公路桥梁状态评估方法研究.pdf

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公路桥梁状态评估方法研究陈明明(陕西铁路工程职业技术学院道桥工程系，陕西渭南714000)摘要：由于使用、超载、环境作用以及功能退化等人为或自然因素。导致公路桥梁在服役期间发生各种结构损伤，如何对其进行评估已成为桥梁工程界研究的热点问题之一。本文从基于外观调查、设计规范、荷载试验的三种评估方法对公路桥梁评估的研究现状及方法进行了综述，讨论了各种公路桥梁状态评估方法的优点及存在的问题。关键词：公路桥梁；结构损伤；评估方法中图分类号：U447文献标识码：A文章编号：1672—4011(2010)05—0067—03HighwaybridgeconditionassessmentmethodCHENMingming(ShaanziRailwayInstitute，Weinan714000，China)Abstract：Astheuseofoverload，roleandfunctionoftheenvirorunentdegradationduetohumanornaturalfactors，ledtoroadsduringthebridgeinserviceavarietyofstructuraldamage，howtoevaluateithasbecome8hotbridgeengineering1．esetll'ehproblems．Inthispaper，basedontheappearanceoftheinves—tigation，design，loadtestonthetheeassessmentmethodsRe-searchhighwaybridgeassessmentmethods啪reviewedanddis—cussedavarietyofRoadandBridgeconditionassessmentmeth-odsfortheadvantagesandproblems．Keywords：HigllwayBridges；Structuraldamage；As-sessmentmethod0前言公路桥梁作为高速公路网的咽喉要道，在其服役期间，由于使用、超载、环境作用以及功能退化等人为或自然因素，导致各种结构损伤的发生。由于交通流量的不断增加，车辆荷载不断加大等因素也加剧了桥梁结构的自然老化，此外桥梁在服役期内也可能经历地震、风暴等自然灾害，这些因素均会导致桥梁承载能力和耐久性的降低，使桥梁运营状况不能满足规定的要求，甚至影响到运营的安全。1现行公路桥梁状态评估方法主要有三大类1．1基于外观调查的桥梁状态评估方法(综合评定法)1本方法根据我国《公路养护技术》(JTJ073—96)中提供的桥梁技术状况评定标准，对桥梁工作状况进行评定。该规范中桥梁的综合评定结果共分四类。一类需要进行正常保养；二类则需要小修。三类需要进行中、大修或加固；四类需要通过桥梁检验(荷载试验)确定加固或改建。评定公式为：1二D，=100一÷艺RtE式中D，一全桥技术状况评分(O～100)，高分表示桥梁技术状况好；尼一按表l方法对各部件评定标度(0—5)；形一各部件权重，见表2。表1各部件评定标度Rr缺损状况及标度组合评定标度小——·大程度少—一多缺损程度及标度轻度—一严重标度0l2缺损对结构无、不重要0Ol2使用功能的小、次要大、123影响程度重要234以上两项评定组合标度O1234缺损发展变趋向稳定一1O123化状况的修发展缓慢0Ol234iE发展较快+l12345最终评定的标度012345桥梁技术状况及分类良完好好一类较较好差类类差危四险类表2各部件权重阢部件部件名称权重形；1翼墙、耳墙l2锥坡、护坡l3桥台及基础234桥墩及基础245地基冲刷86支座37上部主承重构件208上部一般承重构件59桥面铺装110桥头跳车311伸缩缝312人行道l13栏杆、护栏114照明、标志l15排水设施116调治构造物317其它l综合评定分类界限：根据全桥技术状况评分情况分为以下四类：D，≥88一类桥梁——好88>D，>60二类桥梁——较好60>D，>40三类桥梁——蒡D，>40四类桥梁——危险当桥梁的D，≥60时，不排除其中有评定标度R≥3的部件，仍有维修的需求。 此法的优点是概念清晰、应用简单，主要用于对桥梁运营状态的评估，其广泛的适用性说明该方法具有很强的生命力。缺点为本法只是一种定性分析评价，由于①各部件评定标度(足)的取值带有人为因素，受主观影响比较大；②采用的各部件固定权重(暇)可能并不适用于某些特殊的桥梁结构，而且对于很难用定量的方法描述的事物，该方法的可靠性容易令人质疑。所以这也是本法在应用过程中需要由有经验的工程师进行评价的原因。1．2基于设计规范的桥梁状态评估方法基于设计规范的评定方法是根据桥梁缺损状况调查评估以及质量检测评定结果，通过结构计算分析，对桥梁结构承载能力做出评定。目前，在借用桥规进行评估时，一般需根据现场调查信息对结构抗力和荷载效应进行修正。1．2．1既有桥梁(旧桥)(1)检算荷载。根据相关规范或桥梁所在路线近期载重要求，按交通部颁布的《公路工程技术标准》(JTJ001—97)的荷载等级进行检算。(2)检算要点。①根据桥梁的实际状况，参考原设计计算资料，着重进行结构主要控制截面、结构薄弱部位的检算；②桥梁主要构建在规范要求进行强度及稳定性检算符合要求，同时桥梁使用状况较好时，可评定桥梁承载力符合检算荷载要求，否则，应降低检算荷载，重新进行检算；③桥梁的非主要构件，如拱桥拱上建筑。梁桥桥面板、横隔板等的强度和稳定性同样应满足检算要求，如不符合要求，应进行局部补强、加固或改建；④仅由于少数结构构件混凝土有严重质量问题或病害损伤严重，或者是钢结构腐蚀严重、变形过大、甚至有裂纹等。影响了桥梁的承载力，致使检算不能通过时，可对少数构件进行补强或更换；⑤对混凝土结构构件及钢结构构件轻微的质量问题，或位于结构次要部位的一般问题，在基本不削弱结构承载力的情况下，可不予补强，但应采取措施，防止已发生的问题继续恶化；⑥当墩、台发生不均匀沉陷、滑移或倾斜时，应对地基承载力进行检算，并检算对超静定上部结构内力的影响。(3)检算承载能力的折减或提高。1)上部结构。检算结构强度及稳定性时，应根据桥梁实际状况，对结构的抗力效应进行折减或提高。对砖、石及混凝土桥采用下式：一耐Sd(‰咖∑MlQ)≤尺d(争，口^)×zl(1)式中s。一荷载效应函数；Q一荷载在结构上产生的效应；y由一结构的重要性系数；y，。一荷载安全系数；币一荷载组合系数；吼一结构的抗力效应函数；刷一材料或砌体的极限强度；y。一材料或砌体的安全系数；oL。一结构的几何尺寸；z1一旧桥检算系数。对钢筋混凝土及预应力混凝土桥为：DSd(ysG，y。∑Q)≤y6心(孑，子)×z，(2)式中弘永久荷载(结构重力)；％一永久荷载(结构重力)安全系数；Q一可变荷载及永久荷载中混凝土收缩、徐变影响力，基础变位影响力；7。一荷载Q的安全系数；饥一结构工作条件系数；R。一混凝土强度设计采用值；7。一在混凝土强度设计采用值基础上的混凝土安全系数；尺。一预应力钢筋或非预应力钢筋强度设计采用值；M一在钢筋强度设计采用值基础上的钢筋安全系数。上式中旧桥检算系数zl的取值需要根据不同的桥型和桥梁实际状况的优劣确定，拱桥按表3选用，梁桥按表4选用。表3拱桥z。值Zl桥梁状况墩、台基础座落在硬地基上，未发生位移，拱轴线与设1．1_1．2计值吻合，主拱圈未发生风化、剥蚀、蜂窝、开裂等现象，无裂缝或裂缝发展轻微。墩、台基础未产生明显位移，拱轴线偏离设计值较少，1．O一1．1主拱圈产生轻微的风化、剥蚀、蜂窝等现象。裂缝数量较少且少于规定值。墩、台基础位移较小，拱轴线偏离设计值较多，主拱圈0．9—1．O产生较严重的风化、剥蚀、裂缝数量较多，裂缝宽度超过规定值。墩、台产生较大水平位移、转角或位移，转角仍在继续0．9以下发展，主拱圈产生明显的不均匀沉陷，主拱圈风化、剥蚀、裂缝发展严重，组合拱圈各部件联接较松散等等。表4梁桥zI值互桥梁状况桥梁各构件混凝土质量良好，裂缝宽度未超过规定L0～1．1值，桥梁未产生病害，各部分均能正常工作。桥梁各构件混凝土质量较差，少数裂缝宽度超过规定0．9一1．O值，桥梁产生一般病害，各部分能正常工作。桥梁各构件混凝土及钢筋产生严重质量问题，较多裂0．9以下缝宽度超过规定值或裂缝仍在继续发展，桥梁产生严重病害，带病工作。上述公式(1)，(2)中，岛(‰咖∑yJ，Q)与Sd(ygG，y，∑Q)即是结构产生的荷载效应，而凡(争，毗)×z。与y。R(鲁，鲁)×z，则为结构的抗力效应。即公式是建立结构荷载效应与抗力效应的关系保证式。公式中强度安全系数一般情况选择2．0—2．5。2)地基与基础。经久压实的桥梁地基土允许承载力的提高，按《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ024—85)第二章第二节规定采用。1．2．2新建桥梁由于新建桥梁无桥梁检算系数可供查用，可借用既有桥梁(旧桥)中荷载试验后的旧桥检算方法，用系数z2代替互，采用相同方法对桥梁结构抗力效应予以提高或折减后检算。检算系数z2的取值范围根据挠度校验系数值由表5查 取。表5中挠度校验系数田值应取控制截面内力最不利荷载工况时最大挠度测点进行计算。袅5新建桥梁验算系数磊值挠度校验系数77乞挠度校验系数田Z20．4及以下1．2一1．30．81．00—1．10O．51．15～1．250．90．97—1．070．61．10^-1．201．O0．95～1．05O．71．05一1．15此方法在实际运用中，具有较强的可操作性，通过现场实际调查评估和检测评定的结果，结合结构计算分析，能较准确地评定桥梁现有的承载能力，是目前既有桥梁承载能力评定较为普遍采用的评估方法。但该方法在计算分析中往往遇到很多困难，如旧桥检算系数zl的取值需要根据不同的桥型和桥梁实际状况的优劣确定，取值带有一定的主观因素；公式不能准确表现出不同使用年限的区别，例如使用年限为10年与20年的桥梁计算时无法区分等等。因此在计算模拟分析方面和实际的运用方面还有待于进一步提高和改善。1．3基于荷载试验的桥梁状态评估方法通过现场荷载试验对结构进行评估的方法有静力荷载试验方法和动力荷载试验方法。前者反映桥梁在静载作用下的结构工作性能，后者反映桥梁结构的动力性能。一般情况下是在根据调查、检测与检算结果尚难以确定现有桥梁结构承载能力时，使用荷载试验方法来对桥梁的承载能力进行评估的。1．3．1静载试验方法静载试验是桥梁结构检测的一个主要内容，其目的是测试主桥结构在试验荷载作用下的实际工作状态，以评定桥梁现有技术状况和实际承载能力，为大桥的加固提供依据。静载试验通常采用车辆加载方式，测定梁的应力、应变、挠度和裂缝，根据试验结果与理论计算值的对比分析，来判断桥梁的实际承载能力。其主要衡量指标为结构校验系数，即町=S,／S,，式中只为试验荷载作用下量测的变位(或应变)值，s。为试验荷载作用下理论计算的变位(或应变)值。一般要求田值不大于1，叩值越小结构的安全储备越大，田值过大或过小都应该从多方面分析原因。如竹值过大可能说明组成结构的材料强度较低，结构各部分连接性能较差，刚度较低等等。田值过小说明材料的实际强度及弹性模量较高，梁桥的混凝土桥面铺装及人行道等与梁共同受力，拱桥拱上建筑与拱圈共同作用，支座摩阻力对结构受力的有利影响，计算理论或简化的计算图式偏于安全等等。1．3．2动载试验方法动力荷载试验主要是通过对结构进行脉动测试、汽车的跑车、跳车、刹车激振或其他方式的激振试验，测试桥梁结构上各控制部位的动挠度、动应变、模态参数(自振频率、振型、振型阻尼比、应变模态)，然后通过模态参数识别结构的损伤。如结构的构件机械磨损，结构的刚度损失以及构件的裂缝等。动载试验反映了桥梁的整体工作性能，它是由桥梁结构的振型、自振频率、校验系数、阻尼比等表现出来的。通过现场荷载试验可直接检测结构的实际承载力。其主要优点是可靠、直观，多用于新结构研究和桥梁质量的评定，但试验设备复杂，荷载试验需要长时间封闭交通，技术难度高，经费支出大。在旧桥的评定中，它又多用于桥梁工作状态不明确情况下的评定和研究工作，以弥补根据外观调查评定和以分析计算为主的评定方法的不足。2结论总之，现有桥梁评估的方法众多，各方法之问存在着一定的区别也有一定的联系，但侧重点不同。从对桥梁状态评估的角度来说，不能只依靠一种评估方法来对桥梁进行健康评估，应结合实际从多方面来对桥梁进行健康评估。[ID：6126]参考文献：[1]王根会．桥梁结构健康诊断与状态评估[M]．兰州：兰州交通大学，2009．[2]李亚东．既有桥梁评估方法研究[J]．铁道学报。1997，6(3)．[3]许肇峰．既有钢筋混凝土桥梁损伤状况综合评估方法研究[D]．成都：西南交通大学，2006．[4]交通公路科学研究所．公路桥梁承载能力检测评定规程(报批稿)[S]．[5]姜海波，赵人达．可靠性理论评估旧桥承载能力[J]．广东公路交通(增刊)，2002，76．[6]钱永久．既有钢筋混凝土桥梁的评估与诊断[D]．成都：西南交通大学．1992．[7]胡志坚，贾丽君，肖汝诚，等．既有桥梁技术状况评估研究与展望[J]．国防交通工程与技术，2006，(2)．《矿叫穸谚电矿、猡、哆、驴驴《矿'矿、电≯电守q驴、驴、驴、疹、疹、口、西卜司争吨矿1矿、眵、眵、矛、移、西h电争q穸、驴、驴、廖、西K司争《守’矽、驴、毋、眵、露、哆、西斗电≯q穸谚—_4穸、(上接第66页)问≥14d。8混凝土夹芯和柱、墙根部夹渣蜂窝&1现象混凝土中夹有杂物且深度超过保护层厚度，拆模后发现混凝土夹芯和柱、墙根部夹渣蜂窝，且有垃圾夹杂物；&2原因分析(1)钢筋绑扎完毕，模板内残留木块、浮浆残渣、碎石等建筑垃圾，模板位置未用压缩空气或压力水清扫；．(2)封模前未进行清扫；(3)墙柱根部、梁柱接头最低处未留清扫孔。或留位置不当无法清扫。&3预防措施(1)钢筋绑扎完毕用压缩空气或压力水清除模板内垃圾；(2)在封模前，派专人将模内垃圾清除干净；(3)柱、梁柱结点、混凝土墙以及梯板的模板安装均应在其根部预留100×100(mill)的垃圾出口孔，模内垃圾清除完毕后及时将清扫口处封严。9结束语总而言之，只要我们在施工中认真分析造成原因的基础上，采用合理的方法进行处理，并在施工中采取各种有效的措施来预防钢筋混凝土质量通病的出现和发展，才能提高钢筋混凝土结构的施工质量，从而保证建筑物安全、稳定地工作。[ID：6147]