（道路与铁道工程专业论文）烟台市混凝土桥梁技术状态评估方法之应用研究.pdf

中文摘要 摘要 烟台在役的混凝土桥梁在运营过程中，由于材料的老化、自然灾害的侵袭， 以及交通流量和荷重的不断增加，不可避免地出现了各种病害。一些桥梁使用不 到1 0 年就要维修，更有甚者使用不到2 0 年就被拆除了，普遍寿命仅有2 0 _ _ 4 0 年。 基于现有检测手段，如何对在役桥梁结构状态做出准确评估，不仅是桥梁管 理与养护部门进行养护决策的依据，亦是桥梁建设可持续发展的一个重要组成部 分和关键技术之一。 烟台市的桥梁的评估方法主要是：公路养护规范评估方法和基于可靠度理论 的桥梁评估方法。 本文论述了烟台市混凝土桥梁的两种评估方法的基本原理和应用实例，并通 过两种评估方法进行的评估实例分析，比较其优缺点。而此研究可作为日后进一 步研究的踏板石，提供更进一步研究所需的参考资料。本文共分为五章，第一部 分：绪论，简要分析选题背景，提出问题，确定文章的主要研究工作。第二部分： 桥梁技术状态评估研究现状，总结了国内外桥梁状态评估的研究成果及当前状 况。第三部分：混凝土桥梁的评价指标体系，简要概括了桥梁检查的内容和要求， 并在分析病害的基础上，给出了桥梁技术状况评估指标体系的基本框架。第四部 分：两种桥梁评估方法的基本理论，在第三部分桥梁评价指标体系建立的基础上， 首先对两种评估的方法以及应注意的问题做了简单分析，建立了综合评估模型。 第五部分：评估实例，通过计算案例，分析了两种评估方法的优点和局限性。最 后：结束语，总结了文章的主要工作及展望。 关键词：既有桥梁；技术状态评估；综合评价法；可靠度 英文摘要 a b s t r a c t b e t o nb r i d g e si ns e r v i c ei ny a n t a ia leu n e x c e p t i o n a l l ys u f f e r i n gf r o mm u l t i f a r i o u s i n e f f i c i e n c i e sc a u s e db yt h ea g i n go fm a t e r i a l s ，t h ea f f e c t i o n so fn a t u r a ld i s a s t e r sa n dt h e s t e a d yi n c r e a s i n go ft r a f f i cf l u xa n d b u r t h e n f r e q u e n t l ys o m eb r i d g e sa r et ob er e p a i r e d i n l e s st h a n10y e a r s t i m e ；t om a k em a t t e r sw o r s e s o m eo t h e r sa r ed i s m a n t l e di nl e s s t h a n2 0y e a r s t i m e t h ea v e r a g el i f es p a no ft h eb r i d g e si ny a n t a ii so n l y2 0 4 0y e a r s a p r e c i s ea s s e s s m e n ta b o u tt h ec o n s t r u c t i o n a lc o n d i t i o n so ft h ei n s e r v i c eb r i d g e s o nt h eb a s i so fp r e s e n tc h e c k i n ga p p r o a c h e s ，i sn o to n l yt h ef o u n d a t i o no fm a i n t e n a n c e d e c i s i o no nt h ep a r to ft h em a i n t e n a n c es e c t i o n s ，b u ta l s oad i s p e n s a b l ep a r to fa n d c r i t i c a la p p r o a c h e sf o ras u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t t h ep r i n c i p l eb r i d g e a s s e s s i n ga p p r o a c h e sa d o p t e di ny a n t a i a r e ：a s s e s s i n g a p p r o a c ho fh i g h w a ym a i n t e n a n c ec r i t e r i o n , a n db r i d g ea s s e s s i n ga p p r o a c hb a s e do n t h et h e o r yo fr e l i a b i l i t y t h ef u n d a m e n t a la n da p p l i c a t i o ni n s t a n c e so ft w oa p p r o a c h e su s e di ny a n t a if o r t h ea s s e s s m e n to ft h eb e t o nb r i d g e sa r ee l a b o r a t e di nt h i st h e s i s b ya n a l y z i n gt h et w o a s s e s s m e n ti n s t a n c e s ，t h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fe a c ha p p r o a c ha r ec l e a r l y d e m o n s t r a t e d t h er e s u l t so ft h i st h e s i sc o u l ds e r v ea saf o o t s t e pf o rf u r t h e rs t u d i e s t h ew h o l et h e s i sc o n s i s t s5c h a p t e r s t h ef i r s tc h a p t e ri sa ni n t r o d u c t i o n ，b r i e f i n gt h e b a c k g r o u n do ft h et h e s i s ，p o s i n gt h er e l e v a n tq u e s t i o n sa n df i x i n gt h ec e n t r eo ft h i s t h e s i s t h es e c o n dp a r ti sa b o u tt h es t a t u s q u oo fa s s e s s m e n ts t u d yi nb r i d g e t e c h n o l o g i c a lc o n d i t i o n s ，s u m m a r i z i n gt h es i t u a t i o na n da c h i e v e m e n t si nt h i sa r e ab o t h n a t i v ea n do v e r s e a s t h et h i r dp a r t ，a s s e s s i n gi n d e xs y s t e mf o rb e t o n b r i d g e s ，b r i e f l y i n t r o d u c e st h ec o n t e n ta n dr e q u i r e m e n t so fb r i d g e c h e c k i n g ；af r a m e w o r ko ft h e a s s e s s i n g i n d e xs y s t e mc o m e si n t of o r ma f t e ra n a n a l y s i so ft h em u l t i f a r i o u s i n e f f i c i e n c i e s t h ef o u r t hp a r t ，w h i c hi sa b o u tt h eb a s i st h e o r i e so ft h et w ob r i d g e a s s e s s i n ga p p r o a c h e s ，s e t su pac o m p r e h e n s i v ea s s e s s i n gm o d e la f t e rab r i e fa n a l y s i s o ft h et w oa p p r o a c h e s t h ef i f t hp a r ti sa b o u tt h ea s s e s s i n gi n s t a n c e s ，d e m o n s t r a t i n g t h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so ft h et w oa p p r o a c h e s f i n a l l y , t h ec o n c l u s i o n , 英文摘要 s u m m a r i z e st h em a i np o i n t so ft h i st h e s i sa n dp r o s p e c t i v eo ff u r t h e rs t u d i e s k e yw o r d s ：b r i d g e si ns e r v i c e ；t e c h n o l o g i c a lc o n d i t i o na s s e s s m e n t ；c o m p r e h e n s i v e a s s e s s i n ga p p r o a c h ；d e g r e eo fr e l i a b i l i t y 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，撰写 成博硕士学位论文 = = 烟台直湿趟楹鋈堇苤丛查迁垡友洼查廑旦班究：。除论文 中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文 中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公 开发表或未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名：至篷叁 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学 位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到中国优秀博硕士 学位论文全文数据库( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社) 、中国学位论文全 文数据库( 中国科学技术信息研究所) 等数据库中，并以电子出版物形式出版发 行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。 本学位论文属于：保密口在年解密后适用本授权书。 不保密西( 请在以上方框内打“，) 论文作者签名：王f 圣蚕导师签名： 易叫 日期：年月日 烟台市混凝土桥梁技术状态评估方法之应用研究 第一章绪论帚一早 珀下匕 1 1 研究动机与背景 烟台是山东省的一个下辖市，地处山东半岛中部，濒临渤海和黄海，与辽东 半岛对峙，并与大连隔海相望。最大横距2 1 4 公里，最大纵距1 3 0 公里，全市土 地面积1 3 7 4 5 9 5 平方千米，其中市区面积2 6 4 3 6 0 平方千米，全市海岸线曲长 7 0 2 5 千米，海岛曲长2 0 6 6 2 千米。烟台依山傍海，气候宜人，冬无严寒，夏无 酷暑。烟台市是我国首批沿海开放城市之一，是环渤海经济圈内以及东亚地区的 国际性港城、商城、旅游城。 近年来，烟台市公路建设发展迅猛，作为公路建设的重要组成部分，桥梁建 设也取得了显著成绩。目前，全市干线公路桥梁共有1 7 3 0 座，其中混凝土桥梁占 9 0 以上。随着大规模桥梁建设的进行，烟台的桥梁已经进入了一个新建与维护改 造并重的阶段。烟台在役的混凝土桥梁在运营过程中，由于材料的老化、自然灾 害的侵袭，以及交通流量和荷重的不断增加，不可避免地出现了各种病害。由于 地处沿海地区，钢筋锈蚀、混凝土保护层分离或剥落等耐久性问题严重，随着使 用年限的增长，桥梁损伤的种类和程度将不断增加，从而导致桥梁承载力和耐久 性降低，运营状况不能满足社会需求。一些桥梁使用不到1 0 年就要维修，更有甚 者使用不到2 0 年就被拆除了，普遍寿命仅有2 0 _ _ 4 0 年。 烟台既有桥梁结构面临的诸多问题，使桥梁结构的经济性和安全性的矛盾更 为突出。如何在经济性和安全性之间取得最佳平衡是一个非常棘手的问题，怎样 最大限度的挖掘我国既有桥梁结构的承载潜力，进而取得最好的经济效益是摆在 专家学者和工程师们面前的紧迫任务。合理的办法应该是在对既有桥梁的运营状 况、损伤程度、承载潜力以及剩余寿命等问题有一个正确的评价与评估的基础上 再采取相应加固、维修的对策，努力挖掘现有桥梁的承载潜力。 因此，基于现有检测手段，如何对在役桥梁结构状态做出准确评估，不仅是 桥梁管理与养护部门进行养护决策的依据，亦是桥梁建设可持续发展的一个重要 组成部分和关键技术之一。 目前混凝土桥梁的评估方法主要有：公路养护规范评估方法、综合评估方法、 第一章绪论 模糊综合评判法、模糊神经网络方法和基于可靠度理论的方法。烟台市的桥梁的 评估方法主要是：公路养护规范评估方法和基于可靠度理论的桥梁评估方法。基 于设计规范的评定方法是以分析计算为主，通过对实桥进行详尽的外观调查，以 及设计、施工、维修和加固资料的收集整理，根据设计规范的计算理论来分析桥 梁的技术状况。而基于可靠度的评估方法是根据桥梁的材料性质、结构的行为、 荷载、环境条件等都是不确定的，可以将它们看作随机变量，基于可靠度理论进 行研究。 1 2 本文内容 本文将论述烟台市混凝土桥梁的两种评估方法的基本原理和应用实例，并通 过两种评估方法进行的评估实例分析，比较其优缺点。而此研究可作为日后进一 步研究的踏板石，提供更进一步研究所需的参考资料。本文共分为五章，第一部 分：绪论，简要分析选题背景，提出问题，确定文章的主要研究工作。第二部分： 桥梁技术状态评估研究现状，总结了国内外桥梁状态评估的研究成果及现状。第 三部分：混凝土桥梁的评价指标体系，简要概括了桥梁检查的内容和要求，并在 分析病害的基础上，给出了桥梁技术状况评估指标体系的基本框架。第四部分： 两种桥梁评估方法的基本理论，在第三部分桥梁评价指标体系建立的基础上，首 先对两种评估的方法以及应注意的问题做了简单分析，建立了综合评估模型。第 五部分：评估实例，通过计算案例，分析了两种评估方法的优点和局限性。最后： 结束语，总结了文章的主要工作及展望。 烟台市混凝十桥梁技术状态评估方法之应用研究 第二章桥梁技术状态评估研究现状 有资料指出，工业发达国家建设总投资的4 0 以上用于建筑的检查维修与加 固，不足6 0 y 用于新建筑的建设。美国每年用于桥梁维修与加固工程费用就达 十亿美元。我国工程结构由于各种原因有不少需要加固的，甚至有的不得不报废 和重建。 桥梁技术状况评估是一项独立及详尽的检查复核工作。是将桥梁的实际情况 和状态，通过仔细的检验及功能测试、近距离检查和强度计算等程序，对桥梁结构 各部分结构使用状况及各构件材料裂缝、变形、位移等缺陷的严重程度作出评定。 桥梁技术状态评价包括缺损状况评价、承载能力评价、功能适应性评价。 2 1 缺损状况评价 桥梁的缺损状态，是指桥梁结构各部分、各构件在使用过程中的材料缺陷、 裂缝、变形、位移等不同程度的损伤状况。它是衡量桥梁技术状况的决定性因素， 是桥梁管理部门分析及选择桥梁维修对策手段、建立使用状况预测模型以及进行 养护维修项目排序的关键指标。 现行公路养护技术规范中根据各构件缺损的严重程度、对结构的影响程 度和发展变化状况等三个方面，对各部件作出等级评定。 但公路养护技术规范的评定标准非常模糊，指标也不明确，在实际评价 中不可避免地掺入人为的主观判断，使不同的评估专家对同一技术状况的桥梁评 定出来的等级不相一致，给桥梁的养管工作造成了一些混乱甚至失误。 2 1 1 常规综合评估 综合评价法( c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm e t h o d ) 是指运用多个指标对多个参评 单位进行评价的方法，也称为多变量综合评价方法，或简称综合评价方法。其基 本思想是将多个指标转化为一个能够反映综合情况的指标来进行评价。综合评判 可以做到定性和定量因素相结合，扩大信息量，使评价数度得以提高，评价结论 可信。 孙立军 7 ，1 8 ，2 0 3 等建立的上海市桥梁管理系统和李昌铸 2 13 等开发的公路桥梁 管理系统c b m s 均采用综合评估公式对桥梁结构进行综合评价。 第二章桥梁技术状态评估研究现状 综合评价法的特点：评价过程不是逐个指标顺次完成的，而是通过一些特殊 方法将多个指标的评价同时完成的；在综合评价过程中，一般要根据指标的重要 性进行加权处理；评价结果不再是具有具体含义的统计指标，而是以指数或分值 表示参评单位”综合状况”的排序。 在桥梁技术状况评估研究的初期，该方法给研究工作的开展起到了一定的作 用。但常规综合评价法是一种定量分析方法，且要求评估指标满足互斥原则，即 指标之间相互独立，不应出现过多的信息包容、涵盖，而使指标内涵重叠。在实 际评估活动中，指标之间完全独立常常很难做到，有时为加强对某方面的重点调 查和评价，需要从不同角度设置一些指标，以便相互弥补和相互验证。而桥梁结 构技术状态性能的评估本身就因因素众多、纷繁复杂，常规的综合评估方法很难 完全实现。 2 1 2 模糊综合评估 模糊综合方法 2 7 ，2 8 是应用模糊变换原理和最大隶属度原则综合考虑被评估 的桥梁或其属性的相关因素，进而对桥梁进行等级或类别评价。其特点是评价结 果不是绝对地肯定或否定，而是以一个模糊集合来表示。其评价的基本思路遵循 定性定量定性的步骤，即从定性研究入手，经定量加工处理，得出定性 的评价结果。 在桥梁技术状况的综合评价中，涉及到大量的复杂现象和多种因素的相互作 用，而且，评价中存在大量的模糊现象和模糊概念 2 2 , 2 3 , 2 4 。因此，在综合评价时， 常用到模糊综合评价的方法进行定量化处理【2 5 ，2 6 1 ，评价出桥梁技术状况的等级， 取得了良好的效果。 但是，该方法中常用的最大隶属度原则，它的使用是有条件的，存在有效性 问题，可能会得出不合理的评价结果。 2 1 3 模糊神经网络法 神经网络是模拟人脑结构的思维功能，具有较强的自学习和联想功能，人工 干预少，精度较高，对专家知识的利用也较少。但缺点是它不能处理和描述模糊 信息，不能很好利用已有的经验知识，特别是学习及问题的求解具有黑箱特性， 其工作不具有可解释性，同时它对样本的要求较高；模糊系统相对于神经网络而 烟台市混凝土桥梁技术状态评估方法之应用研究 言，具有推理过程容易理解、专家知识利用较好、对样本的要求较低等优点，但 它同时又存在人工干预多、推理速度慢、精度较低等缺点，很难实现自适应学习 的功能，而且如何自动生成和调整隶属度函数和模糊规则，也是一个棘手的问题。 模糊神经网络就是二者相结合的产物，它汇集了神经网络与模糊理论的优点，集 学习、联想、识别、信息处理于一体。 该方法的局限性在于如何确定评价指标体系和如何建立和选取评估模型 3 0 ，3 5 等问题都还在进一步研究之中。 2 2 桥梁承载能力评估 桥梁承载能力评估是一个考虑结构损伤和实际运营状态，并以整个结构体系 为对象，对桥梁的安全性、使用性、耐久性进行分析评价并作出决策的过程。桥 梁承载能力是反应桥梁使用现状的一个重要技术指标，是桥梁结构维修加固方案 设计决策的依据。桥梁承载能力评估的信息来自现场，主要预测桥梁结构系统的 基本性能和未来的安全性。 2 2 1 基于规范的方法 对于旧桥承载能力的检算 3 6 - 基本上按现行的有关公路桥梁设计规范进行，但 根据桥梁的调查、检算及荷载试验情况采用旧桥检算系数z 1 ，对检算结果进行适 当的修正。 旧桥的折减系数z l 的数值与桥梁的实际运营状况有关，因此，虽然裂缝的位 置和宽度大小、结构损伤的位置和严重程度等指标可以定量估计，但是z 1 的取值 在一定程度上还得依靠专业工程师的工作经验，专业人员的侧重点不同，z 1 值就 会有变化。 2 2 2 荷载试验 通过对桥梁结构物直接加载并进行有关测试、记录与分析工作，以达到了解 桥梁结构在试验荷载作用下的实际工作状态，从而判断桥梁结构的安全承载能力 及评价桥梁的运营质量。对于一些理论上难以计算的部位，通过荷载试验可以达 到直接了解其受力状态的目的。荷载试验包括试验准备、现场试验、对试验结果 分析整理等一系列工作内容。 第二章桥梁技术状态评估研究现状 荷载试验不利的一面是经费问题，且对桥梁具有一定的破坏性，有可能使潜 在的病害加剧 5 3 7 3 。 2 2 3 基于结构可靠度理论的评估方法 桥梁可靠性为桥梁结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的 能力。当以概率来度量时，称可靠度。 对于评估来说，规定时间，一般取设计基准期与桥梁己使用时间之差；规定 条件，以设计时的正常使用条件结合桥梁实际使用情况；预定功能，指结构的安 全性、耐久性和适应性 4 6 ，5 1 。 2 0 世纪初期把概率论及数理统计学应用于结构安全度的分析标志着结构可靠 性理论的产生，2 0 世纪4 0 年代初期到6 0 年代末期，是结构可靠性理论发展的主 要时期。现在所说的经典结构可靠性理论概念大致就是出现在这一时期。二十世 纪7 0 年代至8 0 年代，结构可靠性理论逐步完善并被各国规范、标准相继采用。 我国1 9 9 9 年颁布了公路工程结构可靠度设计统一标准( j t gd 6 0 2 0 0 4 ) 和公 路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范( j t gd 6 2 2 0 0 4 ) 都是基于先进的可 靠度理论来编制的。用失效概率度量结构的可靠性，通过将抗力和作用效应相互 独立，将随机过程化为随机变量并以经验为校准点 4 9 3 。这是我国规范先进性的一 种表现。 但可靠度用于桥梁结构体系的研究还不成熟，因为概率可靠度理论需要进行 大量数据统计，但不论荷载统计或抗力统计都还存在一些问题。而且对已有桥梁 结构的承载能力、正常使用功能函数以及寿命预测的研究涉及的结构组成很多， 有上部承重构件、上部一般构件、墩台墩身、基础、支座及桥面等 4 8 ，而且各组 成部分涉及的破坏形式( 或损伤形式) 还有多种，概率可靠度理论会有意或无意 地简化、忽略本应考虑但又无法用这一理论处理的因素，如一定程度的人为失误 以及社会、经济因素等。因此，对既有桥梁承载能力的可靠度研究难度较大，虽 然在理论上是可行的，但实际操作时困难重重。特别是桥梁的时变可靠度研究 5 0 3 ， 未知数更多，目前还无切实有效的分析方法可供使用，还有待研究。 烟台市混凝十桥梁技术状态评估方法之应用研究 2 3 功能适应性评价 桥梁结构的适应性是指桥梁满足交通车辆通行能力的程度。随着工农业生产 的飞速发展，交通流量和车辆载荷不断增大，对桥梁的要求越来越高，不但要求 车辆通行畅通无阻，而且要行走舒适。而近2 年来桥梁水毁事件不断发生，有的是 由于洪水流量超过设计值，有的则是由于桥梁的设计长度或高度达不到泄洪要求， 洪水从桥台后或桥面流过。因此，在道路改造时，桥梁适应性是否能满足要求显 得非常重要。 我国桥梁的适应性主要从三个方面评价 3 8 ： ( 1 ) 桥梁行车条件适应性桥梁行车条件适应性反映了车辆在桥梁上行驶时 的通行能力和舒适程度。影响因素主要有桥梁宽度、桥面铺装质量、伸缩缝质量、 桥头跳车状况和桥面线性。评价指标为行车适应系数d s c ( d r i v i n gs u i t a b i l i t y c o e f f i c i e n o 。 ( 2 ) 桥梁通过能力适应性桥梁通过能力包括桥梁在遇到洪水时的渲泄能 力和立交桥下车辆的通过能力。影响因素主要有桥梁长度和宽度。评价指标为通 过能力适应性系数p s c ( p a s sa b i l i t ys u i t a b i l i t yc o e f f i c i e n t ) 。 ( 3 ) 桥梁环境适应性桥梁环境适应性主要指城市桥梁的结构型式、颜色 和灯光等与城市周围环境的协调程度。评价指标为环境适应系数e s c ( e n v i r o n m e n t s u i t a b i l i t yc o e f f i c i e n t ) 。 桥梁的适应性评价是桥梁使用水平的体现，其各项评价指标能较为详细的反 映桥梁不同方面的适应性情况，可为制定桥梁重建或加固方案提供重要依据。 第三章桥梁评估指标体系 第三章桥梁评估指标体系 3 1 桥梁检查的内容 桥梁检查 5 是桥梁技术现状评定的基础，也是桥梁养护工作的重要内容。通 过对桥梁的技术状况及缺陷和损伤的性质、部位、严重程度及发展趋势检查，弄 清原因、分析和评价缺陷和损伤对桥梁质量和使用承载能力的影响，为桥梁维修 和加固设计提供可靠的技术数据和依据。因此，桥梁检查是桥梁评定、养护、维 修与加固必须进行的工作，是决定维修与加固方案可行和正确与否的可靠保证。 桥梁检查分为日常巡查、经常性检查、定期检查和特殊检查四种。除特殊检 查外公路桥梁检查常用相机、钢尺、卷尺、水平仪、经纬仪、回弹仪、玻璃条、 粉笔、5 0 2 胶等工具及材料。 3 1 1 日常巡查 县级以下农村公路管理机构要设立专职桥梁巡查人员，以目测为主，配合简 单工具，对所辖路段的桥梁及桥梁防护设施每天进行一次养护巡查，并做好详细 记录，发现问题及时上报。 3 1 2 经常检查 经常检查主要指对桥面设施、上部结构、下部结构及附属构造的技术状况进行 日常巡视检查，及时发现缺损并进行小修保养工作。 经常检查由县级农村公路管理机构桥梁工程师组织实施，其时间周期一般每 月不少于一次，汛期应加强不定期检查。 经常检查采用目测方法，也可配以简单工具进行测量，当场填写“桥梁经常检 查记录表”，现场要登记所检查项目的缺损类型，估计缺损范围及养护工作量， 提出相应的小修保养措施，并组织实施，同时上报上一级农村公路管理机构桥梁 工程师。 经常检查中发现桥梁重要部件缺损或者达到三类以上技术状况的病害桥梁后， 应及时向上一级农村公路管理机构桥梁工程师提交专项报告。 经常检查包括的内容以公路桥涵养护规范中规定的内容为准。 烟台市混凝土桥梁技术状态评估方法之应用研究 3 1 3 定期检查 定期检查主要是是按规定周期，对桥梁主体结构及其附属构造物的技术状况 进行定期跟踪的全面检查。主要检查各部件的功能是否完善有效，构造是否合理 耐用，发现需要大、中修、改善或限制交通的桥梁缺损状况；同时检查小修保养 状况。定期检查为评定桥梁使用功能，制定管理养护计划提供基本数据。 定期检查由市级农村公路管理机构桥梁工程师制定年度定期检查计划并组 织实施，县级及县级以下农村公路管理机构桥梁工程师协同实施。 定期检查的周期根据技术状况确定，最长不得超过三年。新建桥梁交付使用 一年后进行第一次全面检查，在经常检查中发现重要部( 构) 件的缺损明显达到 三、四、五类技术状况时，应立即安排一次定期检查。 桥梁养护工程师在每次实施定期检查前，要认真查阅所检查桥梁的技术资料 以及上次定期检查报告，以便有充分的准备和对比分析。 定期检查以目测观察结合仪器观察观测进行，必须接近各部件仔细检查其缺 损情况。当场填写“桥梁定期检查记录表 ，对各部位进行拍照并作编号，对严 重病害作详细记录，填写“定期检查附录说明”，记录各部件缺损状况并作出技 术状况评分。 3 1 4 特殊检查 特殊检查由省级农村公路管理机构桥梁养护工程师主持，委托具有相应资质 的单位承担，并签订委托合同。市级农村公路管理机构桥梁养护工程师协调监督。 特殊检查应采用适当的仪器设备以及现场勘探、试验等特殊手段和科学分析 方法，查明桥梁病害的确切原因、破损程度和承载能力，确定桥梁的技术状态， 以便采取相应的加固、改善措施。 特殊检验的项目主要有以下两方面： ( 1 ) 结构材料缺损状况诊断，包括材料损坏程度检验，材料物理、化学性能 测试及缺损原因的分析判断。 ( 2 ) 结构整体性能、功能状况鉴定，包括结构承载能力鉴定，桥梁抗洪能力 鉴定。 对出现以下四种情况的桥梁应作特殊检查： 第三章桥梁评估指标体系 ( 1 ) 遭受洪水、流水、漂流物、船舶撞击以及滑坡、地震、水灾等自然灾害 和超重车违章行驶的； ( 2 ) 定期检查中难以判明损坏原因及程度的； ( 3 ) 要求提高载重等级的( 在决定加固改建以前) ； ( 4 ) 技术状况为四、五类的。 条件许可时，特殊重要的桥梁在正常使用期间可周期性进行荷载试验。 进行特殊检查前，承担单位负责检查的工程师应充分收集资料，包括设计资 料( 设计文件、计算所用的程序、方法及计算结果) 、竣工图、材料实验报告、施 工记录、历次桥梁定期检查和特殊检查报告，以及历次维修资料等。市级农村公 路管理机构桥梁养护工程师应给予必要的协助。 特殊检查包括的内容以公路桥涵养护规范中规定的内容为准。 承担特殊检查的单位及负责检查的工程师应按照合同规定的内容及时间，完 成检查任务，并作出检查报告。报告内容应包括的主要内容为： ( 1 ) 概述检查的一般情况，包括桥梁的基本情况、检查的组织、时间、背景 和工作过程。 ( 2 ) 目前桥梁技术状况的描述，包括现场调查、检验和检测项目以及检测方 法、检测数据、分析结果和桥梁技术状况评价等。 ( 3 ) 详细叙述检查部位的损坏程度和原因，并提出结构部件和总体的维修、 加固或改建的建议方案。 桥梁的特殊检测评定要严格按公路桥梁承载能力评定规程实施。 3 2 混凝土桥梁评估指标体系 根据桥梁的组成特点，把桥梁整体分解成几个一级分部，一级分部又可以根 据结构组成分为几个构件，相当于二级分布，对二级分布中的各个构件都建立起 评价指标，并确定每个评价指标的评分标准，根据评分标准对各个构件的各个指 标进行评估，从而建立起完整的桥梁评估指标体系。 3 2 1 混凝土桥梁评估指标体系的建立 1 评价指标的确定 评价指标的选择是桥梁评价结果好坏的关键，指标数量不宜过多或过少。指 烟台市混凝土桥梁技术状态评估方法之应用研究 标过多，评价难度大，指标过少，评价不全面、不稳定。因此选取的指标必须具 有以下几个特点： l 、具有代表性的关键指标。 反映桥梁某结构的典型特征指标可能有多个，应该尽量选择有代表性的、容 易被理解和接受的关键指标。 2 、指标之间要具有相对独立性，避免指标的相互重叠和重复评价。 3 、指标之间要具有较强的相关性，避免评价结果相互抵消。 4 、指标要具有可评比性。 桥梁技术状态的评价指标在实际运用过程中，必须能通过一定的运算规则， 按统一的评价标准做出独立的评价，并且能定量化或数量化。 根据指标的要求并结合桥梁本身结构的特点，建议考虑的评价指标如下： 1 桥面铺装 评价指标有：裂缝的状况( 纵、横向裂缝、网裂、龟裂等) 、病害的状况( 是 否有剥离、渗漏、局部坑槽) 、平整度和桥头跳车状况。 2 排水设施 评价指标有：纵坡、横坡度( 是否顺适，桥面有无积水) 、泄水管的状况( 有 无损坏、堵塞、泄水能力情况) 、防水层的状况( 是否工作正常，有无渗水现象等) 。 3 伸缩缝 评价指标有：伸缩缝本身的破坏损伤、填料的状况( 是否堵塞、卡死、缝料 的脱落) 连接部件的状况( 有无松动、脱落、局部破损) 4 混凝土梁( 板) 考虑的评价指标有：抗剪强度、抗弯强度、裂缝的状况、梁( 板) 体表明状况( 有 无空洞、蜂窝、麻面、剥落、露筋) 、钢筋锈蚀、混凝土碳化深度等 5 横向联接系统 评价指标有：抗剪强度、裂缝的状况况、表明破损状况( 混凝土有无剥落、开 裂) 钢筋锈蚀的状况等。 6 支座 第二章桥梁评估指标体系 评价指标有：支座的型式、支座的约束状况( 固定端是否松动、剪断、开裂) 、 支座的位移状况( 位移量是否正常) 、支座剪力值和支座的各种缺陷( 变形、锈蚀、 材料的老化) 等。 7 桥台 评价指标有：桥台的形式、裂缝的状况、表面的缺损状况( 混凝土的剥离风 化、掉角、露筋) 、钢筋锈蚀状况、变位状况( 沉降、位移、倾斜) 、桥台高度、 桥台强度等。 8 桥墩 评价指标有：裂缝的状况、表面破损状况( 风化、剥落、空洞，露筋) 、钢 筋锈蚀状况、变位状况( 沉降、位移、倾斜) 、抗剪强度、抗弯强度等。 9 基础和地基 评价指标有：裂缝的状况、基础的冲刷状况( 外露、悬空、下沉) 、钢筋锈蚀 的状况、基础的强度等 1 0 附属构造 评价指标有：翼墙( 侧墙、耳墙) 的裂缝状况、变形状况( 倾斜、滑移、沉 降) 、混凝土的风化剥落状况，锥( 护) 坡、调治构造物的坍陷状况，人行道与栏 杆、照明与标志等构件的完好状况等。 2 划分混凝土桥梁的评估系统 从桥梁的损伤表现入手，结合桥梁各组成部分的功能特点，将桥梁分为五个 一级分部：桥面系、桥跨结构、下部结构、地基和基础、附属构造等。各一级分 部又有许多的二级分部组成，如图3 1 所示。针对各个二级子系统可建立相应的评 价指标体系和评分标准体系。 3 2 2 钢筋混凝土梁( 板) 桥评估指标体系 影响桥梁结构工作状态的诸多因素相互关联、相互影响，利用层次分析法( a n p ) 4 4 ，4 5 将各因素按不同层次聚类，建立一个多层次结构模型，即目标层、准则层 和指标层，这就是递阶层次结构模型，如图3 2 所示。 烟台市混凝土桥梁技术状态评估方法之应用研究 r 繇乜蒸统 l 2 桥跨结构“) 梁( 板) 和横向连接系统 桥梁组成j 王下部结构 兰羔兰 r 捣捌删塞 l 造隐翟 1l三；塞要道与栏杆 目标层准则层指标层被评对象 图3 2 指标体系层次结构图 设指标体系为p ( m ，y b ) ，指标层为y = y l ，y 2 ，y k ，相应于y 的权向量b = ( b l ， 1 3 第三章桥梁评估指标体系 b 2 ，b o ， m 为各指标函数所构成的指标函数集( 也叫模型集 3 9 ) ，也是系统 的最上层目标层，准则层中列出衡量达到目标的各项准则，指标层中列出影响 目标的各种具体指标。 如果任一被评对象d p 的k 个指标值分别为y l * ，y 2 * ，y k * ，则d p 相对于 目标层的效用值b 木可按下式计算： b 水= ( 1 ) 1 ( l l y l * + l s y s * ) + + n ( ( ) n t y t 木+ ( ) n k y k * ) = 1 0i ( i ) i j y j * ( 3 1 ) l j 从上式中可看出，指标y j 的权为( 1 ) i i j ，若b j = i ( ) i j ，可得指标层y = y l ， y 2 ，y k ) 的权向量为b = ( b l ，b 2 ，b k ) 。 依据在役桥梁结构的结构形式和影响其技术状态的可靠性的因素，建立如图 3 3 所示的递阶层次的桥梁技术状态的评估模型。 1 、准则层分为：桥面系、桥跨结构、支座、墩台和基础、桥龄、环境共6 个。 准则层仅选取与结构可靠性有关的构件，不包括诸如人行道、栏杆、翼墙锥坡、 排水系统等附属设施。将环境考虑在内，因为烟台属于沿海城市，处于腐蚀性介 质中的桥梁的技术状况比非腐蚀性介质中的要差很多。 2 、每个准则层各有不同的评价指标层，如桥面系是从6 个方面进行评价的， 有6 个评价指标。 3 、对于裂缝和锈蚀的评价指标层又分为各自的子指标层。 4 、按照从子指标层一指标层一准则层一目标层的顺序逐层进行评估，本层的 评估以下一层的评估结果为基础。 烟台市混凝土桥梁技术状态评估方法之应用研究 r、 l 桥梁技术状况评定l r o，_ l上，l 、 桥 侨 环 侨域 面 龄 境 跨 支 结 座 口 与 系 构基 、厂 、- 一 旱 - + 、， hj 、，上 ，上， 咭、 上 桥 排 人 纵 馐 值 混 基 不 面 储) 伸 向 裂 变锈 凝 均 口甥 状 水 缩 行坡 向 础 埴 口 系 缝 道 正 分 缝 形 连 蚀 土 冲 匀 土项 况 系 顺 布 接： 强 尉 沉 状 统 度 邑邑u p ， 、- 、_ 一 、一 、。一 7 一 ，上，、 1 h 截 最 相 裂 面 大 对 缝 损 缝 缝 条 失 宽 长 数 塞 、_ 、_ 一 图3 3钢旁i 混目琵土：梁je 桥评伤指标体系层次幺 构i虱 表3 1 手旨枋体勇；等级翅分汇总表 1 0 指标类型等级划分 桥面系 12345 桥面状况 完好轻度缺陷中度缺陷重度缺陷 排防水功能 完好有缺陷中度缺陷严重缺陷完全失效 伸缩缝 完好局部失效完全失效 人行道系完好轻度缺陷 中度缺陷重度缺陷 极严重缺陷 纵向平顺度良好差很差 横坡分布满足要求不满足要求 桥跨结构 l2345 变形满足不满足 横向联系好差很差 裂缝完好较好中度重度危险 指标类型等级划分 桥跨结构 12345 锈蚀无轻微锈蚀锈蚀锈蚀较严重锈蚀严重 混凝土强度 满足不满足 1 5 混 凝 土 强 度 第三章桥梁评估指标体系 续表3 1指标体系等级划分汇总表 指标类型等级划分 墩台与基础 1234 5 基础冲刷无不严重较严重严重 不均匀沉降低中高 后台嚷蝴良好较好较差很差 墩旬菇鞘；变形 正常 异常严重异常 支喹劣懒 轻微 中度较严重严重极严重 桥龄 12345 环懒可忽略轻微中度严重 恶劣 3 2 3 预应力混凝土梁( 板) 桥评估指标体系 指标体系钢筋混凝土梁桥基本相同，不同之处是在预应力体系方面。预应力 损失到一定程度后的表现是结构的开裂，所以关于预应力体系的评估可通过指标 层中的裂缝来体现。另外，预应力体系结构设计中的普通钢筋是作为构造筋或作 为安全储备而设置，其锈蚀程度通常不会影响结构的安全性，只影响结构的耐久 性。故对预应力混凝土梁( 板) 桥评估的锈蚀程度这一评价指标层不必设置子指 标层截面损失率。 综上所述，在普通钢筋混凝土梁( 板) 桥评估基础上，预应力混凝土梁( 板) 桥的桥跨结构评估指标体系建立如图3 4 所示。 其中，对裂缝的评定主要包括弯曲裂缝、剪切裂缝和预应力锚固端的封端混 凝土裂缝3 个子指标层。 烟台市混凝土桥梁技术状态评估方法之应用研究 削3 4 预应力混凝土粱式桥评价指标体系层次结构图 文献通过试验研究和有限元分析得到了如阁3 5 、3 6 所示预应力混凝 土t 梁荷载与应变、裂缝的关系曲线。 整 图3 5 跨中截面上缘混凝士荷载一- 应变曲线圈3 6 粱主要裂缝的宽度开展图 由图中可以看出，当荷载较小时，跨中截面荷载挠度曲线基本成线性关系， 随着荷载增加，荷载挠度曲线显示出一定的非线性性质，构件刚度开始下降： 当混凝土拉应力超过限值，荷载挠度曲线非线性关系变得非常明显，构件刚度 继续下降；混凝土裂缝超过规范限值，构件刚度随荷载下降速度增加。另外，由 实际测量值和程序计算值与规范计算方法得出的理论值综合加以比较发现，对于 第二章桥梁评估指标体系 粱的承载力，规范计算方法得出的各类型预应力钢筋混凝土梁极限承载力低于梁 的实际承载力1 0 左右，表明规范计算承载力偏于保守，因此，实际中预应力钢 筋混凝土构件极限承载力还有一定的可利用空间。 文献( 1 6 ) 对1 3 m 先张法预应力混凝土板粱进行了极限承载力研究，得到圈37 、 3 8 所示关系曲线。 幽37 荷载钢绞线麻力关系图 3 8 荷载跨中挠应关系图 图中的a b 段荷载挠度关系线成明显的线性变化，说明荷载作用初期预应力 混凝土空心粱受力处于完全弹性状态；到了b 点，预应力混凝土空心粱底部即将 产生初始裂缝此时受拉混凝土开始退出工作。b 点处钢绞线的应力为 1 4 1 03 6 m p a ，空心梁已经产生向f g j 弯曲变形，跨中节点最大挠度为2 06 6 2 m n l 。 荷载达到b 点后，就迅速进到c 点，此时面荷载值基本不变，但钢绞线应力却发 生突变跨中挠度也有明显的变化。b c 阶段为梁底混凝土出现初始裂缝后的瞬时 阶段，在此阶段受拉区混凝土逐渐退出受拉工作状态，受拉区应力由锢绞线承担， 荷载挠度关系开始出现非线性变化趋势，再继续加载至图中的d 点，梁发生破 坏。c d 阶段为裂缝不断缓慢扩展直至梁发生破坏的阶段，梁破坏时预应力钢绞线 应力达到其标准抗拉强度1 8 6 0 m p a 。 由以上研究成果可知，预应力混凝土结构即使开裂，结构仍然具有承载能力， 其破坏过程与带裂缝工作普通钢筋混凝土结构类似，故在进行预应力结构状态评 估时，即使是全预应力结构，也不能一旦出现开裂就按危险状态考虑。另外裂 缝如果在特定荷载作用结束后能自行闭合时，也还应单独考虑。当然，结构丌裂 后即使对其承载能力暂时影响较小，但其对结构耐久性的影响不容忽视，状态评 估时，应予以考虑。故最终确定的预应力混凝土结构裂缝评定标准如表33 所示。 烟台市混凝土桥梁技术状态评估方法之应用研究 表3 3 裂缝状态评估标准 评定等级评定状态 标准要求( 1 5 ，3 0 ，3 1 ，3 4 ，4 0 ，4 1 ) 1 完好无裂缝 2 较好开裂但能白行闭合 3较差( 中度开裂)最大缝宽不超过b 类构件规范容许值 4