橋梁結(jié)構(gòu)探究及優(yōu)化設(shè)計(jì)發(fā)展

1、橋梁結(jié)構(gòu)探究及優(yōu)化設(shè)計(jì)發(fā)展【摘要】對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)開展損傷識(shí)別研究是目前國內(nèi)外的 研究熱點(diǎn)。首先介紹橋梁健康監(jiān)測(cè)的意義與現(xiàn)狀，討論了基 于可靠度的橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的模型。近年來，橋梁結(jié)構(gòu)健 康監(jiān)測(cè)成為國內(nèi)外學(xué)術(shù)界、工程界的研究熱點(diǎn)，重視橋梁檢 測(cè)，提高橋梁管理水平，掌握試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和分析方法，了 解橋梁檢測(cè)的工作程序、檢測(cè)項(xiàng)目及檢測(cè)方法，對(duì)于提高橋 梁的安全使用有著重要的意義。【關(guān)鍵詞】?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)；發(fā)展；損傷識(shí)別隨著交通建設(shè)事業(yè)的蓬勃發(fā)展，橋梁服役年限日漸增 長(zhǎng)，橋梁結(jié)構(gòu)中會(huì)不可避免地出現(xiàn)表面和內(nèi)部缺陷，這些缺 陷往往具有很大的危險(xiǎn)性，如果管養(yǎng)和維護(hù)不好，橋梁的壽 命將會(huì)大大縮短，甚至?xí)l(fā)生突然的破壞

2、，造成人民生命財(cái) 產(chǎn)損失。因而橋梁建筑已不單純作為交通線上重要的工程實(shí) 體，而且常作為一種空間藝術(shù)結(jié)構(gòu)物存在于社會(huì)之中，這就 對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。我國鐵路部門過去對(duì) 鐵路橋梁的疲勞問題進(jìn)行了很多研究，也取得了一些研究成 果，實(shí)際上，橋梁結(jié)構(gòu)的疲勞破壞是橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè) 非常重要的問題。1. 什么是橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)我們知道，交通是社會(huì)的經(jīng)濟(jì)命脈，橋梁是交通的咽喉, 交通不暢會(huì)制約社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，所以保障橋梁的功能性、 耐久性，尤其是安全性至關(guān)重要。為保證橋梁安全運(yùn)行、避 免嚴(yán)重事故發(fā)生，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)應(yīng)運(yùn)而生，那么 到底什么是橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)呢？橋梁專家介紹:橋梁結(jié)構(gòu)

3、健康監(jiān)測(cè)是以科學(xué)的監(jiān)測(cè)理論與方法為基礎(chǔ)，采用各種適宜 的檢驗(yàn)、檢測(cè)手段獲取數(shù)據(jù)，為橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法、計(jì)算假 定、結(jié)構(gòu)模型分析提供驗(yàn)證；對(duì)結(jié)構(gòu)的主要性能指標(biāo)和特性 進(jìn)行分析，及早預(yù)見、發(fā)現(xiàn)和處理橋梁結(jié)構(gòu)安全隱患和耐久 性缺陷，診斷結(jié)構(gòu)突發(fā)和累計(jì)損傷發(fā)生位置與程度，并對(duì)發(fā) 生后果的可能性進(jìn)行判斷與預(yù)測(cè)。通過對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)健康狀態(tài) 的監(jiān)測(cè)與評(píng)估，為橋梁在各種氣候、交通條件下和橋梁運(yùn)營(yíng) 狀況異常時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，為橋梁維護(hù)、維修與管理措施提 供依據(jù)，并通過及時(shí)采取措施達(dá)到防止橋梁坍塌、局部破壞, 保障和延長(zhǎng)橋梁的使用壽命的目的。因此從這些方面看，橋 梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的范圍是非常廣的，我們對(duì)此需要有正確的 認(rèn)識(shí)

4、！2. 橋梁結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀及設(shè)計(jì)城市橋梁結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展經(jīng)過了漫長(zhǎng)的歷程。一般來 說，傳統(tǒng)的橋梁結(jié)構(gòu)分為五大類：梁式橋、拱式橋、剛構(gòu)橋、 斜拉橋和懸索橋。橋梁結(jié)構(gòu)與理論研究的進(jìn)展，生產(chǎn)技術(shù)水 平的提高及結(jié)構(gòu)材料的進(jìn)步密切相關(guān)，因此結(jié)構(gòu)形式隨著社 會(huì)的進(jìn)步在不斷變化著。而近年來，信息和交通運(yùn)輸業(yè)越來 越成為推動(dòng)地區(qū)和國民經(jīng)濟(jì)，提高綜合國力的主要力量，各 類城市都增大了基礎(chǔ)建設(shè)的投入，架橋鋪路。使橋梁建設(shè)的 蓬勃發(fā)展促進(jìn)了橋梁結(jié)構(gòu)的改良和更新。目前橋梁結(jié)構(gòu)的現(xiàn) 狀是：首先橋梁的組合或混合結(jié)構(gòu)體系在不斷的更新。城市 橋梁中，不同體系的組合結(jié)構(gòu)已經(jīng)開始顯現(xiàn)，例如部分斜拉 橋，斜拉拱橋及拱梁組合橋等。這其中，

5、部分斜拉橋的應(yīng)用 較為成功，其構(gòu)造特點(diǎn)是在連續(xù)梁中支點(diǎn)處設(shè)置短索塔，其 塔高只有斜拉橋索塔高度的一半左右，斜拉索通過矮索塔上 設(shè)置的轉(zhuǎn)向塊索鞍對(duì)主梁產(chǎn)生豎向支反力和水平壓力。主梁 承受大部分荷載效應(yīng)，而斜拉索只承擔(dān)小部分荷載，對(duì)主梁 起到一定的幫扶作用，它克服了連續(xù)梁結(jié)構(gòu)受力方面的弱 點(diǎn)，使連續(xù)梁支點(diǎn)處負(fù)彎矩大大降低。其次是新材料及材料 組合應(yīng)用非常的多。我們知道，新材料的發(fā)展會(huì)帶來新設(shè)計(jì) 思路，利用材料組合進(jìn)行設(shè)計(jì)便是一種途徑，根據(jù)結(jié)構(gòu)不同 部位受力情況配置不同材料，以便充分發(fā)揮各自特性，取得 較好的經(jīng)濟(jì)效益。近年來，高強(qiáng)度纖維材料以其優(yōu)良的特性 開始應(yīng)用于橋梁維修加固之中，效果顯著，相信隨

6、著成本的 降低，會(huì)不斷擴(kuò)大應(yīng)用范圍，與其他材料一起建造更為經(jīng)濟(jì) 有效的橋梁。最后是美學(xué)因素將會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的選擇產(chǎn)生絕 對(duì)性的影響。除了傳統(tǒng)的拱橋以外，斜拉橋和懸索橋由于造 型優(yōu)美，標(biāo)志性強(qiáng)，迅速加進(jìn)到城市橋梁建設(shè)之中。城市內(nèi)建 造斜拉橋，獨(dú)塔形式的視覺沖擊力最強(qiáng)，單索面的應(yīng)用會(huì)使 全橋更加簡(jiǎn)潔壯麗。那么橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)又有什么內(nèi)容呢？我們知道，橋梁 設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的，系統(tǒng)的工程。需要豐富的理論知識(shí)，并 且盡量避免主觀經(jīng)驗(yàn)因素對(duì)設(shè)計(jì)的影響。因此在橋梁設(shè)計(jì)過 程中仍然有許多重大的問題需要解決。首先在設(shè)計(jì)中要解決 的就是輕型橋臺(tái)的問題，眾所周知，輕型橋臺(tái)臺(tái)身體積較小, 多為直立的薄壁墻，兩側(cè)設(shè)有用于擋

7、土的翼墻，也可以將側(cè) 墻做成斜坡。因此在兩橋臺(tái)下部設(shè)置鋼筋混凝土支撐梁，上 部結(jié)構(gòu)與橋臺(tái)通過錨栓連接，構(gòu)成四錢框架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，并借 助兩端臺(tái)后的被動(dòng)土壓力來保持穩(wěn)定是比較實(shí)用的。其次就 是鋼筋混凝土的薄壁橋臺(tái)設(shè)計(jì)。一般來說，常用的薄壁輕型 橋臺(tái)有懸臂式、扶壁式、撐墻式、及箱式等，由帶扶壁的前 墻和側(cè)墻以及水平底板構(gòu)成，擋土墻則是由前墻和間距為 2. 53. 5m的扶壁組成。對(duì)它的設(shè)計(jì)需要非常認(rèn)真。再次是 埋置式橋臺(tái)設(shè)計(jì)。根據(jù)橋梁專家的介紹，埋置式橋臺(tái)又可分 為肋板式橋臺(tái)、樁柱式橋臺(tái)和框架式橋臺(tái)。臺(tái)身埋置于錐形 護(hù)坡中，大大減小了橋臺(tái)所受的土壓力，橋臺(tái)的體積也相應(yīng) 減小。但是由于臺(tái)前護(hù)坡是用片石（

8、或混凝土）作表面防護(hù) 的一種永久性設(shè)施，存在著被洪水沖毀而使臺(tái)身裸露的可 能，因此，設(shè)計(jì)時(shí)必須進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算。最后我們當(dāng) 然也要把橋頭路基沉降、滑動(dòng)驗(yàn)算也要考慮在內(nèi)。首先，路 基沉降過大、橋頭跳車、臺(tái)背和梁端過早損壞，加大豎向土 壓力及負(fù)摩阻力，造成橋臺(tái)蓋梁開裂及樁基不均勻下沉、路 面開裂及路基滲水，促使路基失穩(wěn)。其次，由于路基滑動(dòng)使 橋臺(tái)所承受的水平土壓力已遠(yuǎn)大于計(jì)算值，對(duì)于橋頭高路基 和處于改河、填溝段或路基外不遠(yuǎn)處有溝、河的，更要注意 深層滑動(dòng)的驗(yàn)算。因此在設(shè)計(jì)時(shí)要充分注意，以免發(fā)生安全 問題！3. 橋梁結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別橋梁結(jié)構(gòu)是一個(gè)要素和結(jié)構(gòu)復(fù)雜、具有生存環(huán)境和結(jié)構(gòu) 功能的動(dòng)力學(xué)系

9、統(tǒng)。系統(tǒng)研究思路已應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí) 別和健康監(jiān)測(cè)，通過主動(dòng)施加外部能量來實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控 制。橋梁結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別是通過試驗(yàn)和計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu) 的建模。橋梁結(jié)構(gòu)可以看作是一個(gè)處于一定環(huán)境中的橋梁結(jié) 構(gòu)，一定的輸入對(duì)應(yīng)一定的輸出，通過對(duì)系統(tǒng)輸出和輸入的 分析，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)損傷的判斷和識(shí)別。對(duì)這樣一個(gè) 識(shí)別首先應(yīng)確立一個(gè)橋梁整體監(jiān)測(cè)的方法，對(duì)橋梁在使用年 限內(nèi)工作特性的變化進(jìn)行全面深入的研究，建立客觀同一的 橋梁狀態(tài)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。所以整個(gè)技術(shù)的成功開發(fā)乃至結(jié)構(gòu)目標(biāo) 的最終實(shí)現(xiàn)有賴于更好地結(jié)合系統(tǒng)自身的要素、結(jié)構(gòu)和系統(tǒng) 工作環(huán)境。因此在具體實(shí)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的損傷識(shí)別時(shí)，我 們?cè)诋?dāng)前主要有以下幾方

10、面的工作：第一是針對(duì)系統(tǒng)輸出： 開發(fā)和應(yīng)用以無線通訊技術(shù)為手段的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；發(fā)能適 用于交通荷載風(fēng)荷載及定點(diǎn)測(cè)試荷載的傳感器最優(yōu)布設(shè)技 術(shù)；第二是針對(duì)系統(tǒng)輸入和輸出的反向分析：采用動(dòng)態(tài)邊 界子結(jié)構(gòu)原理，開發(fā)以結(jié)構(gòu)模型修正法為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)損傷識(shí) 別技術(shù)；研究非線性結(jié)構(gòu)模型的時(shí)域評(píng)估方法及系統(tǒng)識(shí)別技 術(shù)；尋找更適合橋梁監(jiān)測(cè)的新指紋；開發(fā)橋梁觀察與監(jiān)測(cè)收 據(jù)管理系統(tǒng)及決策專家系統(tǒng)；綜合良態(tài)建模技術(shù)，改善有限 元模型修正方法；第三是系統(tǒng)分析的終端應(yīng)用：根據(jù)觀察與 監(jiān)測(cè)的結(jié)果分析剩余的承載能力；建立橋梁安全準(zhǔn)則及能用 于橋梁整個(gè)壽命過程經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的估價(jià)模型。這樣才能讓橋 梁結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別工作做好！4. 結(jié)語我們國家自從改革開放以來在交通業(yè)上已經(jīng)取得了飛 速發(fā)展