在役桥梁安全现状及对策培训讲义

在役桥梁

安全现状及对策

国内旧桥检测与加固的专门机构交通运输部：旧桥检测与加固技术交通行业重点实验室（西安）主任：贺拴海任务：检测新技术、加固新技术、工程实践、行业引领在役桥梁结构安全现状在役桥梁结构安全评价-检测在役桥梁结构安全对策-加固汇报提纲在役桥梁结构安全现状我国大量在役桥梁结构的安全设置水准极低

结构的安全性首先取决于结构设计时的安全设置水准。结构要承受一般荷载作用（自重、人群、车辆、设备、风、雪等荷载）；偶然灾害作用（地震、爆炸、洪水、泥石流等）；导致材料性能劣化的环境作用（钢材锈蚀、混凝土腐蚀等）。必须有一定的安全度。国内在役桥梁结构构件承载能力的安全设置水准较低，不管工程大小，不论地区差别，结构构件的承载能力都按桥梁设计规范统一规定的荷载作用值及相应的安全保证率（或安全系数）进行设计，公路桥梁结构设计的安全设置水准不容乐观。在役桥梁结构安全现状30米跨简支梁作用汽车-超20级荷载桥梁设计规范与美、英的比较桥梁需要承受的荷载效应（不计安全系数）需要桥梁承受的活荷载效应（计安全系数）中国美国英国1.001.121.29中国1.4美国1.75英国1.731.001.401.59中国美国英国0.600.881.00桥梁的设计承载力大量在役桥梁是按照60年代或70年代的桥梁设计规范设计的，设计承载能力更低在役桥梁结构安全现状

结构的整体牢固性要求结构构件之间有可靠的连接；冗余度（当结构某处出现破坏后，原来承受的荷载效应能够转而通过别的途径传递）；延性（在承载能力失效中能够发生较大的变形而延缓破坏过程）。整体牢固性对于公路桥梁这种生命线工程结构的减灾有着极其重要的意义。我国规范强调承载能力设计计算，对于桥梁的整体牢固性尚未提出定量的标准与计算方法，只能依靠设计人员通过合理的结构方案与结构布置以及可靠的构造措施加以保证。设计人员往往忽略整体牢固性在结构中的特殊重要意义。我国大量在役桥梁结构的整体牢固性不容乐观

在役桥梁结构安全现状

在役传统的预制混凝土板（梁）桥结构多采用焊接钢板连接措施进行横向连接，相当一部分桥梁还没有设置横隔梁，横向整体性较差一些预制混凝土组合梁桥的预制工字梁与微弯板件无剪力键连接，不能形成整体受力结构传统的双曲拱桥开裂严重，其整体性亦受到质疑混凝土的延性较差，以上结构一旦遭遇地震等偶然作用发生某种局部破坏，或因设计、施工不当在结构内部留有局部隐患，就有可能造成多米诺骨牌似的连续倒塌，酿成灾难性后果

桥梁的整体牢固性不足举例在役桥梁结构安全现状

环境作用会导致钢筋锈蚀、混凝土腐蚀等结构材料性能的劣化，锈蚀发展到一定程度后会引起钢筋外侧的表层混凝土发生顺筋开裂和腐蚀剥落。锈蚀和腐蚀及裂缝使得大量在役混凝土桥梁结构本来就不高的的承载能力继续下降，严重影响桥梁结构的安全。基础工程、预应力钢筋和吊杆拉索等的开裂或损伤有时不易察觉。力筋等主要受力部件在高应力状态下锈蚀后易发生脆断，破坏前在构件外观上并无开裂等征象出现。一旦断裂就有可能引起整个结构的倒塌。即使普通钢筋，也有可能因锈蚀而引发安全事故。

我国大量在役桥梁结构的耐久安全性存在隐患

在役桥梁结构安全现状桥梁结构钢筋锈蚀在役桥梁结构安全现状湖南凤凰沱江大桥坍塌

在役桥梁结构安全现状宜宾小南门拱桥桥面坠落在役桥梁结构安全现状广州海印大桥拉索锈断在役桥梁结构安全现状地震后加利福尼亚的多层停车场破坏

California-1994地震后的桥梁结构破坏在役桥梁结构安全现状1940年7月1日建成通车美国华盛顿州塔科马桥于1940年11月7日因风振致毁主跨长853.4m，全长1810.56m，桥宽11.9m，梁高仅1.3m。风速(19m/s)1950年10月14日建成新Tacoma桥总长较旧桥长12m在役桥梁结构安全现状被撞后的桥梁在役桥梁结构安全现状炸毁桥梁（阿富汗）在役桥梁结构安全现状安全设置水准极低我国现行桥梁设计规范的安全设置水准在世界几个主要国家中处于较低水平。结构安全设置水准主要反映在三个方面：一是作为结构承载力设计依据的荷载标准值；二是结构构件强度设计的安全保证率或安全系数；三是与结构整体牢固性有关的种种构造措施。以上三点正是早期修建的在役桥梁的致命弊端所在在役桥梁结构安全现状辽宁省盘锦田庄台辽河大桥垮塌2004年6月10日6:50，桥长500余米，坍塌长度27米汽车—13级在役桥梁结构安全现状结构耐久性不足

混凝土结构中的钢筋会发生锈蚀。高强钢丝或高强钢筋对锈蚀更加敏感环境作用下会使混凝土结构材料劣化(碳化,氯盐引起钢筋锈蚀)

露天环境下的桥梁耐久性与病害状况则更为严重。在役混凝土桥梁出现钢筋锈蚀、混凝土开裂的现象十分普遍，主要原因在于混凝土的密实性差，钢筋的保护层薄，北方地区混凝土不具备抗冻性能。公路车辆超载也是促使桥梁提前老化、破坏的重要原因之一

在役桥梁结构安全现状

重新建、轻维修，并将二者截然分割设计中未进行包括建造时的一次投资以及整个使用年限内的维修费用的结构全寿命经济分析与评估缺乏结构使用过程中的定期检测（特别是使用若干年后的早期检测）养护维修费不足，工程得不到及时维护缺乏正常检测与维修养护

在役桥梁结构安全现状在役桥梁结构安全现状在役桥梁结构的总体状况—美国

美国联邦公路局向国会提交的《美国公路和桥梁现状》报告中的桥梁维修费用（亿美元）1989年15501997年1991年910-1310780-1120若维持病害桥梁总数和比例不再增加从1997年到2011年的桥梁维修年费用52亿美元

在役桥梁结构安全现状在役桥梁结构的总体状况—其他发达国家和地区日本运输省检查103座混凝土码头，发现凡使用20年以上的均有相当明显的顺筋开裂需要立即修补香港在1994-1995年对码头钢筋混凝土结构作过一次详细调查，在25%的码头上部结构中，发现锈蚀导致的钢筋截面损失已危及结构安全加拿大为修复劣化损坏的全部基础设施工程估计要耗费5000亿美元英国有1/3的桥梁需要修复在役桥梁结构安全现状设计规范的更新60年代：汽车–10级、汽车–13级、拖车–60、汽车–15级挂车–80，容许应力法70年代:汽车–10级、履带-50；汽车–15级，挂车-80

汽车–20级、挂车–100；汽车-超20级，挂车–100；含有极限状态计算的容许应力法，80年代:汽车–10级、履带-50；汽车–20级、挂车–100

汽车-超20级，挂车–120；极限状态法04规范对桥梁荷载等级又进行了较大的修订.除近些年修建的新桥是按较高等级的荷载设计外，大量50至80年代修建的低标准公路桥梁还在运营.在役桥梁结构的总体状况—中国在役桥梁结构安全现状在役桥梁结构的总体状况—中国2004年危桥按数量分布图7%12%32%43%6%在役桥梁结构安全现状北京、天津、广东、辽宁、河南、山东、陕西、四川、云南等几呼所有省市区的桥梁都有不同程度的损伤、病害和不足，主要有:荷载等级低、承载力不足、桥面过窄、老化、锈蚀、破损、裂缝。原因：设计、施工及管理存在欠缺早期修建的桥梁存在承载等级不够桥梁使用过程的自然损伤超载导致结构的损伤进一步加剧自然灾害作用在役桥梁结构的总体状况—中国在役桥梁结构安全现状在役桥梁结构安全现状在役桥梁结构安全现状双曲拱桥倒塌实例－安康冷水河桥双曲拱桥倒塌示例－甘肃岷县桥梁垮塌示例—上海新五桥桥梁垮塌示例-广东九江大桥桥梁垮塌示例-包头跨铁路桥桥梁垮塌示例-宁波金唐大桥桥梁垮塌示例-重庆綦江彩虹桥桥梁垮塌示例-美国旧金山立交桥梁桥下部结构典型病害梁桥下部结构典型病害在役桥梁结构安全评价在役桥梁结构安全评价在役桥梁结构安全评价1、耐荷能力（承载能力）评价2、抗冲刷（抗泥石流）能力评价3、抗震能力评价在役桥梁结构安全评价耐荷能力（承载能力）评价桥梁应满足的功能桥梁病害桥梁检测耐荷能力（承载能力）初步评价耐荷能力（承载能力）详细评价耐荷能力（承载能力）动力评价在役桥梁结构安全评价桥梁应满足的功能（GB/T50283-1999)

在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用在正常使用时，具有良好的工作性能在正常维护下，具有足够的耐久性能在预计的偶然事件发生时和发生后，仍能保持必需的整体稳定性

凡是人为的或自然的原因，使桥梁出现不符合上述要求的一些问题和现象，称其为病害发现病害—检测病害对桥梁的影响—评估在役桥梁结构安全评价桥梁病害---分类完好或基本完好：基本没有可观测到的病害轻微损伤：如勾缝脱落、混凝土轻微剥落等，不影响安全，需要额外费用并进行系统观察一般性损伤：如挠度国大、可见裂缝、基础沉降等，影响到安全，维护费用增加严重或破怀性损伤：影响安全或不安全，维护费用巨大，有可能推倒重建混凝土桥梁常见病害①裂缝、②混凝土碳化及钢筋锈蚀、③剥蚀、④结构构造破坏、⑤冲刷⑥设计不周桥梁病害--原因1、自然环境侵蚀风、水、冰冻、大气污染2、结构缺陷规划设计缺陷、施工缺陷、管理缺陷3、超载重车量增多、超载车过桥4、自然灾害地震、撞击、洪灾5、结构退化在役桥梁结构安全评价服役年限在役桥梁结构安全评价桥梁病害检测强度裂缝钢筋锈蚀混凝土碳化混凝土均匀性、密实性平整度冲刷……在役桥梁结构安全评价桥梁检测强度—回弹法现场回弹检测试件回弹试验试件抗压强度试验在役桥梁结构安全评价桥梁检测强度—取芯法现场取芯芯样试件在役桥梁结构安全评价桥梁检测混凝土均匀性、密实性—超声波检测

超声波检测桥名试件声速（km/s）最大损伤厚度（mm）（1）K4056+410339319.28（2）K4056+74334574.97（3）K4069+8593436.523.61（4）K4070+422328322.66（5）K4071+560351132.87（6）K4071+81535926.14在役桥梁结构安全评价桥梁检测钢筋锈蚀—钢筋锈蚀仪钢筋保护层厚度—钢筋保护层厚度检测仪桥梁评价一般评估内容抗荷能力评估（承载力评估）抗震能力评估抗泥石流能力评估常用方法：静力法荷载试验法模糊分级法分析计算法专家系统法……常用方法：动力法MAC法——模态置信度判据COMAC法——改进MAC准则……在役桥梁结构安全评价目测打分法分析检算法荷载试验法专家经验评定法基于可靠度理论法层次分析法（AHP）模糊综合评价法灰色理论评价法模糊神经网络法

在役桥梁结构安全评价桥梁荷载试验—方案一般测试内容：控制截面在试验荷载下的应变控制截面在试验荷载下的挠度裂缝开展振型、冲击系数、自振频率…….结构分析：静力分析动力分析加载位置测试断面动力性能拱肋横向分布影响线在役桥梁结构安全评价桥梁荷载试验—荷载及测点(1)静力试验荷载效率系数：η=Sstat/(S×δ)1.05≥η≥0.8加载工况：工况1：纵桥向按桥面板跨中截面（Ⅰ—Ⅰ）弯矩和挠度的最不利位置布载，横桥向为中载工况2：纵桥向按桥面板跨中截面（Ⅰ—Ⅰ）弯矩和挠度的最不利位置布载，横桥向为偏载工况3：纵桥向按拱肋L/4截面（Ⅱ-Ⅱ）弯矩和挠度的最不利位置布载，横桥向为中载……..试验荷载效应标准荷载效应效率系数（%）64373687.4938108089.71650192085.9测点布置在役桥梁结构安全评价桥梁荷载试验—荷载及测点(2)在役桥梁结构安全评价桥梁荷载试验—测试及数据采集动载时程曲线在役桥梁结构安全评价桥梁荷载试验—数据分析(1)四阶振型（2.5Hz）

应变计算值和实测值对比

频谱图300KN车以10km/h通过：1+μ=1.1811300KN+200KN通过：1+μ=1.1475300KN+200KN通过：1+μ=1.285300KN+200KN通过：1+μ=1.1919

跑车动应变时程曲线

在役桥梁结构安全评价桥梁荷载试验—数据分析(2)

校验系数=试验荷载测试值/试验荷载计算值挠度相对残余变形值加载工况项目肋号上游←——————————→1234567①-Af1.9662.3572.2291.7071.3101.0890.854m0.1710.2050.1940.1480.1140.0950.074ξ0.7920.8470.8950.7830.7650.7890.793①-Bf3.4764.3254.5944.4434.4153.9543.245m0.1300.1620.1710.1660.1490.1270.095ξ0.8130.8260.8340.8450.8470.8360.828①-Cf3.0243.9544.3554.4684.0053.3982.547m0.1110.1440.1590.1630.1610.1440.118ξ0.8540.8410.370.8700.8860.8180.820说明

1．表中f表示挠度以mm计；2.m表示横向分布系数；3.ξ表示挠度校验系数。加载工况项目肋号上游←——————————→下游1234567①-B相对残余变形%2.773.054.091.901.862.381.77①-C相对残余变形%2.234.785.133.013.384.321.02挠度校验系数在役桥梁结构安全评价桥梁荷载试验—数据分析(3)在役桥梁结构安全评价桥梁荷载试验—结构评价

荷载试验实测，理论计算、对比分析：强度—应变校验系数、结构承载能力、安全储备刚度--挠度校验系数、位移、结构整体工作性能动力性能—抗冲击性能、基频、动刚度、结构整体性抗裂性--裂缝在役桥梁结构安全评价桥梁荷载试验—结构评价常见桥梁校验系数桥梁类型应变（应力）效验系数挠度效验系数钢筋混凝土板桥0.20-0.400.20-0.50钢筋混凝土梁桥0.40-0.800.50-0.90预应力混凝土桥0.60-0.900.70-1.00圬工拱桥0.70-1.000.80-1.00在役桥梁结构安全评价耐荷能力（承载能力）初步评价中国（打分法）：部养护规范全桥技术状况评分（0—100），高分表示桥梁好对各部件评定标度（0—5）；对于标度的定量描述各部件权重

88分及以上：一类桥梁——好；60分-88分：二类桥梁——较好

40分-60分：三类桥梁——差40分以下：四类桥梁——危险

在役桥梁结构安全评价耐荷能力（承载能力）初步评价

中国（打分法）：部公路所桥梁使用功能评定值（0-100）桥梁所在道路行政等级、交通量、绕行距离影响系数层次结构中结构缺损状况下最低层元素的评定值荷载标准足够性评定值桥面收缩状况足够性评定值在役桥梁结构安全评价耐荷能力（承载能力）初步评价中国（打分法）：上海市系统

桥梁总体缺损状况

结构的BCI定义

桥梁构件缺损等级扣分值

多个构件出现缺损现象时的修正权系数在役桥梁结构安全评价得分高者优先祥细检测耐荷能力（承载能力）初步评价英国（排序法）桥龄评价等级（1—5）桥型评价等级（1—5）薄弱部位评价等级（1—5）年均日交通量（AADT）评价等级（1—5）地形交通量评价等级（1—5）路线重要性评价等级（0—5）在役桥梁结构安全评价耐荷能力（承载能力）初步评价美国（分级法）

美国联邦公路局（FHWA）于1988年2月在的FHWA-ED-89-044中将桥梁分为10级（0—9），具体为：9．优越状态——较目前所希望的数据优越8．甚好状态——未发现问题7．良好状态——一些小问题6．满意状态——与目前的最低检测相同5．尚好状态——比保持现状的最低容忍忽限度的状态略好4．不良状态——与保持现状的最低容忍限度相符3．严重状态——基本上不能容忍，要求优先采取纠正措施2．临界状态——基本上不能容忍，要求优先更换1．急迫的破坏状态——定格规则中，不用本值0．破坏状态——不能使用、无法修复、桥梁关闭在役桥梁结构安全评价耐荷能力（承载能力）详细评价中国：采用极限状态设计法进行桥梁构件的强度及稳定性检算

旧桥检算系数经过荷载试验的旧桥检算系数与校验系数的关系η值0.4及以下0.50.60.70.80.91.0Z2值1.20～1.301.15～1.251.10～1.201.05～1.151.00～1.100.97～1.070.95～1.05在役桥梁承载力评定新体系耐荷能力（承载能力）详细评价承载力评定计算方法砖、石及混凝土桥钢筋混凝土及预应力混凝土桥在役桥梁结构安全评价耐荷能力（承载能力）详细评价在役桥梁结构安全评价耐荷能力（承载能力）详细评价活荷载加成系数依交通量1.3-1.8美国：AASHTO1989颁布的桥梁耐和评估准则：评估系数强度折减系数0.55-0.95静荷载加成系数1.2冲击系数RF≥1能承受所评估的活荷载桥梁详细评价---静力有限元评价简介完好桥梁在外荷载作用下平衡方程桥梁损伤以后结构刚度矩阵发生变化，成为

式中：——结构损伤后的刚度矩阵

——结构刚度的损伤矩阵记为与损伤后结构相应的位移列阵，当前结构的平衡方程为可得到荷载作用下的位移可以实测，由上式可解出增量矩阵，可判断结构的损伤在役桥梁结构安全评价桥梁详细评价---动力有限元评价简介桥梁在外荷载作用下动力平衡方程

、、——结构的质量、阻尼、刚度矩阵、、——加速度、速度、动位移矩阵为简化，令，得到特征值问题

其中：得到若已知，有同样φ可以测量，可解出。可判断结构的损伤

在役桥梁结构安全评价在役桥梁结构安全评价耐荷能力（承载能力）动力评价依据：混凝土结构的基频与外荷载的关系美国的D.E.Branson教授提出，

ACI规范，AASHTO规范1989版，1977年加拿大房屋建筑规范采用

典型的基频与外荷载图在役桥梁结构安全评价耐荷能力（承载能力）动力评价所用参数：当前结构的外观裂缝及结构的基频平均裂缝高度裂缝总宽度平均裂缝间距

在役桥梁结构安全评价耐荷能力（承载能力）动力评价评估流程图

裂缝检测

截面分析刚度初评估基频测试动力分析法动刚度评估静刚度及含筋率评估承载能力评估贺拴海等.钢筋混凝土梁式结构裂缝特征与损伤评估方法试验研究，土木工程学报，第2期,2003在役桥梁结构安全评价耐荷能力（承载能力）动力评价裂缝特征参数与截面特征参数的关系抗压区高度

截面转角

回归系数x的计算值与预测值

在役桥梁结构安全评价耐荷能力（承载能力）动力评价静刚度的初步预测开裂梁段的平均刚度

单梁刚度变化比较

模型桥各梁的刚度变化

在役桥梁结构安全评价耐荷能力（承载能力）动力评价静、动刚度、基频与荷载之间的关系（试验曲线）实测基频/理论基频（外型计算）所承受过的弯矩/开裂弯矩（不计钢筋影响）实测静刚度/理论刚度实测动刚度/理论刚度结论：随荷载的增加（梁的损伤程度加剧），梁的自振频率、静刚度、动刚度不断降低，但其降低的速率不同；自振频率大小的改变，反映了结构损伤的程度大小在役桥梁结构安全评价曲线（试验曲线）耐荷能力（承载能力）动力评价在役桥梁结构安全评价耐荷能力（承载能力）动力评价曲线（试验曲线）结论：静、动刚度虽然不同，但其比值呈现出一定规律；频率比的区间为（），当时，可以认为梁已接近破坏在役桥梁结构安全评价耐荷能力（承载能力）动力评价多梁式桥动力分解法多梁式桥中某片梁的动刚度由裂缝预测的静刚度

实桥基频在役桥梁结构安全评价耐荷能力（承载能力）动力评价试验桥动刚度预测图（加载点4#梁）在役桥梁结构安全评价耐荷能力（承载能力）动力评价名义配筋率针对在役钢筋混凝土桥梁，在正常使用阶段带裂缝工作特性，引入一个能够反应结构当前平均工作性能的参数，即名义配筋率

，它是结构在目前状态下，综合了各种因素、能表示其结构特征而预测的配筋率。混凝土弹模可实测

第一类T型截面第二类T型截面

在役桥梁结构安全评价耐荷能力（承载能力）动力评价梁的承载力变形控制弯矩裂缝控制弯矩强度控制弯矩

在役桥梁结构安全评价耐荷能力（承载能力）动力评价桥的承载力—变形控制弯矩车轴荷载换算均布荷载在役桥梁结构安全评价耐荷能力（承载能力）动力评价桥的承载力—裂缝控制弯矩车辆荷载恒载

被评价桥满足要求，否则应减轻自重在役桥梁结构安全评价耐荷能力（承载能力）动力评价桥的承载力—强度控制弯矩

以简支梁为例，重力与车辆同号效应

汽车荷载

挂车荷载将换为，且冲击系数为零在役桥梁结构安全评价耐荷能力（承载能力）动力评价桥的承载力—实桥评估流程框图待评估桥梁统计裂缝参数Pu或ku名义配筋率μnom

横向分布分析

动力试验Mf、Mδ、Mμ结构实测自振基频结束动力分解法真实动刚度EIdj静刚度EIsj有限元建模各单梁刚度比值在役桥梁结构安全评价耐荷能力（承载能力）动力评价桥的承载力——程序系统作者：长安大学--周敉保存结果桥梁承载力评估系统数据输入数据保存计算分析基本资料裂缝统计参数动刚度输入名义配筋率计算承载力预测在役桥梁结构安全评价耐荷能力（承载能力）动力评价桥的承载力——程序系统开始读入原始数据调用裂缝参数统计模块输入单梁动刚度由α～β曲线族方程计算β值计算EIs,μnom计算Mμ,Mδ,Mf生成结果文件结束在役桥梁结构安全评价耐荷能力（承载能力）动力评价桥的承载力—有限元建模T梁桥梁号动力法预测承载力跨中截面荷载效应UnomMuMδMfMr(1+μ)×MqMg

(kN-m)(kN-m)(kN-m)(kN-m)(kN-m)(kN-m)1#梁0.0048628.967496.657214.85547.823258.681414.0144#梁0.0046637.091512.807216.14230.664257.505388.4826#梁0.0054682.674560.057229.35727.804243.395388.482在役桥梁结构安全评价耐荷能力（承载能力）动力评价桥的承载力—实桥承载力预测

动力法对十余座桥的承载力进行评估，将各桥静载试验与动力法预测结果相比较，结论基本一致在役桥梁结构安全评价耐荷能力（承载能力）动力评价桥的承载力—实桥承载力预测

桥名梁号动力法预测承载力荷载试验校验系数UnomMu(kN-m)Mδ(kN-m)Mf(kN-m)结论工况

挠度应变T梁桥-11#梁0.03243649.3163844.112084.42

Y工况一0.3670.1933#梁0.04504941.3995288.952775.71

Y工况二0.4030.343T梁桥-21#梁0.03272687.3442749.751614.18

Y工况一0.2990.3413#梁0.04783940.1724097.062269.09

Y工况二0.5040.490T梁桥-31#梁0.02362672.6512793.421557.65

N工况一0.8400.8023#梁0.03493911.8064145.832211.31

Y工况二0.6020.617T梁桥-41#梁0.03812665.5512926.011159.28

Y工况二0.6650.6273#梁0.04693822.4104232.601618.93

Y工况三0.7170.770在役桥梁结构安全评价耐荷能力（承载能力）动力评价桥的承载力—实桥承载力预测桥名梁号动力法预测承载力荷载试验校验系数UnomMu(kN-m)Mδ(kN-m)Mf(kN-m)结论工况

挠度应力板梁桥-21#梁0.00741093.041067.10377.267y工况一0.2670.3103#梁0.00751097.131072.98378.469

y工况二0.3800.3896#梁0.0066986.86919.832345.713y///板梁桥-31#梁0.0172029.182308.47693.051

y工况一0.4320.3863#梁0.0141417.591562.84494.716y工况二0.4620.4695#梁0.0131402.331542.71489.952y///板梁桥-41#梁0.015373.802437.434149.368y工况一0.5680.4203#梁0.019454.327612.030178.214y工况二0.5800.4236#梁0.022509.451724.801198.408y///在役桥梁结构安全预测在役桥梁结构安全预测1、基于桥梁缺损状况指数BCI的预测方法2、基于可靠度的预测方法在役桥梁结构安全预测预测：以目前所收集到的信息预报今后的状况一般过程：确定信息类型

收集信息

建立预测模型

制定标准

分析结果基于桥梁缺损状况指数BCI的预测方法打分用桥梁缺损状况指数BCI作为衡量桥梁缺损状况的指标，根据BCI的得分确定桥梁的评定等级在役桥梁结构安全预测基于桥梁缺损状况指数BCI的预测方法预测方法选择桥梁缺损状况指数BCI作为预测变量，桥梁使用年限T作为自变量，负指数曲线作为回归模型—桥梁缺损状况—桥梁新建或新近一次大修改造后初始缺损状况指数—桥梁新建或新近一次大修改造到预测基年的使用年数—回归系数。在役桥梁结构安全预测在役桥梁结构安全预测基于桥梁缺损状况指数BCI的预测方法评分等级钢筋混凝土简支板梁变权评定评分等级等级分数界限1BCI≥80280＞BCI≥65365＞BCI≥45445＞BCI某省钢筋混凝土简支板梁总体缺损状况指数BCI回归方程参数公路管理等级桥梁设计荷载回归系数A回归系数B样本数N相关系数K标准偏差S检验数F国家干线汽-2023.80690.52803300.92537.76561470汽-1522.76870.53441500.94233.7349720汽-1020.20440.4843840.93712.7125286省干线汽-2023.21520.49354850.93346.82412167汽-1522.58540.51402470.94023.08891897汽-1021.85380.5242880.95471.7621583在役桥梁结构安全预测钢筋混凝土简支板梁总体缺损状况衰变规律

在役桥梁结构安全预测石板拱总体缺损状况指数BCI回归方程参数公路管理等级桥梁设计荷载回归系数A回归系数B样本数N相关系数K标准偏差S检验数F国家干线汽-2022.28900.4969620.94172.6959302汽-1522.00590.56191000.94756.4243651汽-1021.93000.5899120.93173.4325326省干线汽-2021.42260.45591000.92583.2496663汽-1521.23550.5040900.93393.6977348汽-1020.15600.4801140.92963.7373346在役桥梁结构安全预测石板拱总体缺损状况衰变规律

在役桥梁结构安全预测

桥梁平均中修及大修（或改建）年限的确定根据桥梁缺损状况评价，确定

BCI到达65分时，桥梁必须采取中修；

BCI值到达45分时，须采取大修或改建措施。运用桥梁总体缺损状况预测回归模型，可确定平均中修及大修（或改建）年限在役桥梁结构安全预测在役桥梁结构安全预测钢筋混凝土简支板梁中修及大修（或改建）平均年限回归模型预测结果公路管理等级桥梁设计荷载回归系数A回归系数B中修年限大修改建年限国家干线汽-2023.80690.52802263汽-1522.76870.53442160汽-1020.20440.48431958省干线汽-2023.21520.49352266汽-1522.58540.51402162汽-1021.85380.52422059石板拱中修及大修（或改建）平均年限回归模型预测结果公路管理等级桥梁设计荷载回归系数A回归系数B中修年限大修改建年限国家干线汽-2022.28900.49692163汽-1522.00590.56192156汽-1021.93000.58992053省干线汽-2021.42260.45592065汽-1521.23550.50402059汽-1020.15600.48011959在役桥梁结构安全预测当前桥梁使用年限桥梁中修平均年限桥梁大修或改建平均年限具体桥梁大中修年限确定(1)

整个路网上某类桥梁的BCI0具体桥梁在役桥梁结构安全预测第一步：根据具体桥梁当前的（）实际BCI

值，计算名誉使用年限

将代入得名誉使用年限第二步：计算等效时间推移步长在役桥梁结构安全预测具体桥梁大中修年限确定(1)

第三步：计算具体桥梁中修及大修（或改建）年份

中修年份=修建年份+

大修或改建年份=修建年份+

在役桥梁安全对策在役桥梁结构安全对策对策主动对策被动对策主动对策1、提高安全设置水准2、完善结构耐久性设计标准3、加强使用阶段的安全检测4、提高结构材料的耐久性5、完善技术标准及管理模式6、其他：提高人员素质、加强研究等被动对策-----------维修、加固

桥梁加固（strengtheningbridges）

基本内容加固分类桥梁评估加固流程（ProcessforStrengthening）经济性分析（EconomicalAnalysis）桥梁加固方案（OptimumDesign）桥梁加固细则（StrengtheningMethods）几个典型加固实例（SomeProjects）相关研究概要（OtherStudy）

特重车过桥—建设特种车过桥—军事提高等级恢复等级加固临时加固永久加固评价常规方法新方法加固分类增大截面加固法粘贴钢板加固法粘贴纤维复合材料加固法、体外预应力加固法改变结构体系加固法

桥

预测承载能力

是否真实

进行承载力详细分析或荷载试验

桥梁是否满足要求

进行经济性分析

选择合理的加固方案

实

施

拆除重建

替换否加固继续观测日常养护是

实施维修是有问题桥

判断桥梁条件否桥梁评估流程委

托原桥梁承载能力鉴定确定加固目的、范围及方案加固设计施工组织设计采取安全措施、清理原结构加固施工工程验收分项检验质量专家论证重要结构备

料材料检验

加固流程1、经济性分析

加固维修？重建？既有桥梁技术改造确定备选方案运用桥梁动态管理系统重建方案加固方案剩余经济使用寿命预测建立建立经济模型1经济模型2平均年费用A重建平均年费用A加固敏感性分析敏感性分析A重建A加固否选择经济使用寿命预测是选择确定确定（1）经济分析框图（2）基本准则

理论准则--加固（加固）

理论准则--重建

（重建）

--加固带来的经济效益

--加固费用

--加固后使用T1年增加的收益

--损失效益

--加固费用

实用准则直接计算平均年费用来决定加固、重建方案，即比较加固、重建平均年费用大小来决定（3）平均年费用

发生在桥梁寿命周期中的所有费用

桥梁的最初投资费用

桥梁维修养护费用

桥梁的残余价值桥梁的残余价值（可正、可负）桥梁拆除后瓦砾堆的处理费用（负值）桥梁拆除后构件回收利用的价值（正值）桥梁的服务等级所引起的费用标准折现率

桥梁的拆除费用（负值）

（4）桥梁维修养护的现金流量图————桥梁的平均年维修费用；——从年到年期间每年桥梁维修养护费用的增长梯度；——桥梁在年时进行桥梁大修（如更换桥面板、托换基础等）时所产生的费用；——桥梁年维修费用开始增加的时间；——桥梁年维修费用增加的持续时间；

（5）重建方案现金流量

式中：——重建方案的平均年费用；

——重建方案的最初投资费用；

——既有桥梁废弃时的残余价值；

——重建桥梁在寿命周期终点时的残余价值；

——桥梁重建后每年的平均养护维修费用；

——桥梁重建后每年的养护维修费用的增长梯度；

——桥梁在第年进行大修时的费用；

——重建桥梁的寿命周期；

——桥梁进行大修时的时间；

——桥梁每年养护维修费用开始增长的时间；

——桥梁每年养护维修费用增长持续的时间；

——标准折现率；

——资金回收因子；

——复利现值因子；

——等差现值因子；经济分析模型

（6）加固方案现金流量图

经济分析模型

（1）建立既有桥梁维修。加固、重建的经济分析模型，在可行的既有桥梁改造方案的基础上，通过分析比较，选择最经济有利的方案付诸实施，保证以最小的资源耗费满足预定的目标要求。（2）在考察投资项目的经济效果时，需要使用各种参数，如工程的最初投资、年度营运费用等，他们带有某种不确定性。因此对影响经济效果的各种参数的变化应作出估计和预测，（3）还可评估桥梁经济使用寿命2、桥梁加固方案增大截面粘贴钢板（钢筋、纤维等）体外预应力体系转换其它墩台加固减载反向加载回顶梁移位更换部件桥梁加固增大惯矩法单侧增大双侧增大粘贴贴（锚）钢板贴钢筋贴纤维预应力法改变体系法简支变连续简支变刚架简单结构变组合结构回顶法拱桥水平变位回顶综合法

桥梁加固方法加固设计原则1、分阶段受力原则：在新加材料与原结构（构件）未有效结合前，其恒载（含新加材料重量）应由原结构截面承担；有效结合后施加的荷载（恒载、活载、附加载）由加固后的组合截面承担；

2、平截面假定原则：在不同受力阶段，截面变形符合平截面假定；

3、受压区边缘混凝土应力矩形图原则：在极限状态下，原结构受压区边缘混凝土的应变达到极限值，截面受压区应力可以简化为矩形计算，混凝土取抗压强度设计值；加固设计原则4、拉区钢筋理想弹塑性原则：在极限状态下，原结构受拉区钢筋仍为理想弹塑性材料，钢筋取抗拉强度设计值；

5、原结构控制设计原则：混凝土结构加固后的极限承载力应以原结构截面中混凝土或钢筋强度设计值控制；

6、原结构物理力学量实测原则：加固设计计算应考虑结构病害影响、材料劣化、新旧材料的结合性能及材性差异。材料、几何等参数的取值，应采用桥梁现状的检测结果

增大截面（惯矩）加固

注意事项：①所增加的重要不应使原截面破坏

②新老结构材料之间应有可靠连接（剪力键、传力销、锚固筋等）

粘贴钢板（筋、纤维）加固

注意事项：贴钢板：厚度：4-8mm，计算确定宽度：≤结构受力面宽位置：尽量远离中性轴的加固区粘结：粘结强度可按计算确定或符合有关规定贴钢筋：直径：12≤d≤25二级钢筋根数：由计算确定，但不宜叠层位置：尽量远离中性轴的加固区贴纤维：层数：2-4层宽度：与结构同宽或略窄位置：尽量远离中性轴的加固区建议（1）具有锚固条件时，应尽量锚固（2）详细考察粘结剂的性能若仅用账栓将钢板锚固在梁体上，则又称锚栓钢板法，这时钢板可适当厚一些注意事项：预应力筋类型：粗钢筋、钢铰线、高强钢丝预应力筋用量：通过计算确定，但不应小于最小锚固束值锚固：位置适当而可靠体外预应力加固转换结构体系加固

纵桥向

简支变连续

简支变刚架

铰接变固结

增设新的受力体系(广州海珠大桥，交通部科技进步奖）

减小跨径横桥向（1）增设横隔板（剪刀撑）或其它横向连系，以改善结构横向传力性能（荷载横向分布）（2）增设大主梁或肋（一般为大边梁或肋）以改变原结构荷载横向分布（3）增设桥面横向钢筋以加强横向连系。注意事项：体系改变后，结构内力发生变化，应采取相应措施且应在改变体系前或同时完成

其它加固方法（1）减载法

*将钢筋混凝土桥面板换为正交异性刚桥面板；

*将拱桥填料更换为轻质填料（需谨慎）；

*将桥面铺装更换为轻质桥面铺装。（2）反向加载法对需加固截面进行反向影响线布载以减小内力值。

加固拱顶

（3）回顶法：对拱桥进行回顶加固（

实例：山东济宁惠河桥：L=50.4m）（4）更换杆（构）件法：斜拉桥换索，吊桥换吊索、桁架桥换杆件、肋梁式桥换某片梁（助）等斜拉桥换索（5）梁移位法：加固加宽同时进行下部加固加大截面

粘贴纤维（钢板）加固

（8）加固细则加固方案选择加固方案分析加固典型实例一般技术性建议具体建议粘贴钢板加固梁式桥锚栓钢板法加固梁式桥粘贴纤维加固增大截面（惯矩）加固体外预应力

加固方案的选择加固方案与下列因素有关：桥梁结构型式桥位地形、水文、自然状况分析研究结论施工技术水平能否封闭交通预期加固效果资金投入量………………一般技术性建议定义：则：加强桥面板加固粘贴筋、板，改变体系加固等体外预应力、贴纤维加固*加宽加固同时进行时，宜将加宽部分与原桥连为整体

具体建议

梁式桥仅提高承载力提高承载力并改善主梁刚度可改善横向分布贴钢筋贴钢板贴纤维贴钢板增加横隔板增大主梁截面加固横隔板体外预应力体系转换加大边梁增强桥面铺装仅提高承载力同时提高承载力及刚度可改善横向分布贴钢筋贴钢板贴纤维贴钢板增加横隔板、剪刀撑增大拱肋截面增设大边肋改换拱上建筑结构改换拱肋截面型式增强桥面铺装拱式桥

刚（桁）架桥索支承