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【摘 要】对桥梁结构开展损伤识别研究是目前国内外的研究热点。首先介绍桥梁健康监测的意义与现状，讨论了基于可靠度的橋梁结构优化设计的模型。近年来，桥梁结构健康监测成为国内外学术界、工程界的研究热点，重视桥梁检测，提高桥梁管理水平，掌握试验数据处理和分析方法，了解桥梁检测的工作程序、检测项目及检测方法，对于提高桥梁的安全使用有着重要的意义。
【关键词】优化设计 发展 损伤识别
随着交通建设事业的蓬勃发展，桥梁服役年限日渐增长，桥梁结构中会不可避免地出现表面和内部缺陷，这些缺陷往往具有很大的危险性，如果管养和维护不好，桥梁的寿命将会大大缩短，甚至会发生突然的破坏，造成人民生命财产损失。因而桥梁建筑已不单纯作为交通线上重要的工程实体，而且常作为一种空间艺术结构物存在于社会之中，这就对桥梁结构的设计提出了更高的要求。我国铁路部门过去对铁路桥梁的疲劳问题进行了很多研究，也取得了一些研究成果，实际上，桥梁结构的疲劳破坏是桥梁结构设计中的一个非常重要的问题。
1. 什么是桥梁结构健康监测
我们知道，交通是社会的经济命脉，桥梁是交通的咽喉，交通不畅会制约社会的经济发展，所以保障桥梁的功能性、耐久性，尤其是安全性至关重要。为保证桥梁安全运行、避免严重事故发生，对桥梁结构进行健康监测应运而生，那么到底什么是桥梁结构健康监测呢？桥梁专家介绍:桥梁结构健康监测是以科学的监测理论与方法为基础，采用各种适宜的检验、检测手段获取数据，为桥梁结构设计方法、计算假定、结构模型分析提供验证;对结构的主要性能指标和特性进行分析，及早预见、发现和处理桥梁结构安全隐患和耐久性缺陷，诊断结构突发和累计损伤发生位置与程度，并对发生后果的可能性进行判断与预测。通过对桥梁结构健康状态的监测与评估，为桥梁在各种气候、交通条件下和桥梁运营状况异常时发出预警信号，为桥梁维护、维修与管理措施提供依据，并通过及时采取措施达到防止桥梁坍塌、局部破坏，保障和延长桥梁的使用寿命的目的。因此从这些方面看，桥梁结构健康监测的范围是非常广的，我们对此需要有正确的认识！
2. 桥梁结构的现状及设计
城市桥梁结构体系的发展经过了漫长的历程。一般来说，传统的桥梁结构分为五大类：梁式桥、拱式桥、刚构桥、斜拉桥和悬索桥。桥梁结构与理论研究的进展，生产技术水平的提高及结构材料的进步密切相关，因此结构形式随着社会的进步在不断变化着。而近年来,信息和交通运输业越来越成为推动地区和国民经济,提高综合国力的主要力量,各类城市都增大了基础建设的投入,架桥铺路。使桥梁建设的蓬勃发展促进了桥梁结构的改良和更新。目前桥梁结构的现状是：首先桥梁的组合或混合结构体系在不断的更新。城市桥梁中，不同体系的组合结构已经开始显现，例如部分斜拉桥，斜拉拱桥及拱梁组合桥等。这其中，部分斜拉桥的应用较为成功，其构造特点是在连续梁中支点处设置短索塔，其塔高只有斜拉桥索塔高度的一半左右，斜拉索通过矮索塔上设置的转向块索鞍对主梁产生竖向支反力和水平压力。主梁承受大部分荷载效应，而斜拉索只承担小部分荷载，对主梁起到一定的帮扶作用，它克服了连续梁结构受力方面的弱点，使连续梁支点处负弯矩大大降低。其次是新材料及材料组合应用非常的多。我们知道，新材料的发展会带来新设计思路，利用材料组合进行设计便是一种途径，根据结构不同部位受力情况配置不同材料，以便充分发挥各自特性，取得较好的经济效益。近年来，高强度纤维材料以其优良的特性开始应用于桥梁维修加固之中，效果显著，相信随着成本的降低，会不断扩大应用范围，与其他材料一起建造更为经济有效的桥梁。最后是美学因素将会对桥梁结构的选择产生绝对性的影响。除了传统的拱桥以外,斜拉桥和悬索桥由于造型优美,标志性强,迅速加进到城市桥梁建设之中。城市内建造斜拉桥,独塔形式的视觉冲击力最强,单索面的应用会使全桥更加简洁壮丽。
那么桥梁结构的设计又有什么内容呢？我们知道，桥梁设计是一个复杂的，系统的工程。需要丰富的理论知识，并且尽量避免主观经验因素对设计的影响。因此在桥梁设计过程中仍然有许多重大的问题需要解决。首先在设计中要解决的就是轻型桥台的问题，众所周知，轻型桥台台身体积较小，多为直立的薄壁墙，两侧设有用于挡土的翼墙，也可以将侧墙做成斜坡。因此在两桥台下部设置钢筋混凝土支撑梁，上部结构与桥台通过锚栓连接，构成四铰框架结构系统，并借助两端台后的被动土压力来保持稳定是比较实用的。其次就是钢筋混凝土的薄壁桥台设计。一般来说，常用的薄壁轻型桥台有悬臂式、扶壁式、撑墙式、及箱式等，由带扶壁的前墙和侧墙以及水平底板构成，挡土墙则是由前墙和间距为2.5～3.5m的扶壁组成。对它的设计需要非常认真。再次是埋置式桥台设计。根据桥梁专家的介绍，埋置式桥台又可分为肋板式桥台、桩柱式桥台和框架式桥台。台身埋置于锥形护坡中，大大减小了桥台所受的土压力，桥台的体积也相应减小。但是由于台前护坡是用片石（或混凝土）作表面防护的一种永久性设施，存在着被洪水冲毁而使台身裸露的可能，因此，设计时必须进行强度和稳定性验算。最后我们当然也要把桥头路基沉降、滑动验算也要考虑在内。首先，路基沉降过大、桥头跳车、台背和梁端过早损坏，加大竖向土压力及负摩阻力，造成桥台盖梁开裂及桩基不均匀下沉、路面开裂及路基渗水，促使路基失稳。其次，由于路基滑动使桥台所承受的水平土压力已远大于计算值，对于桥头高路基和处于改河、填沟段或路基外不远处有沟、河的，更要注意深层滑动的验算。因此在设计时要充分注意，以免发生安全问题！
3. 桥梁结构的损伤识别
桥梁结构是一个要素和结构复杂、具有生存环境和结构功能的动力学系统。系统研究思路已应用于桥梁结构损伤识别和健康监测，通过主动施加外部能量来实现对系统的控制。桥梁结构的损伤识别是通过试验和计算机来实现对结构的建模。桥梁结构可以看作是一个处于一定环境中的桥梁结构，一定的输入对应一定的输出，通过对系统输出和输入的分析，可以实现对桥梁结构损伤的判断和识别。对这样一个识别首先应确立一个桥梁整体监测的方法，对桥梁在使用年限内工作特性的变化进行全面深入的研究，建立客观同一的桥梁状态评估标准。所以整个技术的成功开发乃至结构目标的最终实现有赖于更好地结合系统自身的要素、结构和系统工作环境。因此在具体实现桥梁结构系统的损伤识别时，我们在当前主要有以下几方面的工作：第一是针对系统输出：开发和应用以无线通讯技术为手段的数据采集系统；发能适用于交通荷载风荷载及定点测试荷载的传感器最优布设技术；第二是针对系统输入和输出的反向分析：采用动态边界子结构原理，开发以结构模型修正法为基础的结构损伤识别技术；研究非线性结构模型的时域评估方法及系统识别技术；寻找更适合桥梁监测的新指纹；开发桥梁观察与监测收据管理系统及决策专家系统；综合良态建模技术，改善有限元模型修正方法；第三是系统分析的终端应用：根据观察与监测的结果分析剩余的承载能力；建立桥梁安全准则及能用于桥梁整个寿命过程经济评价的估价模型。这样才能让桥梁结构的损伤识别工作做好！
结语
我们国家自从改革开放以来在交通业上已经取得了飞速发展，特别是桥梁工程的建造，为其注入了巨大的活力。因此我们一定要做好桥梁结构研究及优化设计发展工作，为我国的交通运输业发展做出自己的贡献
参考文献：
[1]黎旭东.《桥梁结构探析》[M].人民交通出版社,2010.
[2]刘志义.《浅谈组合结构桥梁》[M].建筑工程，2009.
[3]欧汉声，张志刚.《桥梁结构研究及设计》[M].科技信息，2007.
（作者单位：秦皇岛市市政设计院）
【关键词】优化设计 发展 损伤识别
随着交通建设事业的蓬勃发展，桥梁服役年限日渐增长，桥梁结构中会不可避免地出现表面和内部缺陷，这些缺陷往往具有很大的危险性，如果管养和维护不好，桥梁的寿命将会大大缩短，甚至会发生突然的破坏，造成人民生命财产损失。因而桥梁建筑已不单纯作为交通线上重要的工程实体，而且常作为一种空间艺术结构物存在于社会之中，这就对桥梁结构的设计提出了更高的要求。我国铁路部门过去对铁路桥梁的疲劳问题进行了很多研究，也取得了一些研究成果，实际上，桥梁结构的疲劳破坏是桥梁结构设计中的一个非常重要的问题。
1. 什么是桥梁结构健康监测
我们知道，交通是社会的经济命脉，桥梁是交通的咽喉，交通不畅会制约社会的经济发展，所以保障桥梁的功能性、耐久性，尤其是安全性至关重要。为保证桥梁安全运行、避免严重事故发生，对桥梁结构进行健康监测应运而生，那么到底什么是桥梁结构健康监测呢？桥梁专家介绍:桥梁结构健康监测是以科学的监测理论与方法为基础，采用各种适宜的检验、检测手段获取数据，为桥梁结构设计方法、计算假定、结构模型分析提供验证;对结构的主要性能指标和特性进行分析，及早预见、发现和处理桥梁结构安全隐患和耐久性缺陷，诊断结构突发和累计损伤发生位置与程度，并对发生后果的可能性进行判断与预测。通过对桥梁结构健康状态的监测与评估，为桥梁在各种气候、交通条件下和桥梁运营状况异常时发出预警信号，为桥梁维护、维修与管理措施提供依据，并通过及时采取措施达到防止桥梁坍塌、局部破坏，保障和延长桥梁的使用寿命的目的。因此从这些方面看，桥梁结构健康监测的范围是非常广的，我们对此需要有正确的认识！
2. 桥梁结构的现状及设计
城市桥梁结构体系的发展经过了漫长的历程。一般来说，传统的桥梁结构分为五大类：梁式桥、拱式桥、刚构桥、斜拉桥和悬索桥。桥梁结构与理论研究的进展，生产技术水平的提高及结构材料的进步密切相关，因此结构形式随着社会的进步在不断变化着。而近年来,信息和交通运输业越来越成为推动地区和国民经济,提高综合国力的主要力量,各类城市都增大了基础建设的投入,架桥铺路。使桥梁建设的蓬勃发展促进了桥梁结构的改良和更新。目前桥梁结构的现状是：首先桥梁的组合或混合结构体系在不断的更新。城市桥梁中，不同体系的组合结构已经开始显现，例如部分斜拉桥，斜拉拱桥及拱梁组合桥等。这其中，部分斜拉桥的应用较为成功，其构造特点是在连续梁中支点处设置短索塔，其塔高只有斜拉桥索塔高度的一半左右，斜拉索通过矮索塔上设置的转向块索鞍对主梁产生竖向支反力和水平压力。主梁承受大部分荷载效应，而斜拉索只承担小部分荷载，对主梁起到一定的帮扶作用，它克服了连续梁结构受力方面的弱点，使连续梁支点处负弯矩大大降低。其次是新材料及材料组合应用非常的多。我们知道，新材料的发展会带来新设计思路，利用材料组合进行设计便是一种途径，根据结构不同部位受力情况配置不同材料，以便充分发挥各自特性，取得较好的经济效益。近年来，高强度纤维材料以其优良的特性开始应用于桥梁维修加固之中，效果显著，相信随着成本的降低，会不断扩大应用范围，与其他材料一起建造更为经济有效的桥梁。最后是美学因素将会对桥梁结构的选择产生绝对性的影响。除了传统的拱桥以外,斜拉桥和悬索桥由于造型优美,标志性强,迅速加进到城市桥梁建设之中。城市内建造斜拉桥,独塔形式的视觉冲击力最强,单索面的应用会使全桥更加简洁壮丽。
那么桥梁结构的设计又有什么内容呢？我们知道，桥梁设计是一个复杂的，系统的工程。需要丰富的理论知识，并且尽量避免主观经验因素对设计的影响。因此在桥梁设计过程中仍然有许多重大的问题需要解决。首先在设计中要解决的就是轻型桥台的问题，众所周知，轻型桥台台身体积较小，多为直立的薄壁墙，两侧设有用于挡土的翼墙，也可以将侧墙做成斜坡。因此在两桥台下部设置钢筋混凝土支撑梁，上部结构与桥台通过锚栓连接，构成四铰框架结构系统，并借助两端台后的被动土压力来保持稳定是比较实用的。其次就是钢筋混凝土的薄壁桥台设计。一般来说，常用的薄壁轻型桥台有悬臂式、扶壁式、撑墙式、及箱式等，由带扶壁的前墙和侧墙以及水平底板构成，挡土墙则是由前墙和间距为2.5～3.5m的扶壁组成。对它的设计需要非常认真。再次是埋置式桥台设计。根据桥梁专家的介绍，埋置式桥台又可分为肋板式桥台、桩柱式桥台和框架式桥台。台身埋置于锥形护坡中，大大减小了桥台所受的土压力，桥台的体积也相应减小。但是由于台前护坡是用片石（或混凝土）作表面防护的一种永久性设施，存在着被洪水冲毁而使台身裸露的可能，因此，设计时必须进行强度和稳定性验算。最后我们当然也要把桥头路基沉降、滑动验算也要考虑在内。首先，路基沉降过大、桥头跳车、台背和梁端过早损坏，加大竖向土压力及负摩阻力，造成桥台盖梁开裂及桩基不均匀下沉、路面开裂及路基渗水，促使路基失稳。其次，由于路基滑动使桥台所承受的水平土压力已远大于计算值，对于桥头高路基和处于改河、填沟段或路基外不远处有沟、河的，更要注意深层滑动的验算。因此在设计时要充分注意，以免发生安全问题！
3. 桥梁结构的损伤识别
桥梁结构是一个要素和结构复杂、具有生存环境和结构功能的动力学系统。系统研究思路已应用于桥梁结构损伤识别和健康监测，通过主动施加外部能量来实现对系统的控制。桥梁结构的损伤识别是通过试验和计算机来实现对结构的建模。桥梁结构可以看作是一个处于一定环境中的桥梁结构，一定的输入对应一定的输出，通过对系统输出和输入的分析，可以实现对桥梁结构损伤的判断和识别。对这样一个识别首先应确立一个桥梁整体监测的方法，对桥梁在使用年限内工作特性的变化进行全面深入的研究，建立客观同一的桥梁状态评估标准。所以整个技术的成功开发乃至结构目标的最终实现有赖于更好地结合系统自身的要素、结构和系统工作环境。因此在具体实现桥梁结构系统的损伤识别时，我们在当前主要有以下几方面的工作：第一是针对系统输出：开发和应用以无线通讯技术为手段的数据采集系统；发能适用于交通荷载风荷载及定点测试荷载的传感器最优布设技术；第二是针对系统输入和输出的反向分析：采用动态边界子结构原理，开发以结构模型修正法为基础的结构损伤识别技术；研究非线性结构模型的时域评估方法及系统识别技术；寻找更适合桥梁监测的新指纹；开发桥梁观察与监测收据管理系统及决策专家系统；综合良态建模技术，改善有限元模型修正方法；第三是系统分析的终端应用：根据观察与监测的结果分析剩余的承载能力；建立桥梁安全准则及能用于桥梁整个寿命过程经济评价的估价模型。这样才能让桥梁结构的损伤识别工作做好！
结语
我们国家自从改革开放以来在交通业上已经取得了飞速发展，特别是桥梁工程的建造，为其注入了巨大的活力。因此我们一定要做好桥梁结构研究及优化设计发展工作，为我国的交通运输业发展做出自己的贡献
参考文献：
[1]黎旭东.《桥梁结构探析》[M].人民交通出版社,2010.
[2]刘志义.《浅谈组合结构桥梁》[M].建筑工程，2009.
[3]欧汉声，张志刚.《桥梁结构研究及设计》[M].科技信息，2007.
（作者单位：秦皇岛市市政设计院）