公路桥梁技术性能评价方法及新技术

公路桥梁的技术性能评价就是通过多种评价方法确定出桥梁的技术等级，包括桥梁各部件及整体的承载能力等，制订出对应的养护处治方案。养护规范法、层次分析法、模糊综合评定法、荷载试验评定法、结构计算分析法、专家系统评定法、基于结构可靠性理论的方法、灰色理论法和神经网络法等是我国现阶段最为常见的桥梁技术性能评价方法。

在上述的各种评价方法中，养护规范法、荷载试验评定法和结构计算分析法已经在实际的工程中被广泛应用；专家系统评定法、模糊综合评定法和层次分析法在科研领域内被广泛研究，在实际的工程中并没有被广泛应用；现在更有一些新生的评价方法还处于科学研究阶段，例如，神经网络法、结构可靠性理论法和灰色理论法等。上述的任何一种评价方法都有其本身的优点和缺点，因此不可以简单直观地判断出其优良劣差。为了对桥梁做出符合实际的技术性能评价，必须要综合考虑评价过程中的每种指标和影响因素，这样的评价过程才会更加科学，更加合理。

本书将采用养护规范法、静载试验法及功能适应性评价法对公路桥梁进行技术性能评价。

（一）养护规范法

养护规范法的主要依据是《公路桥涵养护规范》（JTG H11－2004）。首先，专业的桥梁检测技术人员要细致地检查桥梁的外观损害，然后依据检查的技术资料，选取考虑各个构件权重的评价法来评价桥梁技术性能。

桥梁构件的缺损状况评价标准主要依据以下三个原则：①确保检测一致性；②便于制订养护方案；③为桥梁的技术性能评价提供可靠依据。

1．桥梁检查内容

表1－1　桥梁检查内容

续表

2．桥梁检查方法

（1）桥梁结构历史与现状检查。专业检测人员可以向设计、施工、监理以及管理单位询问桥梁在建设和使用期间存在的问题及其处治情况，详细了解该桥梁在使用期间发生的特别状况，全面收集相关的设计、施工、监理等技术资料，包括原始计算书、设计图纸、施工原始记录、监理日志、工程质量事故发生和处治记录、施工组织设计、结构竣工图及施工临时工程等相关技术数据。

（2）结构尺寸复核及缺损状况检查。在检测的过程中对结构构件的总体尺寸及细部尺寸采用钢尺丈量的方法测得，目前通常使用的测量工具有钢卷尺和游标卡尺，还会用到照相机和手工锤等工具。对主梁和下部结构的检查主要为构件混凝土表面的孔洞、蜂窝、麻面、混凝土剥落、渗水侵蚀和钢筋外漏锈蚀等，同时还要观察并记录结构构件是否存在变形。

（3）桥梁裂缝状况详细检查。为了对桥梁有一个正确合理的评价，应仔细检查并记录裂缝的长度、宽度、位置和数量等数据，对测得的技术数据进行分析，得到裂缝的整体规律。

桥梁开裂状况的重点抽查应覆盖有代表性的外露表面。检查裂缝时主要靠人工目力观测，同时借助钢尺和刻度放大镜等工具，经过测量确定裂缝的长度、位置和宽度。在构件上用记号笔标注出长度大于20 cm，宽度大于0.05 mm 的裂缝走向，并在两端标出区域段。当某一区域内裂缝分布十分密集时，可选择典型的主裂缝进行区段标注。

桥梁裂缝状况的检查可利用照片或草图记录，照片能够直观地反映出裂缝的实际状况，草图则可对裂缝的长宽深、位置及走向加以描述，能够对裂缝的性质、成因和特征有更加详细的统计。

（4）桥梁混凝土强度检测。桥梁构件的混凝土强度检测可以采用回弹法测定。为了比较全面地反映桥梁混凝土强度，有代表性地选择病害较严重的区域，分别对其主梁（板）、盖梁和桥墩进行检测。在选择的区域内布置十字交叉的测区，同时要保证相邻两测区在纵桥方向的间距小于2m。

（5）混凝土碳化检测。为了全面了解混凝土的质量，可结合桥梁的表观病害，对主梁、盖梁和墩柱等构件进行碳化检测。碳化检测采用在混凝土新鲜破损面喷洒1%酒精酚酞试剂，利用游标卡尺进行测量。

（6）混凝土钢筋保护层厚度及钢筋分布检测。根据桥梁结构的特点，构件钢筋分布检测和混凝土保护层厚度检测的关键部位主要选在主梁（板）底、盖梁底面和墩柱侧面等区域。该检测可用钢筋扫描仪保护层测定仪进行，检测时，将仪器探头沿固定测线在混凝土构件表面移动，当移动到钢筋位置时，仪器即可自动显示出钢筋保护层的厚度，记录保护层厚度并在构件表面标示出钢筋位置，即可得到所测构件的钢筋分布状况（数量与定位）及保护层厚度信息。

（7）钢筋锈蚀电位检测。为全面了解桥梁主要构件钢筋锈蚀状况，需要对钢筋锈蚀进行检测。工程上，锈蚀检测一般采用钢筋锈蚀电位检测仪，是利用极化电极原理通过铜/硫酸铜参考电极来测量混凝土表面电位，利用通用的自然电位法判断钢筋的锈蚀程度。测量时测区选择在有钢筋锈蚀迹象或可能发生钢筋锈蚀的区域，在测区内绘制方形网格以确定测点位置，测点间距取10 cm，将测点位置充分润湿后即可逐点进行钢筋锈蚀电位的测量。

3．桥梁技术性能评价

依据桥梁全面检测结果和《公路桥涵养护规范》（JTG H11－2004）的规定，根据文献中的各部件指标权重的调整，按照桥梁各部件权重的综合评定方法，计算出桥梁技术性能综合评分，判断桥梁等级，详见表1-2：

表1－2　各部件指标权重(www.xing528.com)

桥梁技术性能评价公式如下：

式中：Ri 为桥梁各部件最终评定标度，可参照检查结果和养护规范进行赋值。

对桥梁评价分类边界进行定义，一类、二类、三类、四类和五类的确定界限详见表1-3。

表1－3　桥梁等级类别、分值接线和养护措施

（二）静载试验法

静载试验法是对桥梁施加试验性荷载从而对桥梁的结构性能进行评定的方法。这种方法非常直观，比较可靠，工程技术人员非常容易接受。静载试验是在桥梁结构上加以同设计荷载相当的外部荷载，在此荷载作用下，选用相应检测仪器测出桥梁的裂缝、应力和挠度等参数的实际变化情况，然后将检测结果与结构按相同外部荷载作用下的理论计算值或设计值相比较，来分析桥梁构件的承载力，可以利用校验系数λ表示：

λ＝1 时，表示实测值和理论值完全相同；

λ＜1 时，表示桥梁承载能力状况较好，承载能力有富余；

λ＞1 时，表示桥梁承载能力状况较差，设计强度或刚度不够。

（三）功能适应性评价法

为了在总体上把握桥梁的技术性能，有必要在养护规范法和静载试验法评价的基础之上加以功能适应性评价。

桥梁功能适应性指的是在目前交通需求下，桥梁的设计荷载、桥下净空和行车道宽度等指标的适用程度，通过对桥梁的功能适应性评价可以为桥梁的改扩建决策提供技术依据。本书拟通过对现有旧桥的可利用程度进行分析，提出旧桥的可利用系数，该系数可以用旧桥行车道宽度的适应性来近似表示。

导致旧桥行车道宽度适应性下降主要有以下两方面原因：一是随着经济社会发展导致的交通状况变化，原桥梁设计采用的设计荷载等级和交通量可能不能满足目前的交通需求，因而导致桥梁通行能力受到限制。二是有一部分桥梁处于拓宽改建的道路上，桥梁上的行车道宽度小于道路行车道，在桥头处常常出现堵塞现象，导致旧桥的通行能力下降，桥梁行车道宽度适应性明显不足。旧桥的可利用系数可采用旧桥的行车道适应性程度表示，而行车道的适应性评价可以利用桥梁通行能力评价模型来量化：

式中：V 表示旧桥当前实际交通量，辆/h，或辆/d；

C 表示桥梁的设计通行能力。

通过上述公式可以得到桥梁的功能适应性指数值，然后依据下表判断桥梁的功能适应性。

表1－4　桥梁功能适应性评价标准