在役橋梁評價方法-長安大學(xué).ppt

在役橋梁檢測評價,長安大學(xué),國內(nèi)舊橋檢測與加固的專門機構(gòu),交通運輸部： 舊橋檢測與加固技術(shù)交通行業(yè)重點實驗室（西安） 任務(wù)：檢測新技術(shù)、加固新技術(shù)、工程實踐、行業(yè)引領(lǐng),五類檢測需求 六類檢測方法 七類評價方法,在役橋梁結(jié)構(gòu)安全 五類檢測需求,1、正常管養(yǎng)需求,公路橋梁養(yǎng)護規(guī)范（JTG H112004）部分條款 1.0.4 預(yù)防為主，防治結(jié)合 3.1.1 經(jīng)常檢查、定期檢查、特殊檢查 3.2.1 經(jīng)常檢查一般每月不得少于一次 3.3.1 定期檢查周期最長不得超過3年,2、耐久性評價需求,結(jié)構(gòu)只有具有足夠的耐久性能 使用壽命才有保證,使用年限,材料老化 銹蝕 開裂 疲勞 結(jié)構(gòu)性能退化 ,3、耐荷能力（承載能力）評價需求,結(jié)構(gòu)只有具有承受各種荷載的能力 才能保證使用期內(nèi)的安全,4、抗沖刷（抗泥石流）能力評價需求,結(jié)構(gòu)只有具有足夠的抗沖刷能力 才能抵御強暴雨的襲擊,5、抗震能力評價需求,結(jié)構(gòu)只有具有足夠的抗震能力 才能保證小震不壞、中震可修、大震不倒,在役橋梁結(jié)構(gòu)安全對策 六類檢測方法,1、目測法,以目測為主，常用儀器配合 巡查、敲擊、尺量開裂、剝落、老化、生銹、沖刷等，正常管養(yǎng)多以此法為主,2、測試法,以常規(guī)儀器檢測為主 裂縫、強度、碳化、銹蝕程度、保護層厚度、撓度、索力、均勻性、密實性等，耐久性檢測多以此法為主,強度回彈法、取芯法,現(xiàn)場回彈檢測,試件回彈試驗,現(xiàn)場取芯,芯樣試件,試件抗壓強度試驗,混凝土均勻性、密實性超聲波檢測,超聲波檢測,鋼筋保護層厚度 鋼筋保護層厚度檢測儀,3、探測法,針對隱蔽部件所實施的檢測方法 抗泥石流檢測、動力性能檢測等,動應(yīng)變時程曲線,300 KN 車以10km/h通過： 1+=1.1811 300 KN +200 KN通過： 1+=1.1475 300 KN +200 KN通過：1+=1.285 300 KN +200 KN通過： 1+=1.1919,頻譜圖,4、專項檢測法,針對某一可能影響結(jié)構(gòu)安全事項的專門檢測 疲勞檢測、預(yù)應(yīng)力檢測等,有效應(yīng)力檢測,5、實時監(jiān)測法,橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測 及時掌握、全面評估 特大橋、特別重要橋梁需求 -監(jiān)測、評估、評級、管理,6、荷載試驗法 針對承載能力（橋梁或某一部件）的檢測,測試：應(yīng)變、撓度、裂縫開展、振型、沖擊系數(shù)、自振頻率.,靜力分析,動力分析,加載位置 測試斷面,動力性能,拱肋橫向 分布影響線,加載效率：=Sstat/(S) 1.050.8,工況1：縱橋向按橋面板跨中截面（）彎矩和撓度的最不利位置布載，橫橋向為中載 工況2：縱橋向按橋面板跨中截面（）彎矩和撓度的最不利位置布載，橫橋向為偏載 工況3：縱橋向按拱肋L/4截面（-）彎矩和撓度的最不利位置布載，橫橋向為中載 ,測點布置,數(shù)據(jù)采集,檢測注意事項 1、一種病害的兩種有效方法檢測結(jié)果不能相互否定，結(jié)果不一致時，應(yīng)分析原因確定取舍 2、荷載試驗時，加載效率盡量大一些，必須進行預(yù)加載試驗，必須量測結(jié)構(gòu)理論固定點的變位，如支點的變位、墩臺壓縮量等 3、選擇適宜的檢測條件 4、專業(yè)機構(gòu),在役橋梁結(jié)構(gòu)安全對策 七種評價方法,1、打分排序法,方 法：技術(shù)人員檢查-定性或定量評分 分類-計算評分排序分級 使用國家：中國、英國、美國、奧地利、丹 麥、挪威等 優(yōu) 點：易掌握 缺 點：主觀性強,中國（打分法）-養(yǎng)護規(guī)范,全橋技術(shù)狀況評分（0100），高分表示橋梁好,對各部件評定標(biāo)度（05）對于標(biāo)度的定量描述,各部件權(quán)重,88分及以上：一類橋梁好 60分-88分：二類橋梁較好 40分-60分：三類橋梁差 40分以下：四類橋梁危險,中國（打分法）-養(yǎng)護規(guī)范的擴展,橋梁使用功能評定值（0-100）,橋梁所在道路行政等級、交通量、繞行距離影響系數(shù),層次結(jié)構(gòu)中結(jié)構(gòu)缺損狀況下最低層元素的評定值,荷載標(biāo)準(zhǔn)足夠性評定值,橋面收縮狀況足夠性評定值,新的養(yǎng)護規(guī)范法,橋梁養(yǎng)護管理綜合系統(tǒng),中國（打分法）-上海市政橋梁系統(tǒng),橋梁總體缺損狀況,結(jié)構(gòu)的BCI定義,橋梁構(gòu)件缺損等級扣分值,多個構(gòu)件出現(xiàn)缺損現(xiàn)象時的修正權(quán)系數(shù),得分高者優(yōu)先祥細(xì)檢測,英國-排序法,橋齡評價等級（15）,橋型評價等級（15）,薄弱部位評價等級（15）,年均日交通量（AADT）評價等級（15）,地形交通量評價等級（15）,路線重要性評價等級（05）,美國-分級法,美國聯(lián)邦公路局（FHWA）于1988年2月在的FHWA-ED-89-044中將橋梁部件分為10級（09），具體為： 9優(yōu)越狀態(tài)較目前所希望的數(shù)據(jù)優(yōu)越 8甚好狀態(tài)未發(fā)現(xiàn)問題 7良好狀態(tài)一些小問題 6滿意狀態(tài)與目前的最低檢測相同 5尚好狀態(tài)比保持現(xiàn)狀的最低容忍忽限度的狀態(tài)略好 4不良狀態(tài)與保持現(xiàn)狀的最低容忍限度相符 3嚴(yán)重狀態(tài)基本上不能容忍，要求優(yōu)先采取糾正措施 2臨界狀態(tài)基本上不能容忍，要求優(yōu)先更換 1急迫的破壞狀態(tài)定格規(guī)則中，不用本值 0破壞狀態(tài)不能使用、無法修復(fù)、橋梁關(guān)閉 以Sufficiency 評價橋梁可供使用的程度。100%滿足要求，0%完全不能滿足要求,奧地利分級法,橋梁結(jié)構(gòu)狀況等級,病害類型 32種病害 值域為1到5,病害范圍 值域為 0到10,病害嚴(yán)重程度 值域為0到10,構(gòu)件重要性 值域為0到10,丹麥分級法,橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件狀況等級劃分,狀況等級等于3或大于3時，采取維修措施,挪威-分級法,病害等級,病害損害代碼,以等級代碼和損傷代碼組合表示病害的嚴(yán)重程度，如3B指嚴(yán)重的病害，1-3年內(nèi)不采取措施會縮減橋梁的承載力,耐震能力評價打分法 分為穩(wěn)定破壞、落橋破壞、強度及韌性破壞分別打分，綜合獲得整體分?jǐn)?shù)，判定橋梁耐震能力是否足夠,公路橋梁安全初步評價表（耐震能力）穩(wěn)定性評價,耐洪、泥石流能力評價打分法,2、分析檢算法,方 法：以折減承載力進行強度驗算或 以評估系數(shù)判定 使用國家：中國、美國、英國、加拿大 優(yōu) 點：簡單 缺 點：折減系數(shù)較難把握,中國-檢算法,舊橋檢算（折算）系數(shù),經(jīng)過荷載試驗的舊橋檢算系數(shù)與校驗系數(shù)的關(guān)系,90鑒定方法：,11方法,承載力評定方法與體系,磚石及RC橋,RC及PC橋,活荷載加成系數(shù)依交通量 1.3-1.8,美國評估系數(shù)法 AASHTO1989頒布的橋梁耐和評估準(zhǔn)則,評估系數(shù),強度折減系數(shù)0.55-0.95,靜荷載加成系數(shù)1.2,沖擊系數(shù),RF1 能承受所評估的活荷載,或,英國折減法,承載能力評定值,缺陷估計 狀態(tài)系數(shù),實測材料強度 和截面特性計 算承載能力,要求,作用,加拿大 折減法,惡化系數(shù) 承載能力折減系數(shù) 結(jié)構(gòu)承載能力 永久荷載 永久荷載變異系數(shù) 沖擊系數(shù) 表示橋上同時存在一輛以上車輛的可能性指數(shù) 最大容許活載 活載變異系數(shù) 要求左端至少有1.25的總安全度,靜力有限元分析評價 完好橋梁在外荷載作用下平衡方程 橋梁損傷以后結(jié)構(gòu)剛度矩陣發(fā)生變化，成為 式中： 結(jié)構(gòu)損傷后的剛度矩陣 結(jié)構(gòu)剛度的損傷矩陣 記 為與損傷后結(jié)構(gòu)相應(yīng)的位移列陣，當(dāng)前結(jié)構(gòu)的平衡方程為 可得到 荷載 作用下的位移 可以實測，由上式可解出 增量矩陣 ，可判斷結(jié)構(gòu)的損傷,動力有限元分析評價 橋梁在外荷載作用下動力平衡方程 、 、 結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、阻尼、剛度矩陣 、 、 加速度、速度、動位移矩陣 為簡化，令 ，得到特征值問題 其中： 得到 若 已知，有 同樣可以測量，可解出 ?？膳袛嘟Y(jié)構(gòu)的損傷,3、荷載試驗法 方法：加載-測試（檢測）；數(shù)據(jù)分析-評價 使用：世界各國；優(yōu)點：直接；缺點：成本高，風(fēng)險大,四階振型（2.5Hz）,應(yīng)變計算值和實測值對比,撓度相對殘余變形值,撓度校驗系數(shù),常見橋梁校驗系數(shù),1、校驗系數(shù)計算應(yīng)使用測點實測值與對應(yīng)的理論值，不應(yīng)外推或內(nèi)插 2、理論計算應(yīng)按規(guī)范原理進行，非線性分析或仿真分析可作為對結(jié)構(gòu)承載力的進一步判斷使用 3、數(shù)據(jù)整理時，應(yīng)按數(shù)理統(tǒng)計方法剔除異常數(shù)據(jù),強 度應(yīng)變校驗系數(shù)、結(jié)構(gòu)承載能力、安全儲備 剛 度-撓度校驗系數(shù)、位移、結(jié)構(gòu)整體工作性能 動力性能抗沖擊性能、基頻、動剛度、結(jié)構(gòu)整體性 抗 裂 性-裂縫,4、專家系統(tǒng)法,方法：以專家意見調(diào)查權(quán)重（特爾斐法）及其關(guān)系-用計算機模擬專家的知識、經(jīng)驗水平和決策機理，對損傷橋梁進行綜合評價 應(yīng)用：研究階段，僅為模糊評價法提供依據(jù) 優(yōu)點：快捷 缺點：人為因素大，系統(tǒng)建立難度高,系統(tǒng)結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)流圖,功能模塊,專家系統(tǒng)法,專家判定值與專家人頻關(guān)系,5、可靠度法,方法：考慮材料退化，計算結(jié)構(gòu)可靠度指標(biāo)， 與最低指標(biāo)對比評定 應(yīng)用：工民建成熟，橋梁初步應(yīng)用 優(yōu)點：可信度高 缺點：復(fù)雜結(jié)構(gòu)難度大，最低可靠度指標(biāo)難 確定,可靠度法,功能函數(shù),橋梁構(gòu)件抗力概率模型,混凝土碳化模型,混凝土強度平均值的經(jīng)時模型,評 估 流 程,可靠度評估,壽命預(yù)測,可靠度法,實例,抗彎可靠度,6、模糊評價法,方法：考慮各因素內(nèi)部關(guān)系的錯綜復(fù)雜性、模 糊性及層次關(guān)系，建立模糊綜合評判的 數(shù)學(xué)模型，以不同的算法給出所需的目 標(biāo)評判結(jié)果 適用：原則上可用于任何結(jié)構(gòu) 優(yōu)點：手段科學(xué)，方法先進 缺點：一般技術(shù)人員較難掌握 層次分析法（AHP） 模糊綜合法 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法 灰色理論法,層次分析法（AHP）,按結(jié)構(gòu)組成的支配關(guān)系將復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)表示為有序的遞階層次結(jié)構(gòu)，通過兩兩比較確定層次中因素的相對重要性，綜合人的判斷以決定因素相對重要性順序，統(tǒng)一處理決策中的定性與定量因素進行評價，分為常權(quán)和變權(quán)模式,橋梁評價用常權(quán)模式,層次分析法（AHP）,梁橋評價模型,中承式鋼管拱橋評價模型及權(quán)重,層次,層次,模糊綜合法,將安全與不安全 、穩(wěn)定與不穩(wěn)定、健康與不健康等不確定性現(xiàn)象及結(jié)構(gòu)量變到質(zhì)變連續(xù)過程用模糊數(shù)學(xué)來定量表示，讓每個因素(指標(biāo))都對評價都有所貢獻(xiàn) ，因素依照權(quán)重進行分配 ，因素間的關(guān)聯(lián)程度以隸屬度表示，分析其綜合結(jié)果 權(quán) 重：專家調(diào)查法、九度法 、不確定層次 法 、特征根法 隸屬度：專家確定法、多相模糊專家統(tǒng)計法 評 價：隸屬度歸一化法、非對稱貼近度法,評價模型,模糊綜合法,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法,將許多簡單的、高度互連的因素(人工神經(jīng)元)構(gòu)成運算處理系統(tǒng)，將外部輸入作出動態(tài)響應(yīng)的形式處理信息。使大量神經(jīng)元相互連接在一起，形成高度非線性的大規(guī)模連續(xù)時間動力系統(tǒng)，采用類似于“黑箱”的方法，通過學(xué)習(xí)和記憶找出輸入、輸出變量之間的非線性關(guān)系，依據(jù)網(wǎng)絡(luò)知識進行推理，得到合理結(jié)果 方法：BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Back propagation)、 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換函數(shù) 采用S型邏輯 非線性函數(shù),，,，,評價模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),評價指標(biāo)值實橋檢測隨機樣本,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法,灰色理論法,對于橋梁評價中的多種因素共同作用，運用灰色關(guān)聯(lián)分析的量化模型，通過參考序列與比較序列各點之間的距離分析來確定確定其關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度，找出各因子之間的影響關(guān)系及影響主要因子，兩者相對變化基本一致，認(rèn)為關(guān)聯(lián)度大，反之關(guān)聯(lián)度小，確定評價結(jié)果 方法：灰色關(guān)聯(lián)分析法、灰色變權(quán)聚類分析法,檢測數(shù)據(jù)序列,關(guān)聯(lián)系數(shù)計算式,灰色理論法,斜拉橋評價模型,7、動力評價法,方法：任何結(jié)構(gòu)都是由剛度、質(zhì)量、阻尼構(gòu)成 力學(xué)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)一旦出現(xiàn)破損，結(jié)構(gòu)參 數(shù)也隨之變化，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的頻響函 數(shù)和模態(tài)參數(shù)的改變。將動力試驗與有 限元分析建模結(jié)合起來進行評價 應(yīng)用：任何結(jié)構(gòu) 優(yōu)點：可確定損傷位置 缺點：評估困難較大,預(yù)設(shè)結(jié)構(gòu)破損方案診斷法,發(fā)生破損后的任意兩階頻率改變量之比僅是破損位置的函數(shù)，而與破損大小無關(guān)： 假設(shè)一組可能的結(jié)構(gòu)破損方案 計算每個假設(shè)方案所對應(yīng)的 值 計算試驗測量的 值 將 與 進行比較，則,所對應(yīng)的破損方案即為結(jié)構(gòu)的實際破損狀態(tài),模態(tài)置信度判據(jù)法（MAC）,未發(fā)生破損,發(fā)生破損,未破損結(jié)構(gòu)測量模態(tài),破損結(jié)構(gòu)后 測量模態(tài),模態(tài)個數(shù),振型曲率法,CMS顯著大者則損傷,振型變化量法,RD較大者發(fā)生損傷,動力分解法,依據(jù)：混凝土結(jié)構(gòu)的基頻與外荷載的關(guān)系 適用：RC簡支梁 參數(shù)：裂縫和結(jié)構(gòu)基頻,ACI規(guī)范 ，AASHTO規(guī)范、04橋規(guī)、加拿大建筑規(guī)范采用,基頻與荷載,裂 縫 參 數(shù),動力分解法,裂縫特征參數(shù)與截面特征參數(shù)的關(guān)系,抗壓區(qū)高度,截面轉(zhuǎn)角,回歸系數(shù),x的計算值與預(yù)測值,動力分解法 靜剛度的初步預(yù)測,平均剛度,單梁剛度變化比較,模型橋各梁的剛度變化,動力分解法 多梁式橋動力分解法,實橋基頻,動力分解法 試驗橋剛度預(yù)測圖,動力分解法 實橋評估系統(tǒng),動力分解法 部分實橋評估,評價實例- 五跨16m砼空心板橋 1、打分排序法評價,2、試驗荷載法評價 中載、偏載兩種方式加載，五個靜載工況、三個動載工況 跨中截面撓度及應(yīng)變校驗系數(shù)個別測點在校驗系數(shù)常值范圍內(nèi)，其余均超出 結(jié)構(gòu)前四階自振頻率實測值均小于計算值 實測沖擊系數(shù)1+=1.2273大于計算值1.1491 整體工作性能較差，安全性不足,3、分析檢算法承載力檢算評價,承載能力檢算系數(shù) 0.93 承載能