基于监测数据的铁路桥梁结构健康状态评估

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1、第２９卷第３期石家庄铁道大学学报（自然科学版）Ｖｏｌ．２９Ｎｏ．３２０１６年９月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＨＩＪＩＡＺＨＵＡＮＧＴＩＥＤＡＯＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮＡＴＵＲＡＬＳＣＩＥＮＣＥ）Ｓｅｐ．２０１６基于监测数据的铁路桥梁结构健康状态评估胡健勇１，苏木标２（１．广州铁路（集团）公司广深铁路实业发展总公司，广东深圳５１８０００；２．石家庄铁道大学大型结构健康诊断与控制研究所，河北石家庄０５００４３）摘要：铁路桥梁作为铁路线上的一种大型结构物，如何保证其在运营期间保持良好的健康状态，对保障铁路运输

2、安全畅通具有重要的意义。对于大型铁路桥梁结构，借助健康监测系统对其进行实时监测，并利用监测数据对其健康状态进行评估，这已成为工程界研究的热门课题。以健康监测系统收集到的原始数据为基础，引入桥梁健康指数ＢＨＩ来表征铁路桥梁的健康程度，提出了一种适用于铁路桥梁健康状态评估的加权评分法。根据武汉长江大桥的实际监测数据，运用该方法对其进行了健康状态评估。结果表明：该方法简单易懂，可操作性强，评价结果合理可信。关键词：铁路桥梁；健康监测；加权评分法；健康状态评估中图分类号：Ｕ４４１．５文献标志码：Ａ文章编号：２０９５０３７３（２０１６）０３００３９０６０引言铁路桥梁作为一种大型结构物，其生命周期与其它

3、结构一样，遵循着设计施工、建成使用、渐趋老化、维修加固、重建或消亡的过程。随着服役时间的延长，铁路桥梁结构环境腐蚀作用逐渐加重，材料老化，结构性能退化，再加上列车提速的影响，由结构损伤引发的桥梁事故时有发生。为了使铁路桥梁保持良好的运营状态，预防或减少桥梁事故的发生，目前，利用健康监测系统对铁路桥梁的健康状态进行实时监测和评估，这已经成为桥梁领域研究的热点。但是，对于安装有健康监测系统的铁路桥梁而言，由于不同桥梁其结构形式不同，所处的工作环境不同，使用目的不同，其监测指标（监测内容）的类型差异较大。有关桥梁结构各监测指标的健康等级评定，目前国内并没有形成一套相应的评价标准，没有较为合适的评［

4、１－２］估方法，导致监测系统收集到的部分原始数据仍存在不同程度的堆积现象。从健康监测系统中各类监测指标的相对变化量出发，通过引入桥梁健康指数（ＢｒｉｄｇｅＨｅａｌｔｈＩｎｄｅｘ，ＢＨＩ）来表征铁路桥梁的健康程度，提出一种适合铁路桥梁运营状态下健康状态评估的加权评分法，拟对基于监测数据的铁路桥梁结构健康状态评估方法进行一些有益的探索。１加权评分法的评估流程根据所要进行评估的桥梁及其监测的具体内容，加权评分法的评估流程如图１所示。１．１评估指标体系的确定健康状态评估指标体系选择的正确与否，直接关系到桥梁健康状态的最终评估结果。因此，评估指标体系涵盖的信息量必须尽量全面，并且能够反映桥梁结构的实际

5、情况。一般而言，评估指标体系建立［３］的基本原则主要包括：完整性原则、简洁性原则、相对独立性原则和客观性原则等。针对不同的桥型，结合上述原则，通常可根据监测系统具体的监测指标（即监测内容）进行相应的取舍，进而建立有针对性的桥梁健康状态评估指标体系。收稿日期：２０１５１０１２责任编辑：车轩玉ＤＯＩ：１０．１３３１９／ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｊｚｔｄｄｘｘｂｚｒｂ．２０１６．０３．０７基金项目：国家自然科学基金（５１２７８３１５）作者简介：胡健勇（１９８９－），男，硕士，助理工程师，主要从事桥梁健康监测与评估的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：１０４８８１２５３１＠ｑｑ．ｃｏｍ胡健勇，苏木标．基于监测数据的铁路桥梁结

6、构健康状态评估［Ｊ］．石家庄铁道大学学报：自然科学版，２０１６，２９（３）：３９－４４．４０石家庄铁道大学学报（自然科学版）第２９卷图１加权评分法的评估流程１．２评估指标的健康等级界限及定义［４］根据《铁路桥隧建筑物修理规则》（ＴＧ／ＧＷ１０３—２０１０）和《高速铁路桥隧修理规则（试行）》（ＴＧ／［５］ＧＷ１１４—２０１１），将桥梁结构各层评估指标的健康等级，按其不同的劣化程度划分为基本完好（Ｄ）、轻微（Ｃ）、中等（Ｂ）、较重（Ａ１）和严重（ＡＡ）这５种健康等级。［４－７］根据以往有关铁路桥梁状态等级划分的经验，并结合结构自身的特点，以桥梁健康指数（ＢＨＩ）来定量地划分铁路桥梁的５种健康等级

7、（其中各类评估指标的健康指数以ＢＨＩｉ表示），各类评估指标的等［８］级界限见表１。５种健康等级定义如下：基本完好：凡结构物或构件劣化，对其使用功能和行车安全影响很小，评定为Ｄ级；轻微：凡结构物或构件劣化，对其使用功能和行车安全影响较小，评定为Ｃ级；中等：凡结构物或构件劣化，进一步发展将会升为Ａ级的，评定为Ｂ级；较重：凡结构物或主要构件功能严重劣化，进一步发展会危及行车安全，评定为Ａ级Ａ１；严重：凡结构物或主要