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摘 要：桥梁建设是我国交通基础设施建设的重要组成部分，我国很多桥梁都是在二十世纪中期建造，当时的桥梁施工技术水平有限，再加上桥梁经过长期运行，往往存在一定的质量病害。但是与其相关的施工质量却大多丢失，无法从施工档案中了解桥梁结构特点，给桥梁病害的诊断和判断带来一定难度。而利用振动特性却可以快速准确的判定出桥梁的病害所在。现本文主要来分析如何利用振动特性进行桥梁墩台的病害判定。
关键词：振动特性；桥梁墩台；病害；判定
桥梁墩台是支撑桥梁整个结构荷载和交通荷载的基础结构，其质量的好坏会对桥梁的整体性和稳定性造成直接影响。因此在对桥梁进行检查和维护时，一定不能忽视桥梁墩台的病害判定与防治。但是对于一些修建时间较早，且已经经过多次维修的桥梁来讲，由于其结构状态一直都处于不明状态，因此无法直接对其病害进行准确判定。为了能够更好的判定桥梁墩台的病害情况，本文提出一种良好的判定方法，即对桥梁墩台的振动特性进行分析，以此来判断出其所存在的病害，为桥墩的加固维修提供重要依据。
1 判定桥墩台病害的重要意义
在我国的社会发展中，桥梁发挥了非常积极的作用，其作为我国主要的交通基础设施，给人们的出行提供了便利，每个时代都会建造一定的桥梁工程，目前我国的桥梁工程施工技术水平已经得到了很大的提升，但是在建国前后，施工技术水平并不高，很多桥梁的设计标准也较低，这些桥梁在半个多世纪的运行中，经过多次的改造和加固，桥梁本身的结构与性质发生了较大变化，其相关的施工技术档案也已经丢失，对于桥上的结构部位，可以通过钻探、挖验等方式来对其质量病害进行判定，并制定相应的修补加固处理。但对于桥梁墩台等位于水中的部位则无法有效的进行判定。墩台技术状态很难得到有效确定。这为桥梁墩台的加固维修带来一定不便。而若能够利用墩台的动力特性来对其结构技术状态进行分析，则可以很好的判断出墩台当前的实际情况，从而保证了桥梁质量鉴定结果的准确性和科学性。可以说，将振动特性分析应用在桥梁墩台病害分析中是一项重要的技术突破，是桥梁质量检测技术一个新的发展方向，具有重要现实意义。
2 桥墩台的动力特性分析
一般来讲，不同类型的墩台，在同一动力荷载作用下；同一墩台在不同类型的动力荷载作用下；同一墩台产生病害前后在同一动力荷载作用下，其墩顶的振动幅值或位移，自振频率，振动波行都会有所改变。这些幅值、频率、波型等称之为动力特性。
墩台在动力荷载作用下，其结构在弹性限度以内的内力和变形，除与荷载强度、作用方式和变化规律有关外，还与结构自身的动力性有关。这样，对结构本身所具有的动力特性分析，便可确定结构的动力变形和内力。也就是说，当结构产生病害后，其变形和内力都要有所改变，也必会导致其动力特性发生改变。因此，我们完全可以通过墩台动力特性的测试与分析，来判断是否存在病害。
3 对桥墩太的动力性会产生影响的因素分析
桥梁墩台在运行列车动力荷载作用下的振动，可以看作是一个有阻尼单自由度体系的强迫振动。墩台的振幅和波型，除了和墩台本身的性质（如材质、高度、截面形状和基础类型等）有关外，还和动力荷载的大小、作用方式及变化规律有关。因此，可以通过分析在已知动力荷载作用下，不同材质、不同高度、不同截面形状和不同基础类型的墩台所表现出来的动力特性，来判断其状态的好坏。因为同一个墩台在产生病害后，振幅要变大，自振频率要降低，波形变化不规则并出现奇变，振型也要发生相应的变化。
4 利用振动特性来判定桥墩台病害的理论依据
4.1 横向水平振动
由于墩身在纵向和横向所 受到的约束情况是不同的，因而所表现出的动力特性也就不一样。墩台在纵向振动时，临近各墩的振动，都可以通过梁体传来。传来多处少，与墩身刚度有关，刚度越大，影响越小。这样，在一个墩顶所测得的纵向振动是一个组合振动，其中包括该墩身本身的、梁体变位所引起的、临近各墩传来的（还有其他振动因素所引起的）振动等，情况比较复杂，不易分辨出各墩台的动力特性。只有横向水平振动的信息，才能比较明显地反映出各墩台自身的动力特性。
4.2 自振频率
在结构的各振动特性中，自振频率是最主要的，结构产生病害后，它的自振频率要降低。结构自振频率降低后，振动波型、振幅等其他动力特性便随之改变了。因此，结构的自振频率是第一位的参数，它是研究其他动力特性的基础。
4.3 振动波形
它是反映墩台特性的综合指标。当墩台产生各种病害后，其振动波形即会出现各种变异。因为自振频率改变后，其振幅、相角及合成频率都跟着改变。于是，振动曲线便产生奇变了。它和振幅一样，在振动图形上也很直观，因此也把它作为判断墩台是否存在病害的一个指标。
5 振动特性在判定桥墩台病害中的实际应用
在当前的实践中，对桥梁墩台的病害判定时，利用其振动特性来确定病害的主要应用理论依据是横向振动幅值和振动波形。这是因为从这两方面判定桥梁病害更可行，更精准。并且在笔者几年的实践工作经验中也证明了这一点。
其中，通过分析墩台顶的横向振幅值，可以得知墩台是否出现了断裂或腐蚀现象。这是因为一般情况下墩台顶的横向振动波形应该是一个随机波形，其最大振动幅值不会有太大的波动，一旦其振幅出现明显增大现象，则证明该墩台存在了质量病害。
而通过识别振动波形来判定墩台的病害更是一种直观有效的桥墩质量判定方法。这是因为振动波形是反映桥墩在受到外力作用后所产生的振动，其可以反映出桥墩的整体状况。由于墩台位于桥梁的底部，因此其所受到的横向约束力并不是很大，若墩台本身质量没有问题，则其振动波形应该类似于谐振波，曲线也应该较为平滑稳定。但是若墩台存在病害，则波形就出现一定的异常，如某个波段振幅很大，波形呈现瘦尖状态，此时就表明墩台的某个部位出现了严重断裂。再比如出现振动波形呈现较小的振幅，但有一定的低频波和碎波，这就证明该桥墩的某个部位出现了严重腐蚀。通过对波形进行有效分析，就能够很好的确定墩身是出现了断裂或是风化、腐蚀，病害判定效果较好。
结束语
总之，利用振动特性来判定桥梁墩台是否存在病害是非常可行的，并且经过实践证明，这种判断方法更加精准迅速，比挖验和钻探的检验效率更高，且可以节省人力和时间，降低病害检验成本。也正是因為其简便快速，因此不会对行车产生太大的干扰，也不必封锁道路，社会效益良好。可以说，利用振动特性来判定桥梁墩台病害是具有很大应用优越性的，值得推广使用。
参考文献
[1]王甫友.动测技术在桥梁检测中的应用综述[J].天津建设科技，2011（6）.
[2]赵志洲，赵玉华，李海宝.基于振动测试的桥梁健康状况测量[J].煤炭技术，2006（7）.
[3]单德山，李乔.基于车致振动的桥梁损伤识别[J].西南交通大学学报，2009（1）.
关键词：振动特性；桥梁墩台；病害；判定
桥梁墩台是支撑桥梁整个结构荷载和交通荷载的基础结构，其质量的好坏会对桥梁的整体性和稳定性造成直接影响。因此在对桥梁进行检查和维护时，一定不能忽视桥梁墩台的病害判定与防治。但是对于一些修建时间较早，且已经经过多次维修的桥梁来讲，由于其结构状态一直都处于不明状态，因此无法直接对其病害进行准确判定。为了能够更好的判定桥梁墩台的病害情况，本文提出一种良好的判定方法，即对桥梁墩台的振动特性进行分析，以此来判断出其所存在的病害，为桥墩的加固维修提供重要依据。
1 判定桥墩台病害的重要意义
在我国的社会发展中，桥梁发挥了非常积极的作用，其作为我国主要的交通基础设施，给人们的出行提供了便利，每个时代都会建造一定的桥梁工程，目前我国的桥梁工程施工技术水平已经得到了很大的提升，但是在建国前后，施工技术水平并不高，很多桥梁的设计标准也较低，这些桥梁在半个多世纪的运行中，经过多次的改造和加固，桥梁本身的结构与性质发生了较大变化，其相关的施工技术档案也已经丢失，对于桥上的结构部位，可以通过钻探、挖验等方式来对其质量病害进行判定，并制定相应的修补加固处理。但对于桥梁墩台等位于水中的部位则无法有效的进行判定。墩台技术状态很难得到有效确定。这为桥梁墩台的加固维修带来一定不便。而若能够利用墩台的动力特性来对其结构技术状态进行分析，则可以很好的判断出墩台当前的实际情况，从而保证了桥梁质量鉴定结果的准确性和科学性。可以说，将振动特性分析应用在桥梁墩台病害分析中是一项重要的技术突破，是桥梁质量检测技术一个新的发展方向，具有重要现实意义。
2 桥墩台的动力特性分析
一般来讲，不同类型的墩台，在同一动力荷载作用下；同一墩台在不同类型的动力荷载作用下；同一墩台产生病害前后在同一动力荷载作用下，其墩顶的振动幅值或位移，自振频率，振动波行都会有所改变。这些幅值、频率、波型等称之为动力特性。
墩台在动力荷载作用下，其结构在弹性限度以内的内力和变形，除与荷载强度、作用方式和变化规律有关外，还与结构自身的动力性有关。这样，对结构本身所具有的动力特性分析，便可确定结构的动力变形和内力。也就是说，当结构产生病害后，其变形和内力都要有所改变，也必会导致其动力特性发生改变。因此，我们完全可以通过墩台动力特性的测试与分析，来判断是否存在病害。
3 对桥墩太的动力性会产生影响的因素分析
桥梁墩台在运行列车动力荷载作用下的振动，可以看作是一个有阻尼单自由度体系的强迫振动。墩台的振幅和波型，除了和墩台本身的性质（如材质、高度、截面形状和基础类型等）有关外，还和动力荷载的大小、作用方式及变化规律有关。因此，可以通过分析在已知动力荷载作用下，不同材质、不同高度、不同截面形状和不同基础类型的墩台所表现出来的动力特性，来判断其状态的好坏。因为同一个墩台在产生病害后，振幅要变大，自振频率要降低，波形变化不规则并出现奇变，振型也要发生相应的变化。
4 利用振动特性来判定桥墩台病害的理论依据
4.1 横向水平振动
由于墩身在纵向和横向所 受到的约束情况是不同的，因而所表现出的动力特性也就不一样。墩台在纵向振动时，临近各墩的振动，都可以通过梁体传来。传来多处少，与墩身刚度有关，刚度越大，影响越小。这样，在一个墩顶所测得的纵向振动是一个组合振动，其中包括该墩身本身的、梁体变位所引起的、临近各墩传来的（还有其他振动因素所引起的）振动等，情况比较复杂，不易分辨出各墩台的动力特性。只有横向水平振动的信息，才能比较明显地反映出各墩台自身的动力特性。
4.2 自振频率
在结构的各振动特性中，自振频率是最主要的，结构产生病害后，它的自振频率要降低。结构自振频率降低后，振动波型、振幅等其他动力特性便随之改变了。因此，结构的自振频率是第一位的参数，它是研究其他动力特性的基础。
4.3 振动波形
它是反映墩台特性的综合指标。当墩台产生各种病害后，其振动波形即会出现各种变异。因为自振频率改变后，其振幅、相角及合成频率都跟着改变。于是，振动曲线便产生奇变了。它和振幅一样，在振动图形上也很直观，因此也把它作为判断墩台是否存在病害的一个指标。
5 振动特性在判定桥墩台病害中的实际应用
在当前的实践中，对桥梁墩台的病害判定时，利用其振动特性来确定病害的主要应用理论依据是横向振动幅值和振动波形。这是因为从这两方面判定桥梁病害更可行，更精准。并且在笔者几年的实践工作经验中也证明了这一点。
其中，通过分析墩台顶的横向振幅值，可以得知墩台是否出现了断裂或腐蚀现象。这是因为一般情况下墩台顶的横向振动波形应该是一个随机波形，其最大振动幅值不会有太大的波动，一旦其振幅出现明显增大现象，则证明该墩台存在了质量病害。
而通过识别振动波形来判定墩台的病害更是一种直观有效的桥墩质量判定方法。这是因为振动波形是反映桥墩在受到外力作用后所产生的振动，其可以反映出桥墩的整体状况。由于墩台位于桥梁的底部，因此其所受到的横向约束力并不是很大，若墩台本身质量没有问题，则其振动波形应该类似于谐振波，曲线也应该较为平滑稳定。但是若墩台存在病害，则波形就出现一定的异常，如某个波段振幅很大，波形呈现瘦尖状态，此时就表明墩台的某个部位出现了严重断裂。再比如出现振动波形呈现较小的振幅，但有一定的低频波和碎波，这就证明该桥墩的某个部位出现了严重腐蚀。通过对波形进行有效分析，就能够很好的确定墩身是出现了断裂或是风化、腐蚀，病害判定效果较好。
结束语
总之，利用振动特性来判定桥梁墩台是否存在病害是非常可行的，并且经过实践证明，这种判断方法更加精准迅速，比挖验和钻探的检验效率更高，且可以节省人力和时间，降低病害检验成本。也正是因為其简便快速，因此不会对行车产生太大的干扰，也不必封锁道路，社会效益良好。可以说，利用振动特性来判定桥梁墩台病害是具有很大应用优越性的，值得推广使用。
参考文献
[1]王甫友.动测技术在桥梁检测中的应用综述[J].天津建设科技，2011（6）.
[2]赵志洲，赵玉华，李海宝.基于振动测试的桥梁健康状况测量[J].煤炭技术，2006（7）.
[3]单德山，李乔.基于车致振动的桥梁损伤识别[J].西南交通大学学报，2009（1）.