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【摘要】桥梁是构成铁路线路的重要组成部分，在当今铁路建设迅速发展的大环境下，铁路桥梁的疲劳寿命检测对于保障桥梁安全、促进铁路运营能力提升有重要影响，本文主要针对铁路桥梁存在的疲劳及寿命检测问题进行探讨。
【关键词】铁路桥梁；疲劳寿命；疲劳加载；检测
在桥梁建设完成以后,结构材料会因气候和环境因素的作用被腐蚀和逐渐老化,再加上长期的静、动力荷载作用,铁路桥梁的强度和刚度会随着使用时间的增长大大的降低，其带来的后果是一方面直接缩短了桥梁的使用寿命，另一方面对于铁路的行车安全造成重要影响。对桥梁的使用情况及其结构和材料的疲劳程度进行准确的检测评估，并在此基础上采取措施进行维护，延长其使用寿命，保障其安全性能是铁路桥梁日常运营、养护管理的重要内容。
一、铁路桥梁的疲劳寿命
铁路桥梁不同于一般的桥梁，铁路桥梁要求具备大荷载，承受较大的冲击力、行车密度以及较高标准的抵抗自然灾害的能力，特别是要求其结构具备一定的竖向横向刚度和动力性能。目前铁路桥梁采用形式较多的是梁式桥，除此之外还有拱式桥、悬索桥、斜拉桥、刚构桥等，根据桥梁所使用的材料来分，主要有钢桥、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥等。
铁路桥梁的疲劳损伤是由于桥梁的零件和构件在交变应力（或应变）的反复作用下，超过了其材料的屈服极限，经过多次的应力循环后，导致在应力集中的零件和构件部位出现裂纹，在其他综合因素的作用下裂纹继续扩展，以至于最终断裂，桥梁的零件和构件断裂的这一过程就是桥梁的疲劳破坏。桥梁的零件和构件在疲劳破坏前所承受的应力循环次数就是桥梁的疲劳寿命。一般的疲劳强度计算是以名义应力强度为依据的，当应力低于屈服极限时，应力与应变关系满足虎克定律，这时名义应力与真实应力是一致的；当应力高于屈服极限时，这时名义应力与真实应力是不一致的。疲劳计算有无限寿命和有限寿命两种计算类型，桥梁的零件和构件的疲劳寿命决定于零件和构件的应力及应变水平，可以用应力寿命曲线：σ-N曲线、应变水平寿命曲线：δ－Ν曲线来表示应力和应变水平的关系，二者可统称为S-N曲线，其数学表达式为：σmN=C
在上面的公式中N表示应力循环次数；m和C表示材料常数。在桥梁零件和构件的疲劳试验中，存在与实际零件尺寸及表面状态的差异，因而在使用时还应当引入和参照尺寸系数、应力集中系数以及表面系数。
二、铁路桥梁疲劳寿命的检测
（1）铁路桥梁检测最直观的方式是检查桥梁的外观并进行分析与评价。桥梁的外观检查主要包括测量桥梁构造的几何尺寸、对于桥梁各个部分结构的病害检查等。对于不同种类的铁路桥梁，外观检查的要求和内容会侧重不同的方面，需要根据有关的评定铁路桥梁技术等级的规范要求，以达到尽可能客观真实准确的反映铁路桥梁的结构外观状况。调查铁路桥梁的结构资料需要对铁路桥梁的原始结构设计方案、施工技术、工艺以及以前的桥梁结构维修养护过程和内容等有清晰的了解。
（2）铁路桥梁结构材料的检测。对于铁路桥梁的检测应当最小程度的减少对桥梁的损害，常用的检测方法是无损检测，即根据声、光、磁和电等特性研发的检测仪器设备和技术，前提是不损害或不影响被检测桥梁的使用性能，对被检测桥梁存在的缺陷或损害，能够准确的指示出缺陷和损害部位的大小、位置、性质和数量等信息，进而通过对这些信息的分析判断，对被检测桥梁所处技术状态、健康状态以及疲劳程度、剩余使用寿命等进行判断评价。
无损检测随着科学技术的进步已经发展的相当成熟，而且出现了许多有效的检测技术。测试仪器设备在检测中发挥着十分重要的作用，测试仪器设备的开放和相关的技术研究在世界桥梁无损检测中的地位越来越突出。常用的无损检测方法主要有：射线照相检验（RT）、液体渗透检测(PT)、超声检测(UT）、磁粉检测(MT）四种，还有其他的无损检测方法如：涡流检测(ET）、热像/红外（TIR）、交流场测量技术（ACFMT）、泄漏试验（LT）、漏磁检验（MFL）、声发射检测（AT）、远场测试检测方法（RFT）等。
（3）铁路桥梁的荷载检测。桥梁荷载指的是使桥梁的结构或零件产生内力以及变形的外力，及其它因素施加在桥梁结构上使桥梁结构或构件产生一定效应的各种直接作用。对于大部分桥梁的载荷承载能力，是通过相关的理论推理计算得到而不是通过对实物的测试，因而桥梁的真正载荷能力相对于理论推理计算得出的数据会存在一定的偏差，理论计算得出的桥梁载荷承载能力常常会低于桥梁的实际承载能力，低估了桥粱的实际载荷。桥梁的实际承载能力只有在桥上现场测试才能得出最确切的结果，但实物测试要花费大量的时间和财力，还有可能对桥梁造成损害，因而实践中还是以理论推算为主。桥梁荷载承载力的检测方法常用到的是荷载实验法、实物检测比较法以及计算分析法，经过系数折算以及理论的推理计算得出桥梁的极限承载能力，最后通过静载试验或动载实驗对桥梁结构直接测试。
静载试验需要注意两个方面的问题，第一，设备的加载，加载设备要结合桥梁静载试验目的、试验条件、加载量的大小以及经济状况来选用。在铁路桥梁的现场静载试验中常常利用车辆荷载加载、专门的加力架加载、重物加载三种加载设备，其中选用车辆荷载加载是桥梁静载试验中非常实用的一种方法，因其运输方便、加载卸载迅速。第二，遵循严格的加载卸载程序，为了保证顺利的进行试验工作，取得桥梁的结构和构件应变及变形随荷载增加而变化的关系曲线，避免意外损害桥梁，其静载试验需要遵循严格的加载卸载程序。
动载试验主要依靠动态称重技术，即通过测量行驶中的车辆轴重进行检测的技术。动态称重系统由传感器和数据采集仪器组成，通过收集特定桥梁在特定时间内行驶列车的车轮重，计算出车辆的重量、轴距、车辆类型、车速以及有关的其他数据，并对这些数据信息进行处理显示和存储，对铁路桥梁的超载超限进行检测判定并发出预警。
（4）铁路桥梁的剩余使用寿命检测。铁路桥梁的剩余使用寿命有三个方面的含义：1.桥梁结构的某种技术指标不符合要求时的期限；2.桥梁结构已不能够满足铁路运营能力的现实要求功能的期限；3.桥梁结构物继续使用所带来的收益小于投入时的期限。当前普遍认为桥梁的使用寿命是第一个方面的含义，也即技术性使用寿命。对于铁路桥梁的剩余使用寿命因其使用的材料、结构设计、自然原因以及后期的保养维护情况的不同难以具体量化，但可以从理论上对其剩余使用寿命进行预测。主要的方法是基于桥梁的结构性能衰减对其进行剩余寿命预测，这种预测方法是把影响桥梁结构性能的众多因素作为随机变量，建立以这些因素为基础的时变模型，进而得出整个桥梁结构性能的时变规律，以此预测桥梁结构的剩余寿命。还有一种方法是基于桥梁的结构累积疲劳损伤对其进行剩余寿命预测。
三、结束语
桥梁的疲劳状况对于铁路桥梁的使用寿命和安全有着十分重要的影响，因而加强对其疲劳状况的检测，做好养护加固，对延长桥梁的使用寿命具有重要的意义。
参考文献
[1]李毅卉,贺子瑛.桥梁检测技术的发展与前景[J].市政技术,2011,(01).
[2]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,(06).
[3]宋旭明,戴公连,龚雪芬.铁路超细粉煤灰预应力混凝土梁疲劳性能试验[J].铁道科学与工程学报,2008,(04).
【关键词】铁路桥梁；疲劳寿命；疲劳加载；检测
在桥梁建设完成以后,结构材料会因气候和环境因素的作用被腐蚀和逐渐老化,再加上长期的静、动力荷载作用,铁路桥梁的强度和刚度会随着使用时间的增长大大的降低，其带来的后果是一方面直接缩短了桥梁的使用寿命，另一方面对于铁路的行车安全造成重要影响。对桥梁的使用情况及其结构和材料的疲劳程度进行准确的检测评估，并在此基础上采取措施进行维护，延长其使用寿命，保障其安全性能是铁路桥梁日常运营、养护管理的重要内容。
一、铁路桥梁的疲劳寿命
铁路桥梁不同于一般的桥梁，铁路桥梁要求具备大荷载，承受较大的冲击力、行车密度以及较高标准的抵抗自然灾害的能力，特别是要求其结构具备一定的竖向横向刚度和动力性能。目前铁路桥梁采用形式较多的是梁式桥，除此之外还有拱式桥、悬索桥、斜拉桥、刚构桥等，根据桥梁所使用的材料来分，主要有钢桥、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥等。
铁路桥梁的疲劳损伤是由于桥梁的零件和构件在交变应力（或应变）的反复作用下，超过了其材料的屈服极限，经过多次的应力循环后，导致在应力集中的零件和构件部位出现裂纹，在其他综合因素的作用下裂纹继续扩展，以至于最终断裂，桥梁的零件和构件断裂的这一过程就是桥梁的疲劳破坏。桥梁的零件和构件在疲劳破坏前所承受的应力循环次数就是桥梁的疲劳寿命。一般的疲劳强度计算是以名义应力强度为依据的，当应力低于屈服极限时，应力与应变关系满足虎克定律，这时名义应力与真实应力是一致的；当应力高于屈服极限时，这时名义应力与真实应力是不一致的。疲劳计算有无限寿命和有限寿命两种计算类型，桥梁的零件和构件的疲劳寿命决定于零件和构件的应力及应变水平，可以用应力寿命曲线：σ-N曲线、应变水平寿命曲线：δ－Ν曲线来表示应力和应变水平的关系，二者可统称为S-N曲线，其数学表达式为：σmN=C
在上面的公式中N表示应力循环次数；m和C表示材料常数。在桥梁零件和构件的疲劳试验中，存在与实际零件尺寸及表面状态的差异，因而在使用时还应当引入和参照尺寸系数、应力集中系数以及表面系数。
二、铁路桥梁疲劳寿命的检测
（1）铁路桥梁检测最直观的方式是检查桥梁的外观并进行分析与评价。桥梁的外观检查主要包括测量桥梁构造的几何尺寸、对于桥梁各个部分结构的病害检查等。对于不同种类的铁路桥梁，外观检查的要求和内容会侧重不同的方面，需要根据有关的评定铁路桥梁技术等级的规范要求，以达到尽可能客观真实准确的反映铁路桥梁的结构外观状况。调查铁路桥梁的结构资料需要对铁路桥梁的原始结构设计方案、施工技术、工艺以及以前的桥梁结构维修养护过程和内容等有清晰的了解。
（2）铁路桥梁结构材料的检测。对于铁路桥梁的检测应当最小程度的减少对桥梁的损害，常用的检测方法是无损检测，即根据声、光、磁和电等特性研发的检测仪器设备和技术，前提是不损害或不影响被检测桥梁的使用性能，对被检测桥梁存在的缺陷或损害，能够准确的指示出缺陷和损害部位的大小、位置、性质和数量等信息，进而通过对这些信息的分析判断，对被检测桥梁所处技术状态、健康状态以及疲劳程度、剩余使用寿命等进行判断评价。
无损检测随着科学技术的进步已经发展的相当成熟，而且出现了许多有效的检测技术。测试仪器设备在检测中发挥着十分重要的作用，测试仪器设备的开放和相关的技术研究在世界桥梁无损检测中的地位越来越突出。常用的无损检测方法主要有：射线照相检验（RT）、液体渗透检测(PT)、超声检测(UT）、磁粉检测(MT）四种，还有其他的无损检测方法如：涡流检测(ET）、热像/红外（TIR）、交流场测量技术（ACFMT）、泄漏试验（LT）、漏磁检验（MFL）、声发射检测（AT）、远场测试检测方法（RFT）等。
（3）铁路桥梁的荷载检测。桥梁荷载指的是使桥梁的结构或零件产生内力以及变形的外力，及其它因素施加在桥梁结构上使桥梁结构或构件产生一定效应的各种直接作用。对于大部分桥梁的载荷承载能力，是通过相关的理论推理计算得到而不是通过对实物的测试，因而桥梁的真正载荷能力相对于理论推理计算得出的数据会存在一定的偏差，理论计算得出的桥梁载荷承载能力常常会低于桥梁的实际承载能力，低估了桥粱的实际载荷。桥梁的实际承载能力只有在桥上现场测试才能得出最确切的结果，但实物测试要花费大量的时间和财力，还有可能对桥梁造成损害，因而实践中还是以理论推算为主。桥梁荷载承载力的检测方法常用到的是荷载实验法、实物检测比较法以及计算分析法，经过系数折算以及理论的推理计算得出桥梁的极限承载能力，最后通过静载试验或动载实驗对桥梁结构直接测试。
静载试验需要注意两个方面的问题，第一，设备的加载，加载设备要结合桥梁静载试验目的、试验条件、加载量的大小以及经济状况来选用。在铁路桥梁的现场静载试验中常常利用车辆荷载加载、专门的加力架加载、重物加载三种加载设备，其中选用车辆荷载加载是桥梁静载试验中非常实用的一种方法，因其运输方便、加载卸载迅速。第二，遵循严格的加载卸载程序，为了保证顺利的进行试验工作，取得桥梁的结构和构件应变及变形随荷载增加而变化的关系曲线，避免意外损害桥梁，其静载试验需要遵循严格的加载卸载程序。
动载试验主要依靠动态称重技术，即通过测量行驶中的车辆轴重进行检测的技术。动态称重系统由传感器和数据采集仪器组成，通过收集特定桥梁在特定时间内行驶列车的车轮重，计算出车辆的重量、轴距、车辆类型、车速以及有关的其他数据，并对这些数据信息进行处理显示和存储，对铁路桥梁的超载超限进行检测判定并发出预警。
（4）铁路桥梁的剩余使用寿命检测。铁路桥梁的剩余使用寿命有三个方面的含义：1.桥梁结构的某种技术指标不符合要求时的期限；2.桥梁结构已不能够满足铁路运营能力的现实要求功能的期限；3.桥梁结构物继续使用所带来的收益小于投入时的期限。当前普遍认为桥梁的使用寿命是第一个方面的含义，也即技术性使用寿命。对于铁路桥梁的剩余使用寿命因其使用的材料、结构设计、自然原因以及后期的保养维护情况的不同难以具体量化，但可以从理论上对其剩余使用寿命进行预测。主要的方法是基于桥梁的结构性能衰减对其进行剩余寿命预测，这种预测方法是把影响桥梁结构性能的众多因素作为随机变量，建立以这些因素为基础的时变模型，进而得出整个桥梁结构性能的时变规律，以此预测桥梁结构的剩余寿命。还有一种方法是基于桥梁的结构累积疲劳损伤对其进行剩余寿命预测。
三、结束语
桥梁的疲劳状况对于铁路桥梁的使用寿命和安全有着十分重要的影响，因而加强对其疲劳状况的检测，做好养护加固，对延长桥梁的使用寿命具有重要的意义。
参考文献
[1]李毅卉,贺子瑛.桥梁检测技术的发展与前景[J].市政技术,2011,(01).
[2]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,(06).
[3]宋旭明,戴公连,龚雪芬.铁路超细粉煤灰预应力混凝土梁疲劳性能试验[J].铁道科学与工程学报,2008,(04).