.刚度和柔度矩阵法桥梁结构损伤通常表现为桥梁结构刚度下降,所以采用刚度矩阵来判断结构的损伤，运用损伤结构与未损伤结构进行判断得出刚度差，从而来对结构损伤进行定位具有极大的可行性，这种方法对于桥梁结构大的损伤非常有效。

11、但是，这种采取误差对比的方法来判断结构损伤的检测技术，需要包含足够多的振荡模型，尤其是对结构刚度矩阵影响较大的振荡模型。柔度矩阵法则通过测量结构低阶振型，根据高阶所占份量由于频率的增大而迅速减小的原理，准确的估计出结构的柔度矩阵变化。3.灵敏度结构损伤识别法利用灵敏度检测桥梁结构损伤，首先需要得到桥梁结构的模态参数或者在动力响应时结构物理参数的灵敏度矩阵，再对结构损伤前后的模态参数变化或者动力响应结构物理参数的变化，来判断桥梁结构损伤。目前常用的灵敏度结构损伤识别法， 有实验灵敏度识别法、解释灵敏度识别法、特征参数灵敏度分析法、噪声灵敏度分析法、水平灵敏度分析法、正交关系灵敏度分析法等。各种基

12、于灵敏度的结构损伤识别方法， 其主要的区别在于形成灵敏度矩阵的方法上。4.小波变换法小波变换法可以看作是傅里叶变换法的扩展，采取可调整的视频窗口，以“可变焦”性能对局部信号进行多尺度刻画，其实质是对结构损伤的原始信号进行滤波处理，这种技术在损伤识别上有着极大的优势。可以根据结构损伤的动力特性进行分析，以动力响应信号作为结构损伤的原始数据，进行有效的分析的判断。5.桥梁结构安全性评估桥梁结构安全性评估一般分为初步评估和详细评估两个层次,初步评估主要用于桥梁安全性程度的评测，以根据桥梁重要性程度决定是否进行详细评估。初步评估主要是对桥梁耐震、耐荷、耐冲刷能力进行评测。详细评估则是根据桥梁实际情况，

13、结合相关设计规范，对桥梁结构进宪详细分析以计算出桥梁的耐震和耐荷能力，最终评测桥梁安全性程度。四、桥梁结构安全性评估方法1 基于外观检查评定法 1.1 评分系统 这一方法最早用于建筑结构损伤程度的评估，并逐步发展成为一种量化的评分系统。评分标准及损伤程度分类需要根据调查统计和试验分析结果预先制定。在应用时，由有经验的工程师对既有桥梁进行检查评分，并依据对材料质量、损伤程度等进行评价。 我国的公路养护技术规范（JTJ073-96）中桥梁的综合评定结果共分为四类1：一类需要进行正常保养；二类则需要进行小修；三类需要进行中、大修或加固；四类需通过桥梁检验（荷载试验）确定

14、加固或改建。 1.2 经验系数 该方法是依据广泛的调查研究，确定若干影响承载能力的系数及其取值范围，对桥梁承载能力进行评估的方法。例如，被评估桥梁的承载能力2P可表示为： 式中：P0为原设计承载能力；K1为残存承载能力系数（依结构损伤、材料老化程度而定）；K2为反映桥面条件的系数；K3为反映实际交通情况的系数；K4为桥梁建造使用年限系数。 此方法的特点是应用简便，各系数由评估者根据现场情况决定。但由于这种研究工作做的不多，系数的确定比较困难（尤其是K1），其适用性有所限制，计算结果较为粗糙。因此没有得到广泛应用。  2 基于设计规范的方法

15、60;桥梁设计规范是指导桥梁设计的标准。这一标准基于工程力学、结构试验和工程经验，且不断充实和完善。因此，利用桥规的计算理论来分析既有桥梁承载能力的方法，具有坚实的理论基础并得到广泛应用。 采用以分析计算为主的评定方法，仍然是首先通过对实际桥梁进行详尽的外观调查，然后将调查到的资料，根据桥梁结构理论加以分析和计算，以其结果对旧桥结构进行评定。这是目前在桥梁结构评定中运用较多的一种方法。 一般来讲，在以分析计算为主的评定方法中，要求材料强度以实际测量结果为准，而不宜直接引用设计图纸规定的标号；截面尺寸也应以实际测量尺寸代入计算式。若由于缺乏计算依据使分析计算的准确性不能满足评

16、定要求时，可以再采用其它方法（例如荷载试验法）进行进一步评定。 3荷载试验评定法 这是通过现场试验对桥梁结构进行评估的方法。根据荷载作用在桥上的性质，试验可分为静载试验和动载试验。根据试验目的，荷载试验可分为结构行为试验、应力历程试验、诊断试验、验证试验和破坏试验。与桥梁承载能力评估相关的试验主要是后两种。验证试验的目的是确定桥梁的容许荷载，试验荷载通常等于设计荷载；破坏试验可确定桥梁的实际承载能力，通常用于证实解析研究的结果。 4 专家经验评定法 4.1 桥梁评估专家系统 与设计相比，桥梁评估要复杂得多。一般而言，评估是一个考虑结构损伤和运营

17、状态，并以整个结构体系为对象，对桥梁的安全性进行分析评价并做出决策的过程。另一方面，评估与人的工程经验有着密切的联系。这也使得评估中包含了许多不定因素。对如此复杂的评估问题，不可能建立一个完善的数学模型进行精确定量的描述，却适于采用人工智能技术（如专家系统）加以处理。这是因为专家系统具有知识处理、表达、利用和推理的能力，这种能力尤为适用于对复杂问题的模糊处理。 4.2 专家意见调查 专家意见调查，是指直接收集、分析、归纳专家意见，对某一事件的可能结果做出评估的方法。在国外，这一方法已在军事、医学、气象预测、经济、工程等诸方面应用了多年。在我国，对某些问题也常常采用“专家论证

18、”的方式加以解决。 无疑，调查中存在着偏差。这种偏差可分成动机偏差和认识偏差。前者是专家对被调查的事物有抵触，或关心自己的意见是否能被采纳，在提供意见时有意产生的偏差。后者则是在形成意见中无意产生的偏差，来源于过于自信、个人知识的局限性以及其它认识上的习惯。 5 基于结构可靠度理论的方法 结构可靠度的定义是：结构在规定时间和规定条件下，完成规定的概率，以Pr表示。而结构不能完成规定功能的概率，成为失效概率，以Pf表示。Pr与Pf都能用来度量结构的可靠性，但习惯选用Pf度量。Pf大，可靠性低；Pf小，可靠性高。 结构可靠性理论采用失效概率Pf或可靠指标来衡

19、量结构的安全水平。这一理论已在结构工程的各个领域得到广泛应用。在修订桥规方面，该理论被用于结构可靠度分析和分项安全系数的选择。由于以概率统计为基础，该理论可以处理荷载和抗力的不确定性，尤其是可以处理这些不定性的变化对结构可靠度的影响。因此，它可为桥梁评估提供一个合理的理论框架。 6 蒙特卡罗方法 蒙特卡罗法（Monte Carlo method）也是结构可靠度分析的基本方法之一。该方法的特点是，模拟的收敛速度与基本随机变量的维数无关，极限状态函数的复杂程度与模拟过程无关，计算中无须将状态函数线性化和随机变量当量正态化，具有直接解决问题的能力，这些优点决定了蒙特卡罗法将会在可

20、靠度分析中发挥更大的作用。 Monte Carlo方法可以解决各种类型的问题可以分为两类： 第一类是确定性的数学问题。用Monte Carlo方法求解这类问题的方法是，首先建立一个与所求解有关的概率模型，所求的解就是我们所建立模型的概率分布或数学期望；然后对这个模型进行随机抽样观察，即产生随机变量；最后用其算术平均值作为所求解的近似估计值3。 第二类是随机性问题。例如中子在介质中的扩散等问题4就属于随机性问题，这是因为中子在介质内部不仅受到某些确定性的影响，而且更多的是受到随机性的影响。对于这类问题。虽然有时可表示为多重积分或某些函数方程，并进而可考虑用随机抽样方法求解，然而一般情况下都不采用这种间接模拟方法，而是采用直接模拟方法，即根据实际物理情况的概率法则，用电子计算机进行抽样试验。 7 承载能力的计算机有限元模拟 以钢筋混凝土非线性有限元分析为基础的计算机方法近年来有所发展，这类方法一般把一座由若干片梁组成的结构先简化为一片梁，在求出一片梁的承载能力之后，再按照荷载横向分布系数求出整座桥的承载能力，其关键是如何用有限元来模拟结构真实的状况。目前，这方面的研究多集中于中小桥梁，该方法