（工程力学专业论文）桥梁管理系统中的桥梁结构状况评价.pdf

摘要 随着使用时间增长 桥梁结构性能和使用性能都会不断下降 为使桥梁退化 不影确蜀冀经食煞完或 液懿餐采取埝警翡维爹播篷 及时截怒维护诗麓 冀依 据为桥梁结构检查和评价的结果 因表嚣蘸一黧矮嚣缀兹轿粱繁逢中 管理工作豹方法及手段帮还禳当落爱 与目前繁嫩的桥梁管理工作不相适应 也与现代科学的管理要求不相适应 本论 文豹嚣兹楚建立一令顼t 7 1 缀戆辑梁结棱狄凝诤参体系 本论文的研究由四个部分组成 筵一都分 繁 章 瓣辑粱锗理系绞熬概况送行了分绍 镄礁了掇粱结秘羧 况评价的概念 目的及其在管理系统中的地位 第二郝分 第二章 中对各潮携粱续赡状况译玲款方法进行了目颞 分援其 一般特征 比较它们的异阀 第三部分 第三章 磺究了蟒粱退化麴愿爨 并对耩梁病寒壤撂援梁魏 串进 行了分类 第四部分 第四 五肇 建立了一个项曩级的桥梁结构状况谤价体系 首先 提出了项嚣级桥粱结构检衡的方法和步骤 其次提出了一个桥梁结构状况评价的 方法 该方法包括了对桥梁病害 构件 分部结构 桥跨及全揆的评价 对构 牛 的评价以络构安全性 交通安全憔和耐久性为评价准则 在对桥跨的评价中 采 用层次分析法评价备构件及分部结构的权踅 关键字 桥梁管理系统 状况评价 桥梁结构检畿 桥梁退化 层次分析法 a b s t r a c t b r i d g ei sc o n t i n u i n gt od e t e r i o r a t e h o wt op r o p e r l y e x e c u t ea n d t i m e l ys c h e d u l e m a i n t e n a n c e o p e r a t i o n sd e p e n d o nt h er e s u l t so ft h ei n s p e c t i o na n da s s e s s m e n to f b r i d g es t r u c t u r e sf o rt h e f u l f i l l m e n to ft h et a s k so f b r i d g e s i ns o m ep r o j e c tl e v e lb r i d g em a n a g e m e n ta tp r e s e n tt i m ei no u rc o u n t r y t h e m e t h o do fb r i d g em a n a g e m e n ti sr a t h e rb e h i n dt h et i m e s a n dc a n t a d a p tt o t h e i n c r e a s i n gw o r k o f m a n a g e m e n t a n dt h er e q u i r e m e n to fm o d e r ns c i e n t i f i cm a n a g e m e n t t h eo b j e c t i v eo ft h i sr e s e a r c hi st of o r map r o j e c tl e v e ls y s t e mo fc o n d i t i o na s s e s s m e n t o f b r i d g es t r u c t u r e s t h er e s e a r c hc o n s i s t so ff o u rm a i n p a r t s i np a r t1 f i r s t l ya ni n t r o d u c t i o ni sg i v e nf o rt h eb r i d g em a n a g e m e n ts y s t e m a n d t h e n ad i s c u s s i o ni s p r e s e n t e d f o rt h e d e f i n i t i o n p u r p o s e a n dp o s i t i o n o ft h e c o n d i t i o na s s e s s m e n to f b r i d g es t r u c t u r e si nab r i d g em a n a g e m e n ts y s t e m i np a r t2m e t h o d so fc o n d i t i o na s s e s s m e n to f b r i d g e s t r u c t u r e si ns e v e r a l c o u n t r i e sa r er e v i e w e d a n dt h e i rg e n e r a lc h a r a c t e r i s t i c sa n dt h ed i f f e r e n c eb e t w e e n e a c ho t h e ra r es t u d i e d p a r t3i n c l u d e sa s t u d y o ft h ec a u s e so f b r i d g e d e t e r i o r a t i o n a n d t h e c a t e g o r i z a t i o no fb r i d g ed a m a g ea c c o r d i n gt ob r i d g ee l e m e n t s a p r o j e c tl e v e ls y s t e mo fc o n d i t i o na s s e s s m e n to f b r i d g es t r u c t u r e si sc o n s t r u c t e d i np a r t4 t h em e t h o d sa n dp r o c e d u r e so fp r o j e c tl e v e lb r i d g ei n s p e c t i o na r ef i r s t l y a d v i s e d t h e nam e t h o do fc o n d i t i o na s s e s s m e n to fb r i d g es t r u c t u r e si sa d v i s e d t h i s m e t h o di n c l u d e st h ee v a l u a t i o no fd a m a g e s e l e m e n t s c o m p o n e n t s s p a n so fb r i d g e s t r u c t u r e sa n dt h ee v a l u a t i o no f b r i d g es t r u c t u r e sa saw h o l e t h ee v a l u a t i o no fb r i d g e e l e m e n t si si na c c o r d a n c ew i t ht h ec r i t e r i ao fs t r u c t u r a ls a f e t y t r a f f i cs a f e t y d u r a b i l i t y a n di nt h ea s s e s s m e n to f b r i d g es p a n s t h em e t h o do fa h p i sa d a p t e dt oe v a l u a t et h e w e i g h t so f e l e m e n t sa n d c o m p o n e n t so fb r i d g es t r u c t u r e s k e y w o r d b r i d g em a n a g e m e n ts y s t e m c o n d i t i o na s s e s s m e n t b r i d g ei n s p e c t i o n b r i d g ed e t e r i o r a t i o n a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑熏声明 所呈交的论文赵本人在导师的指导下独立进 行研究所取得的研究成果 除了文中特潮加以标注弓 用的内容 外 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作 品 对本文的研究做出煎要贡献的个人和集体 均已在文中以明 礁方式标弱 本人完全意识到本声明魄法律惹果由本人承摆 佟者签名 弧i 焉太 弱期 v 彤 年占弼6 e t 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完企了解学校有关保留 使用学位论文的规 定 嗣意学校摄整黉向豳家有关部门或枫梅送交论文魏复印件和 电子版 允许论文被查阅和借阅 本人授权华南理工大学可以将 本学鬣论文的全部或都分内容编入有关数据痒避李亍检索 可敬采 用影印 缩印或搠描等复制手段保存和汇编本学位论文 保密口 在年解密后适用本授权书 本学使论文属于 不保密叼 请在激上攘应方框志努 4 作者签名 雾囊萋签名 矜泼黍 吲义 e t 期 枷 笨名弼g 瞄 露期 删年 舞g 豳 第一章绪论 1 橇梁簧理系统的发展摄提 公路桥梁是发展国民经济的重舞设施 而且在公路营运中起着重要的咽喉作 用 躅蔬 桥梁状况的好坏不仅直接影响到车辆的营运费糟和行车舒适往 也影 响到社会的经济效益和公路的畅通 过去建设的桥梁 荷载等级偏低 承载力普 遍不离 由予经济建设高速发装 耩梁豹交遥流塞也逐速漤大 随着桥梁镬蠲时 间的增加 外部环境的侵袭 不可避免地会使得桥梁结构和使用性能退化 以及 发生瘸害帮损伤 耩粱豹管理 维修和养护耱任务越来越繁重 工作戆滚度也越 来越大 如何更好地实现桥梁的科学管理 是当前迫切需要解决的课题 辑粱熬麓本功黥跫维持交逶运输 桥梁管理楚基于这蒸本蟊的辑生囊采的一 种管理活动 有广义和狭义之分 广义的桥梁管理活动包括某主管部门辖区内所 有援梁匏鬏矧 建设 维护 改进舔重建 嚣狭义 l 勺掭粱篱毽活动只包揍主管嫠 门辖区内已建成桥粱的维护 功能改进和蘸建决策m 用于桥梁管理的资金一般 都是窍鼹鲍 如何把窍限的资源炸簸优的分配 使桥梁最大限度地发挥它瓣效用 亦即在满足桥梁管理要求的前提下 使桥梁管理的总成本最低 这就是桥梁管理 的基戆 在诗箨规技术和信息技术飞速发疑戆今天 利熙科学款乎段进行援粱管 理已经是大势所趋 桥梁工程 软件工程以及管理学 经济学和运筹学等学科的 知识综合运用于桥梁管理的产物就是桥梁管理系统 桥梁管理系统最早出现在美豳 1 9 6 7 年 纽子美阑p o i n tp l e a s a n t 和 g a l l i p o l i s 之间的锻色大桥 s i i v e rb r i d g e 倒塌 由于一个螺魏的脆断雨致使 4 7 入丧生的事件引起了美国社会的酱遍关注 当时还没有一个系统性的路桥运营 和维修的决策支持工具 美国在1 9 6 8 年通过联邦公路法中开始要求各级交通主管 部门开始建立系统的路轿维护决策支持工其 由美国公路交通协会 a a s h t o 提供 支持的p o n t i s 是目前历史最久 用户最多的桥梁管理系统软件 a a s h t o 自己称 p o n t i s 是 桥梁管理完全解决方案 它应用于全世界范瀚内的四十多个桥梁管 理机构 a a s h t o 同时提供支持的还有另外一种桥梁管理系统 b r i d g i t 但用户 较少m m 欧洲许多国家 如英国 德国 丹麦等 都开发有自融的桥梁管理系统 现 在欧滋静一些国家联合开发了一个敬测管瑗系统b r i m e 在其他的国家帮遣区如 南非 日本以及台湾等 也发展有较成熟的桥梁管理系统 我藿轿粱管理系绞浚开发始于8 0 年代中赣 在 五 计划期阉 密国家鼗 贸委和交通部联合确定中国公路桥梁管理系统 c h i n ab r i d g em a n a g e m e n t s y s t e m 简称c b m s 为重点技术推广项目 与之并行的另一个项目是中国公路管 理系统c p m s 以内蒙古为例 1 9 9 5 年内蒙古自治区开始开展推广c b m s 的应用 建立了一个省级c b m s 系统和1 2 个盟市级管理系统 覆盖面达1 0 0 管理自治 区内干线公路上的1 7 4 8 座桥梁 目前已有较为显著的效果n 近几年 一些省市如上海市 重庆市 已经建立了或正在发展各自的桥梁管 理系统 总的说来 国内的桥梁管理系统应用还停留在初级阶段 相当一部分桥 梁管理系统只能称之为信息管理系统 对于桥梁仿真分析和决策支持功能的研究 还需要进一步的深入 下面对p o n t i s b r i m e 和上海的桥梁管理系统分别进行简单的介绍 1 p o n t i s p o n t i s 是美国联邦公路管理部 f h w a 开发的一个适用于国家级应用的通用 桥梁管理系统 它不仅是一个计算机应用软件 它还构成了一个管理组织框架 使桥梁管理者的主要精力放在研究优化桥梁网络经济效率的方法上 而不是放在 获取和处理未加工而令人费解的原始监测数据上 p o n t i s 还用经济学中收益和成 本的形式来解释桥梁的老化和结构性能问题 从而令人信服地说明保持桥梁状态 良好而取得的长期收益 p o n t i s 采用了现代化的数据库管理方法和友好的图形化用户界面 其数据库 的数据项 字段 为国家桥梁调查数据库 n a t i o n a lb r i d g ei n v e n t o r y 为美 国联邦政府部门建立的桥梁数据库 又包含用于分析程序和支持决策的数据 为科学而有效地进行桥梁管理活动 p o n t i s 建立了三个模型 分别为网络级 维护模型 功能性改进模型和决策优化模型 维护模型所分析的是针对每一种桥梁单元维护需求而可能采取的措施 其优 化目标是在保证单元安全使用的前提下 使得单元在期望使用年限内维护成本最 小 由此建立一个马尔可夫决策过程进行求解 其结果就是最优的单位维护计划 功能性改进模型的基础是桥梁最低使用要求和桥梁设计标准 通过比较桥梁 的使用要求和实际状况就可以确定改进需求 p o n t i s 是以用户成本降低的形式来 评价功能改进的效果的 决策优化模型为主管部门最终的桥梁管理决策提供支持 它与前两个模型息 息相关 可以说前两个模型是决策模型的基础 决策优化的约束条件是资金的限 制和相关措施之间的关系 p o n t i s 中采用的优化决策原则是边际收益最大化原 则 整个桥梁管理系统的数据流程如图i i 所示 2 图i 1p o n t i s 系统数据流程 f i g u r e1 1s y s t e md a t af l o wc h a r t 2 b r i m e b r i m e b r i d g em a n a g e m e n ti ne u r o p e 既是一个桥梁管理系统 也是一个 项目 它是由英国 法国 德国 挪威 斯洛文尼亚和西班牙等国的国家公路研 究实验室联合研究开发的 其目的是为欧洲公路网络开发一个桥梁管理系统 使 桥梁管理于一合理的基础上进行 并通过考虑所有各种影响桥梁管理的因素 以 使桥梁维护得到优化 1 b r i m e 以关系数据库作为核心 其存贮的数据称为桥梁调查数据 为实现各 管理功能所必需 b r i m e 的主要功能由各模块实现 1 桥梁数据调查 2 桥梁及其构件的状况 3 风险度评价 包括承载力评价 4 运营限制及超重车辆行驶路线制定 5 不同维护方案成本评价 6 对状况退化和不同维护方案成本的预测 7 桥梁对社会经济的重要性 8 预算限制下的最优化 9 维护的优化排序 1 0 短期或长期的预算监控 图1 2 中为b r i m e 中的输入 间接成本评价 模型和输出之间的相互关系 图1 2b m s 中的输入 模型和输出之间的相互关系 2i n t e r c o n n e c t i o n sb e t w e e ni n p u t s m o d e l sa n do u t p u t sf o rb m s 4 3 上海市桥梁管理系统 m 1 上海市桥梁管理系统是上海市市政管理处与同济大学道交系共同开发和研究 的 其任务是辅助管理人员对上海市区内的桥梁 高架 立交进行维护和管养 其相应的软件设计运用了地理信息系统和面向对象程序设计方法 上海市桥梁管理系统包括六个子系统 档案管理子系统 技术状况监测子系 统 评价与决策子系统 重车过桥咨询子系统 统计查询子系统和报表输出子系 统 系统结构如图1 3 所示 图1 3b m s 系统组织结构图 f i g u r e1 3d i a g r a ms h o w i n gf r a m e w o r ko fb m s 其中档案管理子系统主要包含桥梁的结构信息 原始设计资料 交通信息 经济指标 图形 图象等信息 技术状况监测子系统主要详细记录养护工程师在现场对桥梁损坏状况的描 述 它是桥梁管理工作的基础 评价与决策子系统就是根据已经记录的动静态信息对桥梁的使用性能进行评 价 包括损坏状况 b c i 指数 结构性能指数 功能适应性指数 并根据构件的 损坏程度制定构件的养护决策细目 供养护工程师参考 根据各结构部位的损坏 状况指数制定决策大类 供较高层次决策使用 重车过桥咨询子系统可以根据重车的总重量搜索符合条件的所有桥梁 并指 明过桥路线 统计查询子系统可以对用户经常要了解的信息进行统计和查询 报表输出子系统把所有数据库中的信息组织成表格或报表形式输出到打印 机 1 2 桥梁管理系统中的桥梁结构状况评价 桥梁是路网最脆弱的部分 随着时间的推移 外部环境的侵袭导致的材料老 化 锈蚀而未及时养护 日益繁重的交通 以及原设计未达到使用要求 施工未 达到设计要求等 不可避免地会使得桥梁结构发生病害和损伤 使用性能下降 随着我国经济的发展 对交通的要求越来越高 反映在公路运输方面 是交 通量的不断增加和车辆载重量的增大 交通能力 承载能力等功能性缺陷加剧 广州地区在养公路桥梁就有1 1 2 5 座 这些桥梁多建成于2 0 世纪6 0 7 0 年代 由于历史原因 除了2 0 世纪8 0 9 0 年代公路部门建造的部分桥梁外 大部分由 地方政府 水利部门或铁路部门筹资兴建而成 这些由非专业部门建设的公路桥 梁 由于受到当时政府及部门投资的局限 业主的建设管理水平 不同行业的技 术标准 施工队伍资质及管理水平以及当时的施工技术水平及桥梁建筑材料质量 等条件的限制 这些老旧桥梁无论在设计选型 技术标准 还是材质水平上都不 适应现代大交通发展的需要 加之近年来道路交通量的急剧上升 超重超载车辆 与日俱增 形成对桥梁结构的超限运行 同时经济发展带动了大规模基本建设 引发违章采挖河道砂源 严重危及桥梁基础的安全 更有船只违规操作直接对桥 墩或梁体撞击引起的破坏等等 广州地区在养桥梁共有1 1 2 5 座 在2 0 0 2 年进行的一次全市桥梁拉网式普查 中发现 在本地区有三类桥7 6 座 四类桥2 0 座 被列入危桥急需加固的有8 座 m 这里 桥梁技术状况不良 三类以上 的桥梁共有1 0 4 座 占桥梁总数的9 2 这些都表明 广州地区公路桥梁技术状况不容乐观 桥梁养护管理工作任重 而道远 美国联邦公路协会 f h w a 统计了1 9 5 0 1 9 9 4 年美国所建的跨度大于6 m 的 桥梁 其结构性缺陷率见表1 1 表1 1 美国公路桥梁结构性缺陷率 1 9 5 0 1 9 9 4 年 t a b l e1 1t h er a t i n go fs t r u c t u r a ld e f i c i e n c yo fh i g h w a yb r i d g ei nu s a 桥梁单位定为有结构缺陷的桥梁 类别 座 座 钢筋混凝土桥梁 9 1 8 8 66 0 2 76 6 预应力混凝土桥梁8 8 3 0 4 3 2 1 23 6 钢桥1 1 8 4 2 42 2 9 2 8 1 9 4 总计2 9 8 6 1 43 2 1 6 71 0 8 6 由表中可见 总的结构缺陷率约为1 0 左右 但不同桥梁的缺陷率相差较大 其中以钢桥的缺陷率最高 但随着时间的推移 桥梁的退化不可避免 越来越多的桥梁出现了结构缺损 材料老化 使用性能退化或承载力下降等的问题 为保证交通的顺畅和安全 必 须对现有桥梁结构进行评价 以确定桥梁所处的状况 从而确定是否满足运营要 求 以制定相应的维修方案 1 2 1 桥梁结构状况评价的概念 要了解桥梁结构状况评价的概念 有必要先谈谈桥梁评价的概念 所谓评价 就是评价某一事物的好坏优劣 或价值 对于桥梁结构 桥梁评价则为一个考虑 结构损伤和运营状况 并以整个结构体系 上部 下部结构和基础工程 为对象 对桥梁的可靠性 安全性 适用性 耐久性 n mn 进行分析评价的过程 所以又 可分为对桥梁的承载力评价 运营状况评价以及耐久性评价 但通常桥梁评价分 为桥梁承载力评价和桥梁结构状况评价两部分 桥梁承载力评价主要针对于桥梁的安全性 与结构或构件的极限强度 稳定 性能等有关 评价的目的是要弄清楚结构的实际安全储备 以避免桥梁在日常使 用中发生灾难性的后果 采用的方法有经验系数法 基于设计规范的方法和荷载 试验 桥梁结构状况评价是对桥梁整体技术状况的评价 内容涵盖承载能力 运营 状况和耐久性的评价 是对桥梁各分部结构以及各构件或整桥的材料缺陷 裂缝 变形 位移等损伤或缺陷的严重程度进行分析评价的过程 桥梁结构状况评价方 法目前主要有两种 一是对桥梁结构各构件缺损状况进行分级评定 然后按主要 构件中缺损最严重的评定等级作为整个桥梁的缺损等级 二是根据桥梁结构各构 件或各分部构件的缺损状况进行评分 然后依据其相对重要性给定权重进行叠合 从而得出整个桥梁的评分值 桥梁结构状况检测从范围上可分为局部检测和整体检测 从方法上可分为表 观检测 局部检测 静载试验 动载试验和无损检测等 表观检测是通过人的观 察对结构的外在状况进行调查 但一些重要的结构内部损伤和视察人员不易观察 的结构部位的损伤不能通过表观检测发现 必须借助于各种检测仪器和各种试验 手段 如局部仪器检测 静力荷载试验和动力荷载试验以及各种高技术的无损检 测等 桥梁结构状况评价主要采用的是表观检测的方法 而静力荷载试验方法是 进行全桥承载能力评价的可靠方法m 童蜜銎王奎耋三耋堡圭兰堡篁耋 1 2 2 桥梁结构状况评价的目的 桥梁结构状况评价的主要目的是检测桥梁结构的退化程度 即桥梁结构存在 的任何病害和退化的范围和严重性 并分析退化的原因 对桥梁各主要分部结构 退化过程进行监测的目的 就是 在正确的时刻作出正确的决定 n 这些决定 应该随后用恰当的维修养护措施来贯彻实旋 以使结构物维持于满足使用要求的 状况 桥梁结构状况评价的另一日的是评价对比维修技术的有效性和各种维修材料 的适用性 以此得到正确的维修措旖 状况评价的结果亦可用来校验各种对退化 过程进行检测及对退化发展进行预测的现场或实验室的测试方法和测量技术的有 效性和优劣 1 2 3 桥梁结构状况评价在桥梁管理系统中的地位 为维持合理的桥梁结构的功能性 安全性和承载力 评估维护维修所需费用 许多国家的道路管理部门采用了多种桥梁信息数据库 这些数据库的目的是用来 帮助道路管理部门为在某一时期内采用何种行为来维护或改善管辖范围内所有桥 梁的整体状况作出决定 这些数据库通常提供了有关桥梁调查和桥梁状况的数据 早期这些数据存储于纸张表格之中 使用起来很不方便 随着计算机的发展 特 别是个人电脑的发展 数据库变得越来越大 存储的数据越来越多 并可用不同 方式为不同的目的进行操作 为特定目的对桥梁数据操作的可能性就是桥梁管理 系统发展的根基 桥梁管理系统实质是一决策支持系统 决策支持系统把众多模型有效地组织 和存储起来 通过人机交互功能 建立模型库和数据库的有机结合 为决策者提 供奠定明智决策基础的信息 决策支持系统通常可分为三个组成部分 即人机交 互系统 模型库系统和数据库系统m m 当应用于桥梁管理系统时 系统结构可基本划分为数据库模块 仿真分析模 块和决策支持模块 数据库模块是整个桥梁管理系统的核心所在 它存储管理 桥梁信息 为仿真分析模块提供初始数据 并直接或间接服务于决策支持模块 桥梁结构状况评价为该模块的一部分 仿真分析模块是桥梁或桥梁构件性能退化 模型的系统实现 它直接读取数据库模块的相关分析指标的初始数据 利用内部 建立的仿真模型进行未来的使用状况预测和维护需求分析 并且为决策分析提供 备选方案 决策支持模块为桥梁管理资金的分配和桥梁管理活动的计划决策提供 支持 每个桥梁管理系统 基于用户的需求和期望以及技术力量 可由以下几个模 块组成 信息调查 状况评价 承载力评价 维护方法比较 维护方案的优选和 第一章绪论 维护计划的制定 桥梁管理系统的最重要的部分之一是状况评价模块 它能提供 结构部分和结构整体的状况的相关数据 亦包括了显示退化进程的相关数据 桥 梁结构状况评价是衡量桥梁技术状况的重要技术指标 是桥梁管理部门分析桥梁 养护维修需求 选择养护维修对策 进行项目优先排序的主要依据 图1 4 和图 i 蓥 礤增婕盘 藉 工蛐蝴壤黜 1 1 1 p 褥蛾 鬃 凝攀越侮澌鞠雩 1 5 分别从不同角度说明了桥梁状况评价在桥梁管理系统中的地位 1 3 研究内容和论文结构 本论文的目的是建立项目级的桥梁管理系统中的桥梁检查和桥梁结构状况评 价的框架 本论文主要研究成果是通过对欧美 些国家以及我国的桥梁检查和结构状况 评价的方法步骤的分析研究 提出了在项目级的桥梁管理系统中的桥梁检查和桥 梁结构状况评价的方法 为项目级的桥梁管理系统中的桥梁检查和桥梁结构状况 评价两个模块的研发建立了一定的基础 本论文由以下几部分组成 第一章 绪论 介绍本论文的研究背景 研究目的 内容及论文的总体结构 第二章 桥梁结构状况评价的分析比较 对欧美一些国家以及我国的桥梁结 9 圈t 4 状况评价数攘的踅聚性 构状况评论避行了综述分瓣帮扫麴总结 第三章 桥梁的遐纯及瘸害分类 桥梁检查怒遴行稀粱状况评价的基破 桥 梁稔套是对耩梁鹃瘸客鹃捡凌 轿梁结构状况评徐墩是对褥梁瘸害的评价 这黧 介缓和研究了桥梁邋纯及桥梁病寄掰分方蕊酶相关攥论寅辩谖 为建立项霹缀的桥 梁稔蠢察缩擒状况薯警徐翁方法进行一魏理论准备 第霞章 矮嚣缀静轿粱缭摘检查 这 郝分分轿帮跑较了矮嚣缓和麓缀静轿 粱篱瑾系统鹣舞霞 掰氆7 我国警蓠顼霹缀豹耩粱臀理中存在懿游疆 建立了遮 台矮毯缓管理豹掭梁臻梭稔套麴方法鞍多骤 第一章绪论 第五章 项目级的桥梁结构状况评价 在对桥梁结构构件的评价中 以交通 安全性 结构安全性和耐久性作为评价准则 在对桥跨的评价中 采用层次分析 法评价各构件及各分部结构的权重 这里建立了适合项目级管理的桥梁结构状况 评价方法 结论 总结本论文的主要结论及今后的研究课题 2 1 概述 第二章桥梁结构状况评价的分析研究 要对桥梁结构的状况 桥梁退化部分以及退化的进程进行可靠的评价 只有 通过每隔一段埝当款辩闻段j l 重携梁避霉亍定期款检查方能傲裂 困璞 采用了姆几季孛 类型的检查 着能认真仔细地执行 对桥梁的管理 将会相当有用的 凝建挢梁的初始检查也怒菲常重要的 它能够为后续的检查积楱梁退化进程 提供一种参照的作用 因此检查的深度应能及映这种需要 亦可进行一些相关的 试验秘澳 量以辅助状况的评价 为了跟踪监控桥梁结构的状况 许多国家已经研究发殿了许多桥梁结构状况 评价的方法步骤 这贱方法步骤有着许多不同 最终状况等级评定的方式呶各不 相同 在一些阑家 桥梁结构状况评价的方法步骤融经使用了较长的时间 而在 另一些国家这魑方法步骤基于用户需要和过去的经骏正在改进之中 还有 些国 家正在研究发展新的方法步骤 本章将对我溺 美国以及欧洲一些溺家的桥梁结 构状况评价的方法步骤进行回顾 分析它们的一般特征以及彼此的不同 2 2 各国的桥梁结构状况评价 2 2 1 中国 根据我国交通部1 9 9 6 年发布的 公路养护技术规范 m 为保证公路畅通无 阻 使桥涵构造物经紫处于完好的技术状态 延长其使用寿命 需进行桥涵技术 状况梭各 建立和健全完整的轿涵技术档案 桥梁检查分为经常检查 定期检纛和特殊检查 1 经常检查 采蘑目测方法 由箬缀公路管瑷结构的专职桥梁养护工程筛 或技术员 负责主持工作 主要对桥面设施和桥台附属构造的技术状况进行日 常巡褫检查 及对发现缺豢逡行小修保养工作 每攀至少遂行一次 汛期液加强 检查 2 定期检查 赉实践经验丰富豹专驳轿粱养护工程群参翻 麓撬蕊察为主 辅以必要的检镬器具 必须接近或进入各部件仔细检裔其功熊及材料的缺损状况 按裁定髑翳 砖辏梁主体结构及萁瓣藩擒造物懿援寒获况 l 行定鬻鼹踩豹全嚣检 查a 主舞检查备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 改善或隈翻交逶豹撬粱缺损凌涎 蘑跨捻查小修缣养状凝 3 褥殊捡态 分为瘦急擒爨鞫专门羧囊 疲惑裣袁 当褥粱遭遇洪承 流泳 漂流穗 船艚攘鸯 薄城 避震 风灾和怒爨车辆螽弦遵遗等爨然灾鬟戴事敬麓 瘫立帮对结搦箨详姻 检奁 蠢磷酸按状况 采取应急攒麓 尽快浚复交通 专r 1 稳焱 辩浠要进 步判明攒环巍溜 姣攒程度袋使趱貔力熬辑粱 要求铃瑟疯害避杼专门酶褒壤试验梭溅 验冀与努折等蓬怒王露 黻 蠖采取有效懿葬护措施 桥梁结构共划分免i 7 释舔 串箍或 分聚对不弱部 譬瘸寮避行译徐 耩粱备鄂 讳蕊浮价凝强挟攒程发 太小 多少或轻羹 挟攒辩续稳搜鞠瑗髓敬影硪程发 涎 小 大 帮缺摄袭展褒让状嚣 趋建稳定 爱展缓慢 获震较快 等三拿蠢西 以累热评分方法霹番都 孛缺损捩况于 出等级浮定 评价方法见衰2 i 袭2 i 揆粱帮件跤损状激谬定方法 霉a b l e2 一lm e t h o do fc o n d i t i o nr a t i n go fb 彗i d g ee l e m e n t 缺损状獭及标壤缀食谬定抟度 程枣一太 映损程发投标度 少一多 度轻发一严熏 掭庭o l2 缺按怼翁掏健震纛 不重饕o0l2 功能的影嫡程度小 次要 ll23 丈 震要223 4 以上穗项谔定缀合标度o l234 缺攫发矮变纯状戆彝稳定 lol23 况的修正发展缓慢 oo l234 羧震较姨 ll2345 最终的标度ol2345 竞良较较坏危 好好好蓑的除 糖梁拽恭敬凝靛分类 一樊 爨 樊鞠攀 0 表示宠好状惫 或表示没套设置的掏选部释 挪调渗构遗物 s 表示危险状态 藏袭示燕琵设霪 而褫套袭裙嚣襄补爱游部伟 始 黧要郝传 熟墩念与蒸磷 上部承重魏l 拳 支痊 以其中缺攫最严黧瓣鞠枣 浮分 蒸键粼转 校爨多数擒转缺镄状况评分 全辑总体技术状凝等缀谬分 宣袋用考虑掭粱器邦馋权蓬躺练合评定方法 亦可激曩要帮转最熬熬映损状琵评定 见裘2 2 表2 2 掇嚣豹撬粱套部转投重及练合谔定方法 t a b l e2 2s u g g e s t e dw e i g h t i n ga n dr a t i n gm e t h o do fb r i d g ea n de l e m e n t s 投重耩粱技术状况溽定方法 部佟部终名称 戳 1翼蟪 浑墙 l i 综合评定 采瘸下列箨式 2锻坡 护坡l 馨 1 0 0 r 5 3耩台及慧破2 3 i i 4 桥墩及基础2 4 式中最一按袭的方法对桥梁各郝佟的 5娩基i 巾刷8 评分 o 5 6支魔 3弼一番部佟权燕 砒 1 0 0 上熟主要漱羹构 轨一全褥缀鞫技术状况评分 o 7麓 件 1 0 0 评分离表示结构状况 上黧一般漱燕构 好 缺矮少 85 僚 缓 6 0二爽 l l 串缩缝3 巍 鞠兰炎 1 2人行遭l 4 0 d r鞫獒 1 3栏杼 炉栏l d r 6 0 瓣揆粱 势不撩涂箕中霉薯平定 1 4照明 稀悫l 禄度怒 1 3 静郏羚 耱骞维修懿需求 1 5撵承设麓i 1 6调治构造耪3 1 7其它l 辚粱狄况评定等级 分为一类 二类 三类 鞫类 这星列国轿粱憨体及砖 石浞凝主上帮臻药静按术袄凝译定标准 笼袭2 3 其余详冤蕊藏 1 4 表2 3 桥梁技术状况评定标准 t a b l e2 3c r i t e r i ao fb r i d g es t r u c t u r a lc o n d i t i o n a lr a t i n g 一类二类 三类四类 宽好 良好 较好状态较燕状态 坏的状态 危险状态 状态1 重要部件 1 重要部件材料1 重要部件材料有大 1 重簧部件出现严重 1 重要部功能良好 有较多 1 0 以内 爨 1 0 2 0 严重缺 的功能性病害 且有继 件功能与材辩霄局部串锋缺摄 袈缝宽 损 裂缝宽超浆僵 续扩袋现象 最键部锰 材料均良 3 以内 越限值 或出现轻裂缝间距小于计算 的部分材料强度达到 妊轻度映损或 燕功能挂瘸害 毽攥 风纯 耧落 瓣 辍隈 出现鄯势钢麓颧 2 次要部污染 裂缝发展缓慢 尚能维筋 锈蚀严重 或出 裂 混凝土压碎或压杆 粹功能菠宽 j 予辍谴 持正棠使躏精耗现中等功熊独病害 失稳变形麴疆按臻象 好 材料有2 次要部件 2 次要部件有大且发展较快 结构变变形太于规范俊 结构 总 少量 3 有较多 0 鲎 i o 一 严重澎小于或等子撬蕊瓣强覆 雕庭 稳定性 体 以内 轻度 以内 中缺损 功能降低 值 功能明显降低和动力响应不能达到 评 姨接或淫等缺攒或污遵一步恶锯将不剥 2 次要帮掌 赛2 0 平鞋交透安全逶舒魏 定 染染于熏要部件和影响 丛上的严嚣缺损 必要求 3 承裁缝3 承鼗戆力疆嚣交避袭应存功瓣 严重影 2 承载能力魄设计降 力和桥西和桥西行车 3 承载能力比设响正常交通低2 5 以上 必颡降低 蛭车条搏舞伴选裂设 t 降低1 0 鞋蠹 3 承载能力眈设计辫 通行蒋栽与车速 或越 符合设计计指标桥面行车不舒适 低1 0 2 5 必要时隈闭交通 糖标4 震进行小4 需要进杼中修 建或限载遵过3 要避过特殊梭套 确 4 只需日修 保弊4 要通过特殊检查 定处治对策 常清洁保确定大修 加固或璺 养 换构件的措施 砖1 结构完 1 结构基本1 结构3 一l o 的1 结构1 0 一2 0 的1 结构永久变形大于 石 好 无渗完好表面有各种缺损 袭面有吝种缺损 燕 规范德 水 无污熟 2 3 啦内裂缝宽超隈镶 有点部位出现接近全截2 重点部位出现全截 混 2 次要部的表稀有风风化 剥藩 露筋 帮的开裂 裂缝宽越 面开裂 部分稍筋屈瓤 凝 能有少量化 麻面 锈蚀 桥耐板裂缝限值 间距小于计算或断裂 混凝土压碎 土短细裂纹 短细袭缝 渗水德 颓主筋方向青缴主拱黼出现翻铰不稳 上裂纹宽度缝宽小予限 2 石砌拱桥砌体向裂缝 桥面开裂潘定结构 部 小于鞭值值 磷俸袤获缝藐落 褥部嵇农产垂 确律有较大3 受捱构件有严重豹 结 缝脱落动 外鼓松动 变形横向扭曲变形 擒 3 主 下游3 横向联接件断2 结梅存在采久变4 结构静振动或摆动 侧表面育水裂 脱焊或松动 形 变形小于或等于过大 行车和行a 有不 迹污染 砌边粱或边拱肋和横规范值 桥面竖向量安全感 缝滋生荜术移藏外倾迹象波形5 承载能力拢设计降 3 支座脱落 桥面呈低2 5 以上 锯齿状 2 2 2 美国 所有在公用道路上的跨度超过2 0 英尺的桥梁每2 年检囊一次m 根据桥梁年 龄 交通特性 已知瘸害的状况和维护等因素来决定检查的范围 由该检查计划 的负责人对这魑因素进行评价 基予以前的梭查报告和分析 可延长建议的2 年 的检查问隔 在检查中分剐辩三个主要的桥梁分部结构 桥面甲板 上部结构和 下部结构 进行评价 在表2 4 中给出了主要的桥梁分部结构以及对应的构件 表2 4 桥梁分部结构及对应构件 分部结构 构件 磨损萄 甲板一上层 甲板一下层 缘石 分隔带 入彳亍道 栏 桥面甲板 杆 伸缩缝 排水系统 照明设旌 其他附属设施 缀粱 横粱t 甲板支撵 裱檠 上弦轷 羧稃 下弦秆 横淘支 上部结构 撑 拱 索 油漆 支座 联接 焊接 辑台 桩 鏊硇 台身 台帽 挡土墙 翼墙 耩墩帮葬 架 下部结构 桩 基础 柱或墩身 墩帽或柱帽 索道 潺床 爨防 潺道永流 漂积物秘残余物 承道防护 抛 水道 石护岸 导流堤或丁坝 石笼 边坡防护 防冲铺砌 检查者对分部结构中的每个构件 根据在单独构件上发现的病窖 分别用 好 舍撂 菱 不逶霜 寒撵述它餐豹状况评级 j c 砉分鄢结橡中豹每个稳接 病害和退化的类型 范围 数量和严重程度都必须进行描述 状况评级的描述如 表2 5 涨示 分部结构的数值状况评级应表征躯个分部结构的总体状况 表2 6 中给出了 分部结椽鲍状况谖级 1 6 滚2 5 梅 串状潺谬跨 t a b l e2 5c o n d i t i o nr a t i n go fe l e m e n t 扶溅涿级 浚麓 好穆转仅誊辍霰瘸害 搀磐熬臻褥热熬泰受较徽遽位 截嚣缀躐 裂落 拜黉致箕玄痰 含格 密影酸 橇 孛瓣络擒蛙能受严羲熬邋豫 裁瑟矮减 裂落 开裂藏葵窀瘸 麓 害影璃 袭2 6 努部结秘熬状挺评缀 t a b l e2 6c o m p o n e n tc o n d i t i o nr a t i n g 代褥淡骥 n 不适耀 状援校好 8 状况魏好一无鼹瑟注意鹃麓越 7 状嚣鞍好一蠢些小阏题 8羧况好一结构秘糌鸯激小损鞣 s 羧凝一般一鬃有主要驰维麴橡伴郄嚣霉可靠 毽菲主要饕努可鼹寄 映失 嚣裂 损辐或冷城 4 状凝不赛一续擒部分有较窭的缺失 舞裂 损坏或渖锻 3 状况攥蛾一绩携部分缺必 损搿 开裂 或狰撼已严羹影璃裂结稳 熬基本擒转 鼹都霹缝破坏 铡缝擒中爨玟疲努裂缝或混凝土结旋 巾密骥翦橱裂缝 2 状嚣严峻一蒸本梅毽窍拔多豹攒坏 钢结擒中黪痰势裂缝或滋凝土 中静赘嘲袋穗已疆现 或狰豫可缝己经便结摘躲构箨静支撵发生位 移 除j 襁紧密关注下使餍 香则应获f l l 直黧采鞭必要躲修复攒施 l 麓于熊急麓玻环状琵一结构貉靛关镶构 孛损环藏爨现缺失藏窍骥 显的承乎藏鳋肉钕移 澄影响结构物的糠宠 耩梁融辩交邋关 l l 艇有蘩钤稳稳瓣下可谈篾都努功麓 0 破坏一已摄环 不能再使用一即使采取了修补搔施 美阗袋鲻一个称为 充分度 s u f f i c i e n c y 的酉分数柬评价桥梁可供健藤 浆鸯分程震 1 0 0 表示完全悫分遗满足了使蕊要求 0 表示完全不艉滤鼹要求 菇下怒充分凄替缀瓣襻徐公式 t 7 耋窒堡三盔耋苫主鎏圭主售鲨吝 充分度等级 s s 2 s 一s 4 式中 s 一一结构的可靠度和安全度 最大值为5 5 影响因素有上部结构 下部 结构 涵洞和调查等级等 s 一一使用的可靠性和功能的退化 最大值为3 0 包括3 项 a 等级的降 低j 最大值为1 3 b 道路宽度的不充足度 g h 最大值为1 5 c 垂直净空的不充足度i 最大值为2 s 3 0 一 j g h i 影响因素包括 车道在结构物中的位置 日平均车流量 引道 宽 结构物主体类型 桥面路宽 桥面上的最小垂直净空 桥面状况 结构评价 桥面几何形状 桥下垂直和水平净距 水道的适合性 引 道的平直度 是否为国防公路等 s 一一对公共事业的重要性 最大值为1 5 影响因素包括 迂回道路长度 日平均交通量 是否为国防公路等 s 特别缩减系数 仅当s s s 5 0 时适用 影响因素包括 迂回道 路长度 交通安全防护 结构物主体类型等 2 2 3 奥地利 2 2 3 1 当前方法 1 9 8 7 年奥地利经济事务部发布了 桥梁修复程度评价方法 规程 其中描述 了桥梁结构状况评价的步骤和细则 为获得桥梁总体状况的有用数据 进行了 桥梁结构的系统检查 桥梁总体包括所有桥跨超过2 m 的桥梁 共有三种检查类型 例行检查 由日常维护人员在例行巡查时进行 仅当观察到桥梁的某些部分 受到损坏或不能正常使用时才需形成例行检查报告 检查主要为桥面 栏杆 排 水系统 很少为主要结构构件 一般检查 在一名桥梁工程师的监督下由受过培训的人员进行 每两年进行 一次 当有特殊情况发生 例如地震 水灾 滑坡 长期高温后等也要进行 一 般检查仅对不需借助特殊器具就能检查的桥梁部位进行检查 每次检查后均应形 成一般检查报告 重点检查 每六年进行一次 目的是获得整座桥梁以及所有构件状况的详细 信息 以评价桥梁的功能性和承载力 并建议到下次重点检查之前的定期的和紧 急的维护工作 荷载限制和速度限制 因此桥梁的所有部分均应借助器具到达进 行检查 应形成桥梁评价状况的报告 钢筋混凝土桥梁或预应力钢筋混凝土桥梁的所有状况 根据桥梁主要构件划 分为1 2 种病害 这些病害分别为 漱凝士袭灏的瘸密 主要可分为掰稀 骶劣施工造残韵瘸密 程结褪秘使臻 孛遮藏豹灏骞 裂髓 由于超载 集中祷裁 支窟戆沉辩蠛德穆 镶箭酌瘸镄簿举i 起 嚣缝接头 霉在予在爨辩结构串 铺笳瘸害 亩予漓凝主搿麓道薄躐瘸镳逡姨 嚣张颈瘴力霸繁窳 藕警攥蔽为籍镶 燹满 灞凝 表褥受灌瓣潦矮凳藤承貘 撵承设麓辩接头封装簿懿缓撩 支褒 瘸辫靛燕瓣胃辘黧僬袋麴撼工 不蓬确魏嶷装 菇纯 怒溅凝稳懿变 搿等 孛绻缝 瘸整熬嚣溅胬戆鼹麓水貘鹣退辱敦 囊予繁墼交潦饕载零散熬力学授 鞯 穰糕豁缝护繁 率遂 稷攥滤密煞溅毅 瘸密霹划静淹 个粪燮 5 0 k 4 i 0 2 2 3 2 病害评价的新的建议评价函数 新的建议评价函数可用非线性的形式来表示结构物的状况 如下式所示 3 2 一 s g k k 丢 置i 式中的k 1 i k 2 i 和k 3 i 等的意义不变 但值域均应为0 到1 0 2 2 4 丹麦 丹麦道路管理局在对公路桥梁的管理中采用d a n b r o 数据库系统 该系统的目 标是辅助决策者以可能最低的成本将桥梁的总体状况维持于所要求的水平 对跨 度超过5 m 的公路桥梁均进行定期检查m 获得桥梁结构或桥梁总体的状况评价的 有用数据的主要行为是有规律的定期桥梁检查 共有三种检查类型 例行检查 仅对主要病害或异常情况进行检查 该项检查于经常的定期维护 工作中进行 主要检查 由受过良好培训的工程师进行 对不用借助特殊器具即可进行目 测的所有桥梁结构构件进行检查 普通的检查间隔为3 年 然而 根据桥梁的状 况检查间隔可以在i 一6 年之间浮动 对桥梁所有构件的重要的病害进行记录和评 定 在形成的检查报告中 要建议下次进行主要检查的时间 当桥梁状况很糟糕 时需要进行特殊检查 特殊检查是对桥梁整体或某一部分的详细检查 该检查根据主要检查的建议 或评级排序进行 进行的是