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路混凝土桥梁健康监测与评价
日期:2020-2-22 9:50:49 作者:佚名 来源:本站原创
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全文以公路混凝土桥梁健康监测理论为基础,通过对桥梁结构和监测系统的组成进行解析,从而明确了影响桥梁健康的部位和监测重点。以公路混凝土桥梁健康要素分析为依据运用专家打分法得到了桥梁各部位要素权重,以统计理论为基础建立了公路混凝土桥梁健康评价指标体系,运用模糊综合评价法对八里湖大桥的健康状况进行了评价。


第 1 章 引言


1.1 论文选题的背景

自 20 世纪 80 年代以来,我国城乡道路的快速发展,作为城乡道路建设的重要组成部分,桥梁也获得了广泛关注,得到一定的发展。特别是 21 世纪以来,成了我国大跨度桥梁的建设充分发展的时期,大量的技术含量高,设计复杂和施工难度大的桥梁相继在我国施工实际中出现,大跨度桥梁建成,标志着我国现代化公路桥梁施工的科技水平已经成为了世界发达国家水平。近年来建造的超级桥梁,许多桥梁的科学技术进步在世界上占有重要地位。重庆朝天门大桥是全球上最大的跨钢拱桥,在全球上首创了十项以上的桥梁;苏通大桥为全世界大跨度斜拉桥,主跨度为 1088 米,连续长度与全球上第一大的斜拉桥相同;润阳长江公路大桥南支吊桥,全长 1490 m,是全球第三大吊桥;杭州湾跨海大桥是全球上第一座跨海大桥。

随着我国科技水平的发展和建设施工水平的提升,公路桥梁建设提出了更符合现实的要求。现在,在中国广大的土地上建立了一个庞大的高速公路系统,并逐渐向网络更加完善和完善。无处不在的高速公路、立交桥、道桥、高架桥、高速铁路桥等新桥,就像地上的一道彩虹,将把这座异常美丽的城市装点得更加美丽。

这几年来,我国的经济总量的持续发展为公路交通运输的健康提供了稳定的社会基础,同时,我国的公路桥梁工程领域的建设也一直获得了前所未有的发展速度。虽然我国在新的桥梁新结构、新技术、设计理论和计算世界上先进,一些结果达到国际领先水平,但在建设领域的控制和安全控制等,与国外仍有差距,建设项目的正常运行构成很大的影响。深入分析了公路桥梁建设工程的现状,提出了相应的健康政策,是现代公路桥梁施工企业需要解决的关键问题之一。

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1.2 国内外研究综述

1.2.1 国外研究综述

1.2.1.1 健康检测模型理论

在 20 世纪下半叶对公路桥梁建设进行了大量投资之后,资金需求从建造新的公路结构变为修复和替换现有公路桥梁结构,桥梁健康监测成为相关学者探讨的前言方向。2005 年 Neves L C, Dan M F[1]提出了一个模型,用于分析现有结构的概率性能指标在时间,安全性和成本方面在无需维护、预防性维护和基本维护方面的时间演变。该模型将基于视觉条件检查的桥梁管理系统中的当前实践与现有结构的寿命期间的结构安全评估相结合。通过将模型中涉及的所有参数定义为所提出的模型,可以考虑性能恶化过程中的不确定性,维护操作的应用时间以及维护操作对结构的状况,安全性和生命周期成本的影响。

Rellingwood B[2]运用概率风险分析方法为状态评估中的不确定性管理提供量化工具,这些工具是数据密集型的,需要改进恶化过程的物理模型,以充分发挥设施风险管理的潜力,并且指出风险是知情管理决策的基本要素。2011 年Okasha N M, Dan M F[3]提出概率方法的使用使人们能够考虑结构恶化,评估和维护过程中的不确定性。之后,Bocchini P. Dan M F[4]提出了一种概率计算框架,用于 Pareto 优化预防性维护应用到公路运输网络的桥梁。桥梁特征由其不确定的可靠性指数分布表示,模拟桥的进/出服务状态,选择多目标遗传算法作为解决优化问题的数值工具。

1.2.1.2 健康检测方法理论

20 世纪以来,国外公路桥梁的建设获得了不断发展。随着桥梁建设逐渐由新建迈向养护维修,公路桥梁检测技术得到了很大提高。为了满足公路运输承载重量的不断提高这一情况下对公路桥梁质量的要求,确保公路桥梁运输服务的安全性,要求公路桥梁具备过硬的质量。因此,分析公路桥梁的检测技术,给予桥梁工程中存在质量问题的环节进行质量检测,对公路桥梁建设具有重要意义。1995 年在美国萨凡纳河大桥的三跨连续钢梁上安装了应变监测系统,以监测大型卡车和卡车引起的倾斜和应力。1997 年加拿大建造了一座长达 12.9 公里的 45 跨预应力混凝土,采用综合监测系统检测冰荷载下桥梁的各种状况。21世纪,美国、日本、欧洲等国家加速了光纤光栅在桥梁中的应用,主要集中在桥梁的健康监测,并取得了许多研究成果。2008 年 Tao HX[5]研究了实际测量方法理论在桥梁健康检测中的应用,他强调桥梁检测是桥梁质量和安全的重要组成部分,偏转、线性形状、柱形和水平位移是桥梁检测的重要组成部分,他测量了柱的挠度、线形、水平和垂直位移,并详细分析了测量的精度、速度和范围。由于材料老化、过载、环境影响和维护不足,桥梁会随着时间的推移而恶化,因此桥梁的状况对旅行公众的安全至关重要。2013 年 La HM,Lim RS,Basily BB[6]提出了一种机电系统设计对于用于高效甲板检查和评估的自动化机器人系统,自主的完整移动机器人被用作携带各种 NDE 传感系统的平台,以便同时快速地收集数据。机器人的 NDE 传感器套件包括地面穿透雷达阵列、声学/地震阵列、电阻率传感器和摄像头。除了 NDE 传感器,机器人还配备了各种车载导航设备,如全球定位系统(GPS)、惯性测量单元(IMU)、激光扫描仪等。

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第 2 章 公路混凝土桥梁健康监测基础理论


2.1 梁桥的类别与组成

桥梁是一种为了保持道路的连续性而修建的,当道路遇到诸如湖泊、河流、深沟山谷和道路等障碍时。大桥不仅要保证桥上的交通,而且要保证桥下的水的排放、船的航行或车辆的通行。

2.1.1 桥梁的类别

桥梁分类的方式很多。通常从建桥材料、适用跨度、受力特点、施工条件等方面来划分。

2.1.1.1 按受力特点

分工程上的受力构件,总离不开压、拉、弯三种基础受力状态。由基础构件构成的各类布局物,也可归结为拱式、梁式、悬吊式三种和它们之间的组合。

1、梁式桥

梁桥是一种在垂直荷载作用下无水平方向反作用力的结构,主梁是主承重构件的桥梁。因为外力(动载和静载)的方向与主梁的轴线几乎成 90 度角,因此相较于其他同样跨径的桥梁体系,梁桥梁内出现的弯矩最大。桁架梁中构成桁架的各部分构件大部分只承受轴向推力,能够实际利用杆件结构材料强度,但桁架梁的组成繁杂、制造工费成本高,多用于较大跨径桥梁。大多数实心腹板梁是钢筋混凝土,预应力钢筋混凝土,也可以由钢和铸钢桁梁或钢箱梁制成。实腹梁式桥的起初形式是采用原木加工的木质梁桥和石材加工的石质板桥。鉴于木材、石材材料本身的性能、尺寸等,木桥如今已很少不采用, 石板桥也只是小人行桥。

2、拱式桥

拱桥的主要依靠是拱肋或拱的重量,而主轴承是由于轴向压力。 拱式桥的受力以受竖向压力为主,一般采用抗压强的材料(石、砖、混凝土)和钢筋混凝土施工。拱式桥具有:一方面,桥梁跨越较大,与梁桥相比,这节省了钢铁和水泥。 另一方面,相较于其他类型的桥梁而言维护成本较低。拱式桥外观造型美,内部结构简单,便于广泛采用。

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2.2 桥梁健康监测系统

基于桥梁结构监测与评价是公路桥梁在线健康监测系统的应有之义和基本内涵,桥梁健康监测预警系统能够在桥梁运行中对特殊气候和异常交通状况提前预警,是桥梁合理安排养护管理的重要技术手段,是桥梁养护管理的重要指标和主要依据。

2.2.1 桥梁健康监测目的

桥梁随着运营时间的增长,气候等自然因素,环境侵蚀、材料老化、增加交通和疲劳效应和突变效应等不利因素的耦合作用下结构性破坏,导致桥梁的使用性能和安全性能是没有保证的。桥梁的健康监测,一方面可以了解桥梁使用过程中的安全情况,另一方面也是桥梁进行维护的时间节点依据之一。它可以有效地防止事故的发生,也可以提前了解桥梁的健康状况,完成维护措施,明显的经济效益和社会效益。

2.2.2 桥梁健康监测内容

2.2.2.1 梁桥的病害研究

(一)桥梁的结构病害

1、上部结构梁桥的上部结构主要包括主梁、支座以及横隔梁。桥梁的上部结构发生病害严重的影响桥梁的正常使用寿命,是一座桥的主要承重结构。

(1)主梁。主梁为桥主承重结构,主梁的健康安全直接的影响着桥梁的健康,甚至影响着公共财产生命安全。主梁的病害主要有桥面平整度、混凝土质量、钢筋锈蚀度等。

(2)横隔梁。如果横挡板开裂,则会导致一个或多个板梁的单一受力,从而加剧单板的疲劳损伤,并对桥梁上部结构的应力状态产生不利影响。

(3)支座。支座是桥面板和桥墩之间的过渡部分,它能高效的将桥上行车荷载产生的反力传递到墩台上。支座的主要病害有加工缺陷、材质问题、受力不均匀等,直接表现为支座锈蚀、内部老化、不灵活、支座变形。

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第 3 章 公路混凝土桥梁健康要素分析........................... 18

3.1 桥梁健康监测.............................. 18

3.1.1 工程实例....................................... 18

3.1.2 健康检查结果............................. 19

第 4 章 公路混凝土桥梁健康评价指标的建立.......................... 23

4.1 数理统计方法在工程质量管理中的应用.............................. 23

4.1.1 分层法的应用...................................... 23

4.1.2 因果分析图法的应用........................... 24

第 5 章 八里湖大桥健康监测与评价的实证研究............................ 32

5.1 工程概况................................. 32

5.2 健康监测............................... 33


第 5 章 八里湖大桥健康监测与评价的实证研究


5.1 工程概况

九江市八里湖大桥工程东起长虹西大道,向西与环湖二路交叉,跨越八里湖,与环湖三路、南浔铁路及九江长江公路大桥南岸接线交叉后,终于沙阎路,路线全长 2.6km。本工程作为长虹西大道二期工程的重要组成部分的八里湖大桥工程,标段全长 1.59km。起讫桩号为 K0+240~K1+836 由西至东桥梁划分为:西岸引桥、主桥、东岸引桥三部分,八里湖大桥穿越八里湖景区,施工环境要求严格,施工条件复杂。


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第 6 章 结论与展望


6.1 结论

本文通过用数理统计方法中的层次分析法建立公路混凝土桥梁的评价模型,邀请桥梁质量管理专家打分得出各项目层的权重指标。采用模糊评价原理对桥梁的健康状况进行综合评价,并以八里湖大桥实例分析进行验证,取得了与实际相符的结果,显示出研究的现实意义。

通过对公路混凝土桥梁健康监测与评价研究得出结论如下:

6.1.1 影响桥梁健康的因素分布

1、对桥梁基础理论的研究,明确了桥梁的结构体系,针对桥梁结构体系和健康监测的特点,对桥梁健康监测系统情况进行了设计。

2、桥梁结构病害研究,得到影响桥梁上部结构健康的主要有主梁、支座、横隔梁对应的病害,影响桥梁下部结构健康的主要是盖梁、桥墩、墩台、锥坡、墩台基础及病害,影响桥梁桥面系健康的主要是桥面铺装、桥面板、伸缩缝、人行道和栏杆、排水系统、照明及病害。

3、根据桥梁方面的专业人士打分,得出各部分对桥梁健康影响的权重和桥梁健康评价指标体系和权重汇总表。

6.1.2 建立评价指标体系

1、对公路混凝土桥梁结构和健康要素进行分析,得出主要桥梁健康影响病害及所属结构情况,为得出桥梁健康评价权重提供了理论依据。

2、根据桥梁结构和病害分析结果,邀请桥梁专家对桥梁各部位对桥梁健康影响进行打分,得出桥梁部位对桥梁健康影响权重情况。


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