桥梁运营、养护和管理所面临的问题、现状及对策研究

桥梁运营、养护和管理所面临的问题、现状及对策研究

项贻强 陈向阳 翁沙羚 王晖

（浙江大学交通工程研究所 浙江 杭州 310027）

摘要：本文讨论了目前已建道路桥梁运营、养护和管理中所面临的问题、现状，对未来的桥梁运营、养护

和管理的发展及研究提出了新思路，并就有关的关键技术进行了研究和阐述。

关键词：桥梁 运营 养护 管理 健康监测 检测 损伤识别 加固 研究

1. 面临的问题

随着交通运输事业的发展，交通运输量大幅度增长，行车密度及车辆载重越来越大，而现有道路中部分桥梁或由于当初设计标准低，经过一段时间的交通发展，荷载标准或桥上、桥下的净空不能满足新交通的需要，或结构陈旧老化、破损影响到它原有设计能力而危及运行的，严重影响了交通运输的发展。目前公路桥梁运营养护和管理所面临的问题主要有：

1) 交通量越来越大，旧桥的承载能力很多已经不能满足新的荷载等级要求。

2) 桥梁耐久性问题

由于设计考虑欠周，钢筋腐蚀、冻融损坏、碱集料反应和化学物质侵袭、环境影响等，使得结构的承载力会随着时间推移而降低。尤其是，当混凝土保护层剥露、钢筋腐蚀后，其有效截面积会不断减小，就使得结构的承载能力迅速下降，并不可恢复，严重时还会出现钢筋断裂。当结构的剩余承载能力低于作用荷载时，桥梁结构就有可能发生破坏。因此，由钢筋腐蚀病害而引起的桥梁耐久性问题，已成为一个非常突出的灾害性问题。

3) 疲劳问题

桥梁所采用的材料往往含有微小的缺陷,在循环荷载作用下,这些微缺陷(微裂纹和微孔洞)会成核，发展及合并形成损伤,并逐步在材料中形成宏观裂纹。如果宏观裂纹不得到有效控制,极有可能会引起材料、结构的脆性断裂。疲劳损伤是钢桥设计中的核心问题,有不少因疲劳断裂引起桥梁垮塌的案例。早期疲劳损伤往往不易被检测到,但其带来的后果可能是灾难性的。

4) 桥梁的超载

桥梁的超载现象是客观存在的，在某些路段十分突出，有两种情况：其一是早期修建的老桥超龄、超负载运营;另一种情况是违规超载车辆的存在。前者产生的原因主要是设计规范的变化和交通量的增加及重载车辆的发展所致,这种现象是必然的;而后者是由于车辆使用者违反交通运输法规超载营运,这样的违规超载现象在中国公路运输中是很普遍的。超载会使桥梁损伤和裂缝加剧,甚至会出现一些过载引发的结构破坏事故。

5) 偶然事件的发生、撞击

船只和车辆撞击桥梁、火灾等突发事件时有发生，严重的发生车毁、船沉、桥塌的恶性事故，极大威胁着桥梁的正常使用和耐久性。

6) 维修资金紧缺、缺乏有效的监测和管理

限于资金和材料的紧缺，一方面不可能大量地拆除旧桥改建新桥，另一方面，还缺乏一整套有效的桥梁运营监测和管理的系统，帮助管理者维护桥梁。另外，从桥梁的设计到使用，____________________________________________________________________________https://www.360docs.net/doc/7e10455943.html,

由于科技发展水平的限制，还有许多我们所未知的，如桥梁的地震特性，风振特性及控制及复杂结构的确切的空间受力行为和强度机理等方面研究都只能说是初步的，至少是不全面的。

针对目前公路桥梁所面临的问题，对桥梁采取有效的监测检测、分析、维修与加固等技术措施，对于降低投资、延长结构的使用寿命、减少灾难性事故的发生、维持和缓解当前交通压力显得尤为重要。而桥梁的养护、监测、检测、分析、加固改造过程处在一种位置、结构形式不断变化，材料、空间都受到局限的被动的技术状态之下，加上桥梁结构形式多样，地形、地质变化差别很大，跨径大小不同，建筑方法和材料特性各异等因素，使桥梁检测加固成为当前广泛存在而又变化多端、极其复杂的一项课题，必须利用现有的科学技术及新材料、新方法，对现有道路桥梁的运营、养护和管理提出一种全面的解决方案。

2.桥梁运营养护和管理及检测技术现状

针对桥梁运营养护和管理面临的问题，目前常规的主要的手段和检测方法、技术有外观目测调查分析及借助部分仪器设备的检测判断，检测方法根据问题的不同，分为以下几个方面：2.1 混凝土强度的检测

1）无损检测法

比较常用的是超声波速法与回弹仪法,可使测定的强度误差缩小到12%以内。

2）挖取试样法

这种检验方法的优点是既能做强度试验又能做弹性摸量与密度试验，测定结果也符合实际情况。缺点是破损了结构、费工、试验条件要求较高。因此常用于测定精度要求高的含筋量较小的大体积混凝土。

2.2 裂缝检测

桥梁结构出现裂缝之后，应加强检查与观测。根据裂缝的特征，结合设计、施工资料进行分析、查明裂缝性质、原因极其危害程度，确定是否需要修补并为修补方案的制定提供可靠的依据。检测内容包括：

（1）裂缝发生的部位、走向、宽度、深度、分布状况以及大小和长度等；

（2）裂缝的变化发展情况。观测裂缝的仪器一般有塞尺、手持式读数显微镜。也可采用长标距裂缝应变片、千分表引伸仪等。裂缝宽度的检测一般用手持式读数显微镜,测量结构较为精确，精度可以达到0.01mm。

为了了解裂缝对结构的危害程度对一些主要裂缝要进行深度的检测，现在比较常用的方法是超声波技术检测裂缝深度，这种技术对结构没有损害，且精度也较高。但是还有一些不足，当有钢筋穿过裂缝时，如果发射和接收换能器的联线靠近钢筋，则沿钢筋传播的脉冲首先到达接收换能器，测试结果不能反映裂缝的深度。试验证明，当换能器与钢筋的距离大于或等于1.5倍的裂缝深度时，可基本避开钢筋对测试结果的影响。

2.3 承载力的检测

现有桥梁承载力的检定，常采用以下两种方法：

1)荷载试验法

此法是比较普遍采用的方法，通过现场荷载试验及测试，可以直接检验桥梁的实际承载力。它又分为：静载试验和动载试验。静载试验测试内容包括应变、挠度和裂缝。动载试验法主要是通过对桥梁载在动荷载作用下产生的动力系数、自振频率和阻尼数据进行分析，求得桥梁的实际承载能力。近年来,桥梁动载试验由于工作量较小,费用低,试验时间短,操作方便、快捷而受到青睐，因此，桥梁动载试验迅速发展起来,并得到了广泛的应用，但是桥梁动载试验在真正的实际应用中还存在一些局限，有待进一步解决。

(1) 目前国际上广泛采用的以结构自振频率或结构位移模态为基础的损伤识别指标体系不够理想。桥梁作为一个由多种材料,不同结构组合而成的大型综合系统,系统各个成分应力状态、易损性不一,刚度、动力特性相差甚大。笼统地用某种单一的动力特性变化指标去评估整体结构的状态,是难以取得预期的效果的。

(2) 桥梁动载试验对桥梁结构的功能(承载力、变形量、可靠性等)进行定性分析比较容易，但进行定量评估则相当困难。

由于上述局限，在许多方面，桥梁动载试验、损伤识别还必须与最成熟的静载试验结合使用。随着计算机和计算分析技术的不断进步，先进的智能化数字化仪器仪表的广泛使用，以及其本身技术的发展，桥梁动力试验、损伤识别的局限将很大程度地被克服，必将显示出其令人振奋的发展前景。

2)长期跟踪法

此法是由实际交通情况来检定桥梁承载力的动态求法。它是对被检定桥梁进行相当长期的观测，根据桥梁通过的车辆荷载，测定车辆通过时桥梁各主要部位的挠度（跨中或产生挠度最大处）、应变、应力、裂缝开展情况等数据，然后对这些数据进行统计分析，从而得出桥梁可以承受的荷载等级。

但是一般用于结构监测的传统传感器，其测量能力只局限于逐点检测，当需要对大型结构如桥梁的状况进行评估时，采用具有的大面积检测能力的传感器就显得非常重要了。此外，对桥梁结构的承载能力的“非侵入式”检测也是桥梁工程界的迫切需求。

2.4 钢筋腐蚀及氯化物含量的检测

用于预测桥面系或混凝土结构钢筋腐蚀等病害的一般方法是：测量氯化物含量和钢筋腐蚀的半电池电势，并进行肉眼观测，这样既费时又妨碍交通。更糟的是它不能就沥青桥面铺装的整个病害情况提供准确数据。因只把注意力集中在由于腐蚀而导致的顶面钢筋保护层的层裂上，而忽视了由于冻/融循环造成的沥青铺装层下的混凝土裂崩的检测。

使用雷达、红外热像仪、激光光学、超声波和其它一些心得技术手段可在仅仅一天之内就能准确地测量成百上千公里路面或几十座桥的桥面。

“红外热像仪”是利用一台红外摄像机来产生一幅桥面温度图的。这种温度图像揭示了在阳光照射下混凝土裂层之上那个的桥面“热点”。这种温度较高的“热点”是由于薄的充满空气的裂层就象绝热体一样，使得其上的混凝土的温度上升得更快些而形成的。“雷达”的工作原理是发射短促的电磁脉冲，然后由这些电磁脉冲形成的电磁波可被混凝土中的各种异质界面反射回来而产生回波。雷达回波的交替变化之波形和混凝土发生病害及出现层裂后

状况有密切的对应关系（但解释判读困难）。将雷达检测混凝土的冻/融裂崩和高含水量以及红外热像仪在干燥情况下检测混凝土层裂这两种方法结合起来就可以创造一种有效地检测大多数病害类型的检测方法。

2.5 疲劳问题的检测

目前对于钢结构、特别是埋置在混凝土中的缆索锚头间的钢筋的疲劳问题还没有一个很好的检测办法，许多学者正尝试通过各种方法进行检测研究，目前，往往借助直观的检测。

3. 桥梁养护和管理新概念及研究

3.1增加养护维修和管理资金的投入

增加养护维修和管理资金的投入，引进先进的现代化技术，加大对养护和管理科技方面的投入，实施有效的养护维修和管理，可以使目前相当数量的桥梁的使用性能得以改善，寿命得以延长，减少和避免灾难性事故的发生。

3.2 设计健康的桥梁

桥梁设计工程师应重视桥梁的设计，选型方面要便于养护、材料要耐久，细部设计要周全，部分构件要尽可能考虑可更换，并应在可能遭受撞击的部位设置防撞设施，尽可能减少结构的暴露面，经济合理美观。

3.3 建立桥梁健康档案和健康监测评估系统

现代桥梁建设的跨径越来越大，大桥的安全运营关系到一个国家的交通、经济发展、军事乃至人民生命财产安全。桥梁工程具有投资大、设计周期长、使用环境恶劣，易受周围大气、温度、湿度及天气的影响而发生劣化以及长期承受动荷载等特点，因而对桥梁结构进行施工监控和长期健康监测显得非常必要。随着计算机技术、通讯技术及各类传感技术的发展，使桥梁的养护和管理模式由以往的外观目测调查分析及借助部分仪器设备的检测判断为主逐渐发展为综合运用现代科技和手段，进行全方位的监测检测和计算机管理评估成为可能。目前已有不少学者和养护管理部门研究开发提出了如桥梁健康监测、损伤识别及综合养护管理评估等理论、方法及相关的系统，大型桥梁和结构的健康监测与诊断技术在国外已经受到广泛的关注和重视,成为了桥梁研究的热点问题，它主要表现为以下几个方面。

3.3.1 桥梁健康监测评估

Housner (1997) 等人将结构健康监测定义为：一种从营运状态的结构中获取并处理数据，评估结构的主要性能指标（如可靠性、耐久性等）的有效方法。它结合了无损检测（NDT）和结构特性分析（包括结构响应），目的是为了诊断结构中是否有损伤发生，判断损伤的位置，估计损伤的程度以及损伤对结构将要造成的后果。总的来说，结构健康监测系统应该能够进行结构损伤识别和状态评估。一个典型的桥

图1 典型的桥梁结构健康监测评估系统结构

梁健康监测评估系统如图1所示。

桥梁健康监测的基本内涵即是通过对桥梁结构状态的监控与评估，为大桥在特殊气候、交通条件下或桥梁营运状况严重异常时触发预警信号，为桥梁维护、维修与管理决策提供依据和指导。为此，监测系统应对以下几个方面进行监控：

1)桥梁结构在正常环境与交通条件下营运的物理与力学状态；

2)桥梁重要非结构构件（如支座）和附属设施（如振动控制元件）的工作状态；

3)结构构件耐久性；

4)桥梁所处环境条件等。

与传统的检测技术不同，大型桥梁健康监测不仅要求在测试上具有快速大容量的信息采集与通讯能力，而且力求对结构整体行为的实时监控和对结构状态的智能化评估。

然而，桥梁结构健康监测不仅仅只是为了结构状态监控与评估。由于大型桥梁的力学和结构特点以及所处的特定环境，在大桥设计阶段完全掌握和预测结构的力学特性和行为是非常困难的。结构理论分析常基于理想化的有限元离散模型，并且分析时常以很多假定条件为前提，这些往往与实际的真实条件不全相符。因此，通过桥梁健康监测所获得的实际结构的动静力行为来验证大桥的理论模型、计算假定具有重要意义。

桥梁健康监测信息反馈于结构设计的更深远意义在于，结构设计方法与相应的规范标准等可能得以改进；并且，对桥梁在各种交通条件和自然环境下的真实行为的理解以及对环境荷载的合理建模是将来实现桥梁“虚拟设计”的基础。

还应看到，桥梁健康监测带来的将不仅是监测系统和对某特定桥梁设计的反思，它还可能并应该成为桥梁研究的“现场实验室”。同时，桥梁结构控制与健康评估技术的深入研究与开发也需要结构现场试验与调查。桥梁健康监测为桥梁工程中的未知问题和超大跨度桥梁的研究提供了新的契机。由营运中的桥梁结构及其环境所获得的信息不仅是理论研究和实验室调查的补充，而且可以提供有关结构行为与环境规律的最真实的信息。

大型桥梁健康监测不只是传统的桥梁检测加结构评估技术，而是被赋予了结构监控与评估、设计验证和研究与发展三方面的意义。

结构健康监测在土木工程领域的研究中十分活跃，目前已开始在一些重大的土木工程项目中应用，如大型的拱桥、海洋平台、斜拉桥、高速列车、水库大坝及隧道等（图2～7）。

图2 拱桥图3 海洋平台

图4斜拉桥、图5高速列车

图6 大坝图7 隧道

3.3.2 系统参数识别和结构损伤识别

当前大多数结构的健康监测研究主要是利用结构的动力响应来进行损伤识别和定位，由于这是一种整体识别方法，因而能够对大型结构系统进行快速的监测。在系统参数识别方面目前普遍采用以下几种方法：

1)空间域法

空间域法利用质量、阻尼和刚度矩阵的变化来进行损伤识别和定位；

2)模态域法

模态域法利用结构的自振频率、模态阻尼比及振型的变化来进行损伤识别；

3)频域法

频域法利用所施加的激励和由此得到的响应，经过FFT分析得到频响函数，然后采用诸如多项式拟合的方法得到模态参数，由于可以采用多次平均来消除随机误差对频响函数的影响，采用频域识别方法的精度有一定的保证，不过也存在只能识别具有经典阻尼的结构实模态以及诸如泄漏等偏度误差对参数识别的影响的缺点。

4)时域法

70年代后期出现的时域识别方法，弥补了频域法的不足，可以用随机或自由响应数据来识别模态参数。它们不必进行FFT分析，从而消除FFT分析带来的误差。尤其是它还可以从未知随机激励的响应信号中得到随机减量特征，因此该方法成为能依据在线信号对系统进行识别的唯一方法。但它运用了所测信号的全部信息，而不是截取有效的频率，因此信号中噪声的影响较大。目前排除噪声的方法主要有扩展识别和最小二乘法。当结构系统的参数

在外荷载作用下随时间发生变化时，就非常有必要利用时域的方法来确定系统的动态特性，并且可以利用模型独立（Model-independent）法或模型参考（Model-referenced）法通过上述四种方法中的动力响应来进行损伤识别。有资料表明，模型参考法无需大量的计算便能识别出损伤的存在，而且需要传感器的数量也比用模型独立法要少，但需要准确地建模且计算量相当大。尽管时域法利用环境随机振动测量设备所测得的原始时域数据，但它们需要有某种结构信息和大量的计算。频域法和模态域法使用了处理后的数据，其中就包含了由处理数据引起的误差和噪声。对于空间域法中的建模及质量和刚度矩阵地修正还存在很大的问题，很难达到精确。

在结构损伤识别及检测定位方面，目前主要采用如下一些方法：

1)模型修正法

主要有基于NDE的有限元模型修正的主要方法有模态柔度法、最优矩阵修正法、基于灵敏度的矩阵修正法、特征结构分配法、测量刚度的变化、及综合模态参数法等，修正结构参数通过修正结构的设计参数弹性模量、截面面积等来对有限元模型进行修正；

2)指纹分析法

指纹分析方法即寻找与结构动力特性有关的动力指纹，通过这些指纹的变化来判断结构的真实情况。

3)神经网络法

4)基于遗传算法的系统辨识法

5)其他方法

目前出现了一些基于静态测量数据（如慢速移动轨迹、变形等）的损伤识别方法。许多试验表明用静载比动载更为经济。只需单元刚度矩阵便可进行结构状态评估，因此静态测试和分析可能比较简单高效。有学者提出了一种可以识别静载下线弹性结构刚度参数的方法。在单元的水平上，结构刚度可以利用加载并测量位移来识别；也有人利用应变测量来估计未知刚度参数，但对于混凝土结构应变测量方法可靠度较低；由于结构自振频率、模态振型及静力响应是结构参数的函数，这些参数可以通过比较计算模型预测值和试验得到的动态及静态特性来识别。结构损伤开展将导致结构的局部刚度降低，接着会改变一些结构响应，因此有必要监测结构静态和动态特性来进行损伤检测和评估。在这种思想指导下，有学者提出了一种识别有限元模型的改进方法，它可以提供与动、静力测试值一致的结构特性。由于用高阶模态来检测单元损伤相当困难，因此有一种解决办法是利用某种静态加载方式来模拟高阶模态并从中获得位移数据。通过静态测试数据，有限单元法的模型修正经常被用来识别结构损伤。由于模型本身的误差可能大于损伤引起的变化量，首先必须用实测模态参数和试验值来校正有限元模型，只有当有限元模型是可靠的，有限元模型修正的结果才是有价值的。在许多文献中多次提到有关精确建模的建议，可知有限元模型本身的可靠性是相当重要的。

现在发展的趋势是将两种或几种方法结合起来进行结构损伤识别。例如，有学者将静态数据与模态测试结合起来识别结构损伤。这种结合可以消除各种方法各自的缺点并可以相互检验，适合较为复杂结构的损伤识别。

3.3.3 数据管理系统

作为桥梁健康监测评估系统的

重要组成部分——中心数据库包括

了两部分：模型数据库和监测数据

库。模型数据库应包含有限元模型

的数据以及其他关于此桥的静态信

息，如桥梁的几何外形、设计荷载、

设计及施工单位等；监测数据库依

据评估模型的结构而设计，一般包

含由传感器采集的数据和人工检查

获得的表观信息，其概念模型如图8

所示。

系统的用户主要有日常监测管理人员、检查人员、决策人员、专业技术人员以及普通浏览者，根据需求分析的结果设计出数据管理系统的主要功能框架，图9给出了浙江大学在开发杭州文晖大桥健康监测评估系统时所用数据管理功能的框架图。

3.3.4 综合评估决策系统

桥梁结构的状态评估在桥梁工程研究领域中也是一个热点。目前有多种桥梁综合评估的方法，它们所采用的理论主要集中在层次分析法、模糊理论、可靠度理论、神经网络以及专家系统等。其中以层次分析法应用较多，潘黎明（1997）等利用层次分析法，提出了钢－钢筋混凝土叠合梁斜拉桥安全性与耐久性评估的指标体系与确定权重的方法，张永清（2001）等在专家咨询的基础上，借助多级模糊综合评判和打分法相结合，用层次分析法建立了桥梁安全性评价模型，郭红仙（2002）等利用层次分析法和变权综合理论建立了一套预应力简支梁桥结构的评估系统。

浙江大学在开发杭州文晖大桥健康监测评估系统时采用基于层次分析法的变权综合评估体系。通过对监测数据、人工检查信息的分析和结构损伤识别的结果，系统最终可给出桥梁的整体状态的综合评价或各构件状态的评价，其结果可作为桥梁维修或维护的理论依据。评估的内容主要针对桥梁的安全性和耐久性，包括承载能力、应力、变形、索力、结构损伤、混凝土裂缝、混凝土保护层损伤以及钢筋锈蚀等内容。

图10根据文晖大桥结构的特点和组成，给出了一个多层次评估模型。在该评估模型中，

桥梁分为主梁、索塔、斜拉索、墩台基础和附属设施五大部分，每一部分又可分为若干部分图8 典型监测数据库概念模型

图9 文晖大桥健康监测评估系统数据管理功能框架

或区域（如主梁区域划分），每一部分或区域包含了若干属性，可称之为评估指标，反映了各构件的状态水平。评估指标可以是量化的监测数据，也可以是语言的描述信息如混泥土裂缝情况、钢筋锈蚀程度等。

根据监测数据的类型，评估模型中的底层指标可分为三种，①仅有对桥梁构件的状态描述或简单的等级划分，而没有数值结果；②监测数据为一个数值；③监测数据为一数值序列。对于第一类指标可根据现行桥梁养护规范对其进行量化评分，对于其他两种指标，可按朱孔来（1996）提出的无量纲模糊处理方法和兰海（2001）等提出的底层评估指标评语的确定方法进行处理。

3.3.5 层次分析法（Analytical Hierarchy Process ）

层次分析是美国运筹学家A.L.Satty 在七十年代提出的。AHP 法是多指标综合评价的

一种定量方法。它能把定性因素定量化，并能在一定程度上检验和减少主观影响，使评价更趋于科学化。日前在国内已逐步受到重视，并得到了一些实际应用。层次分析法主要用来确定同一层次中各评估指标的初始权重，权重的计算方法可用乘积方根法，求和平均法。

桥梁综合评估要求评估系统能够对桥梁目前的结构安全状况、使用状况做出评价，因

而评估系统则需要上一层次的系统提供有关的详细数据；并给定相应层次的权重数。

3.4 各种传感器及检测技术的研究

一般用于结构监测的传统传感器，其测量能力只局限于逐点检测，当临界断面检测得不准确时，其结果就会很不理想。当需要对大型结构如桥梁的状况进行评估时，传感器具有的大面积检测的能力就显得最为重要。任何监测系统都必须具备在较长时期内提供可靠、精确和长期的检测结果，这样才能保证结构处于高度的安全状态。安装了这种监测系统后，任何结构存在的问题都可以较早地被发现，以便采取必要的修复措施，从而保证结构使用的连续安全性，使结构的性能得到最佳管理，并减少使用费用。

目前已开发出各类新型的光纤传感器、超声探测预应力筋损伤技术、X 射线透视混凝土结构探伤技术及钢桥疲劳无线检测技术等。

1) 光纤传感器

光纤传感器的种类很多,按光纤传感器中光纤的作用可分为传感型和传光型两种类型。 传感型光纤传感器又称功能型光纤传感器,

主要使用单模光纤，光纤不仅起传光作用，图10 多层次综合评估模型

同时又是敏感元件，它利用光纤本身的传输特性经被测物理量作用而发生变化的特点，使光波导的属性(光强、相位、偏振态、波长等)被调制。对于传感型光纤传感器，由于光纤本身是敏感元件，因此加长光纤的长度可以得到很高的灵敏度。传光型光纤传感器又称非功能型光纤传感器,它是将经过被测对象所调制的光信号输入光纤后,通过在输出端进行光信号处理而进行测量的。在这类传感器中，光纤仅作为传光元件，必须附加能够对光纤所传递的光进行调制的敏感元件才能组成传感元件。

目前用于土木工程中的光纤传感器类型主要有Math-Zender干涉型光纤传感器、Fabry-Peroe腔式光纤传感器、光纤布拉格(Bragg)光栅传感器等几种。

目前，在应变测量中应用比较广泛的光纤传感器是波长调制型光纤传感器。波长调制型光纤传感器是将被测参量转为测量光波波长的变化，测量不受光强变化影响，诸如发光源老化、连接器的衰减、光纤的微弯衰减等因素不会影响测量结果的准确性。比较常用的法布里-泊罗光纤应变计和光纤布拉格光栅都属于波长调制型光纤传感器。

法-泊腔应变计直径很小,仅为0.20ｍｍ。带有树脂涂覆层的光纤应变计可以直接粘贴在平滑表面或与碳纤维布同时粘贴。为保证法-泊腔应变计长期使用的可靠与稳定，可制成各类传感器，对应变、压力、温度、位移等进行连续监测。

光纤布拉格光栅(简称光纤光栅)是传感型光纤传感器，它的传感信号调制区包含在光纤上,被称作布拉格光栅(BraggGrating)。用光纤光栅作应变测量时，分辨率可达1με,精度为±4με，测量范围10000με，且线性度好。另一方面，光纤光栅的布拉格波长受温度变化影响较大，其热膨胀系数10ｐｍ/℃，大约相当于10με/℃。所以在应变测量中需做温度补偿以消除温度变化对测量的影响。

在光纤传感器的使用过程中，也产生了许多的问题，解决这些问题已经成为光纤传感器技术的发展方向。比如光纤传感器的长期性能和耐久性；光纤的连接较为困难，采用熔焊法,需要昂贵的专用设备，且工艺要求高，采用预先准备的专用连接器件，除了增加成本外，还会损失光能；对于表面粘、焊接的光纤传感器，短期使用的，需要考虑元件的复用，以节约成本；长期使用的，必须注意粘接剂的耐久性和传感器的防护等等。图11给出了加拿大的一座跨Rio Puerco river 桥梁用埋设光纤传感器测试桥梁的应力及收缩、徐变等。

图11 Rio Puerco river Br. 光纤传感器埋设图12 超声探测预应力筋损伤

2)超声探测预应力筋损伤技术

有文献表明加拿大最近研究用超声传感器探测预应力混凝土中预应力筋的损伤及位置的技术，如图12。

3)X射线透视混凝土结构探伤技术

日本最近在研究用X射线透视探测预应力混凝土中钢筋和混凝土的损伤及位置的技术。

4)钢桥疲劳的无线检测技术

对于年代较早的钢桥（旧钢桥）来说，“疲劳破坏”是一个大问题。因此，随时监测（测量）并描述桥梁所承受（发生）的随机振幅变化、周期性压力变化是（非常必须的）必不可少的。目前的检测技术已经发展到可以有助于控制钢桥疲劳破坏的阶段。例如，美国联邦公路局开发的无线桥梁检测系统，是一个便携的、电池供电、使用无线遥控技术的数据收集系统。这种特殊的无线网络对静电和障碍物是“免疫”的。除了收集数据之外，每个模块充当了地区无线电网络中无线电波上的一个结点。这对于钢桥是十分重要的，钢桥在长度上往往大于1.6公里，而较长的桥上往往有大量的电磁干扰和复合反射，用这种技术可以迅速地测量出一座钢桥上每个有疲劳倾向的部位、破损（危险）的部位，或者探测出桥梁在车载和风载作用下的工作状况。

3.5 桥梁结构加固中新材料、新技术的研究

在桥梁的加固技术方面最近几年也有很大的进步，目前对于桥梁结构的加固，除常用的喷射混凝土加固法、改变结构体系加固法、粘钢板加固法等多种加固技术外，还可综合应用几种技术及体外预应力加固法、碳纤维布(FRP)加固法等技术以达到更好加固效果。

喷射混凝土加固法借助高速喷射机械,将新混凝土混合料连续地喷射到已经锚固好的钢筋网受喷面上,凝结硬化而形成钢筋混凝土,从而增大桥梁的受力断面和补强钢筋,将增强结构的整体性,使其能承受更大的外荷载作用。

改变结构体系加固法是通过改变桥梁的结构体系，达到提高桥梁承载能力的目的。例如：在简支梁下增设斜支撑或桥墩，或把简支梁与简支梁纵向加以连接，由简支梁变为连续梁。甚至可以把桁架拱桥变为拱桥加斜拉索的索拱体系等。这种加固方法可以显著改变结构的受力特征，且桥梁结构受力比较明确，收效明显。

粘钢板加固法施工工艺较简单，可提高对梁体内钢筋的保护、控制裂缝与挠度。但是对梁体混凝土强度、表面平整度、清洁度要求较高。加固的有效性主要取决于粘结材料的强度及耐久性、钢板本身须涂装，增加了日后的维护负担;总体费用较高。

对体外预应力加固法可平衡掉部分恒载，较大幅度地提高结构承载力与刚度，体外预应力筋变化幅度小，可促使竖裂缝闭合，但是对锚具及体外力筋的防腐要求较高，锚具有时不便于设置，施工工艺较为复杂，且所需设备较多。此外，对于体外力筋的受力机理及极限承载力等方面的研究还不够深入。

碳纤维布(FRP)加固法抗拉强度高，抗腐蚀性好、重量轻、抗疲劳性好、热膨胀系数低、对结构外形适应性好，施工方便。

碳纤维增强塑料（CFRP）、预应力碳纤维布、芳玻韧布复合材料等高强复合新材料得到了工程界的日益重视，在桥梁加固工程中也得到了广泛的应用。特别是对目前国外广泛应用

到结构中的碳纤维布，最近越来越重视研究碳纤维筋和碳纤维索在结构中的应用。由于碳纤维具有轻质、高强、耐腐蚀的特点，在特殊或重要的结构中有代替钢材的趋势。它可以做成预应力筋，用于体外预应力加固，免去普通的钢预应力筋易腐蚀和须定期更换的麻烦，它还可以做成悬索桥的缆索。总之，碳纤维应用涉及土木工程的各个领域，应用前景十分广阔。

为使碳纤维技术更好的用于土木工程及结构加固，锚固长度和锚固计算理论的研究；考虑结构二次受力时，碳纤维加固结构承载力的计算；预应力碳纤维技术的研究；碳纤维抗震、疲劳、加固的机理和抗震设计计算方法的研究都应作为今后重点探讨的课题。

4. 结论

根据上述，可以得出以下结论：

1）本文讨论了目前已建道路桥梁运营、养护和管理中所面临的问题、现状，对未来的桥梁运营、养护和管理的发展及研究提出了新思路，只有加大对养护和管理科技方面的投入，实施有效的养护维修和管理，才能够减少和避免灾难性事故的发生，推动和促进行业的科技进步。

2）采用基于层次分析法的变权综合评估体系，使得个别桥梁构件出现重大缺陷状况时能在总体评估结果中较为明显的反映出来，评价结果更符合客观实际状态。变权系数α的取值决定了桥梁总体评估结果对于个别评价指标评语变化的敏感性。

3）大型桥梁健康监测评估系统研究的难点仍然在于损伤识别、定位和综合评估理论两个方面，对于损伤识别、定位的理论和实用性以及变权系数中α的合理取值等问题有待在实际应用中作进一步研究和完善，以更真实地反映桥梁的整体状态和个别构件缺陷的影响。

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