在役桥梁钢结构的损伤检测与安全评估.pdfVIP

第八届全国现代结构工程学术研讨会 在役桥梁钢结构的损伤检测与安全评估+ 姚南1张天申2王元清1石永久 1清华大学结构T样J，振动敦爵部霹点虫骑窄．北京100084；2清华大学结构t冉幸=!；_删t{，心．北京100084) 提要：随着我嘲桥梁建设事业帝I钢结构制造、fk不断发展，越求越多n勺桥梁爿乏用了钢结构，j‘是对在役钢结构的检测、评估、 维护和加【15】方法的研究将成为今后几十年的一个热点，这也符合我闻建设资源节约型|14家的要求。本文概述述了桥粱 铡结构损伤机理和类别，介绍r在役桥梁榆测评估的‘般力法流程，列举了常用的尢捌探伤技术j手|J桥粱评估指标。此 外。还对相关领域今年柬的研究进展作r简耍介绍，最后在前文基础}i埘今后研究的发展方向作H{展掣，提…现有研 究存在的一屿不足和作者对此的看法。 关键词：损伤检测，计估指标，无损探测，动力指纹 一、日u盂 钢结构由于具有强度高、自重轻、施_[速度快等优点，故一直是人们喜爱采用的一种结构，近百年来得到了 快速的发展。改革开放前，钢材使用受到限制，钢结构在桥梁中的运用多见于铁路桥梁。随着我图钢结构事业的 发展，越来越多的公路桥、人行景观桥卜部结构采用钢结构，这使得桥梁设计朝着人跨度，劲刚度、高强度方向 发展。钢结构加工和安装技术的日渐成熟也为现代桥梁结构各种独特造型的构造提供了可能ll】。 工程结构检测、鉴定、评估业是一个占老而崭新的领域，占老是因为它伴随着建筑的历史，崭新m0由于它是 一fJ新兴的多学科相互交叉的边缘性学科‘zj。发达国家的十术T程行业在国民牛j“总值巾占有干fI当大的比例，但 在20世纪70年代，其大规模的新建设高潮已经过去，在役上程结构的检测、鉴定、加固、维修‘j改造成为热点。 我国正处于建国以来的第二：个建设高潮，中国正在进行世界上最大规模的基本建设，这其中包括了大量的桥梁T 程。对于在役桥梁的损伤检测和安全评估，以往的』：程经验和规范标准限于观凝土桥或参考一股公路桥的结构特 征，但随着桥梁铡结构的发展，．与之相应的监测、榆测、评估、加州1：作理论和方法的研究显得欠缺。由于钢结 构的与混凝土结构在材料、构件尺寸、连接构造上的巨大差异，钢结构桥的检测评估理论和方法需要在传统方法 上进一步发展。 桥梁钢结构损伤机理和类别 (一)桥梁钢结构损伤原因 目前关f钢结构的损伤还没有标准的定义。桥梁l一程中的钢结构多用于环境恶劣或足需要承受动力、周期 循环荷载的场合，再加上钢材加T和钢结构焊接时存在各种初始缺陷，这些缺陷在周围环境及荷载共同作用下会 导敛钢材内部微裂纹的广：生并不断发展造成截面或节点刚度退化，严重的旌至发展成钢结构的断裂破坏；另外钢 结构在遭受各种自然灾害作用后也会导致钢结构强度的退化及产!l二可观的塑性残余变形，这些都可以归为钢结构 的损伤。带损伤钢结构其承载力、刚度、稳定性较设计时都育所F降，在。定情况F可能会引起结构的失效，造 成严重的安全问题，这就使得对在役钢结构的检测成为必需。 (二)桥梁钢结构损伤一般分类 桥梁铡结构损伤按损伤引起原因一般可分为以F几类：动力、周期荷载作用卜．的疲劳拟伤：环境作用下的钢 材腐蚀引起的损伤；自然灾害如火灾、地震、海啸、暴风雪等的作用造成铡结构强度退化以及过大理性变形 等损伤。以卜：种损伤并不是相互独莎的，而是口，能同时出现在㈦·桥梁结构中。 桥梁钢结构损伤也叮按位置分为构件损伤和节点域的损伤。节点域由于构造、受力复杂，且一般存在焊接 +摹会项R：“IK’’闱家}：}技支撑LI划谋题fN02(X16BAJ03A02¨ 1558 工业建筑2008增刊 第八届全国现代结构工程学术研讨会 残余应力，常常成为损伤积累发展的区域。 (三)损伤力学中对钢结构损伤的诠释 损伤力学是近30年发展起来的一门新的学科。它是材料与结构的变形与破坏理论的重要组成部分。自 人提出损伤力学(DanmageMechanics)的新名词至今，几十年的时间内损伤力学研究获得了重要的进展，其应用也 越来越广泛ljJ。 损伤力学中对钢结构损伤的描述是这样的：钢结构构件，从加工到安装整个过程中，不可避免地会使构件的 内部或表面产生微小的缺陷(如小于lmm的裂纹或空隙