橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)估方法比較分析

橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)估方法比較分析結(jié)合多年橋梁養(yǎng)護(hù)工程師經(jīng)驗(yàn)，對(duì)我國(guó)目前橋梁的技術(shù)狀況評(píng)定、檢測(cè)評(píng)估方法及其關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了較為詳細(xì)的論述，并對(duì)當(dāng)前橋梁檢測(cè)評(píng)定方法進(jìn)行了分析比較，旨在與同行探討交流如何根據(jù)橋梁的不同狀況選擇經(jīng)濟(jì)、高效、準(zhǔn)確的判定橋梁承載能力的評(píng)定檢測(cè)方法。標(biāo)簽：橋梁安全運(yùn)營(yíng)；技術(shù)等級(jí)評(píng)定；檢測(cè)評(píng)定；承載能力評(píng)定概述隨著交通流量和車載噸位的增加，危舊橋梁數(shù)量不斷加大、橋梁安全運(yùn)營(yíng)隱患頻現(xiàn)。如何判明主體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)，如何確切知道橋梁承載能力，這是我們橋梁工程師所面臨的很現(xiàn)實(shí)而又較棘手的問(wèn)題。實(shí)踐要求廣大橋梁養(yǎng)護(hù)工程師必須對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行深入探討，不斷地提高判定橋梁承載能力的技術(shù)水平，這樣在日后橋梁的維修加固和改建工作中，才能具備準(zhǔn)確的技術(shù)支持，從而保證橋梁具備良好的使用性能。加固設(shè)計(jì)必須要建立在根據(jù)實(shí)際情況對(duì)其承載能力進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)基礎(chǔ)之上。1在役橋梁承載力的主要影響因素分析1.1結(jié)構(gòu)完整性對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)承載力的影響橋梁在長(zhǎng)期的運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，部分橋梁構(gòu)件有一定程度的損傷，致使原設(shè)計(jì)比較合理的受力結(jié)構(gòu)，在構(gòu)件損傷后受力失去合理性，造成局部受力過(guò)大、結(jié)構(gòu)整體性不足的后果，這些都削弱了橋梁結(jié)構(gòu)的承載力。1.2變形對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)承載力的影響不超過(guò)《公橋規(guī)》規(guī)定限值的短期荷載作用下的橋梁結(jié)構(gòu)變形，對(duì)橋梁運(yùn)營(yíng)的影響是安全的。對(duì)于超過(guò)限值的荷載引起的結(jié)構(gòu)殘余累計(jì)變形，會(huì)影響橋梁的承載能力。1.3裂縫對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響在混凝土橋梁中，裂縫是十分常見(jiàn)的一種病害，通常我們將其分為結(jié)構(gòu)裂縫和非結(jié)構(gòu)裂縫兩種。而由外界荷載所導(dǎo)致的裂縫就是結(jié)構(gòu)裂縫，其表現(xiàn)狀態(tài)就是橋梁結(jié)構(gòu)的整體承載力出現(xiàn)了明顯的下降或不足；而由于混凝土自身性能達(dá)不到要求或是不能滿足外界條件而導(dǎo)致了裂縫就是非結(jié)構(gòu)裂縫。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受力后出現(xiàn)裂縫，其本質(zhì)關(guān)系即表現(xiàn)了出來(lái)，通過(guò)裂縫可以判斷實(shí)際橋梁屬于純彎、彎壓、剪壓等何種破壞模式。1.4混凝土施工質(zhì)量問(wèn)題的影響由于在實(shí)際工程中鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)部存在質(zhì)量缺陷及密實(shí)度差，大大削弱混凝土抵抗外界有害介質(zhì)侵蝕的能力。造成混凝土的碳化、鋼筋的銹蝕、混凝土表面的風(fēng)化等病害，使混凝土本身強(qiáng)度下降，嚴(yán)重影響了鋼筋混凝土構(gòu)件的承載能力。1.5鋼筋銹蝕對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)承載力的影響鋼筋銹蝕對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件的影響主要表現(xiàn)在：減小其截面面積、使構(gòu)件混凝土保護(hù)層縱向開(kāi)裂、降低鋼筋與混凝土之間的機(jī)械咬合力，故鋼筋銹蝕大大降低了橋梁結(jié)構(gòu)承載力。1.6環(huán)境因素經(jīng)常使用融雪鹽、橋面積水排泄不暢、河床沖刷、酸雨、環(huán)境溫度及環(huán)境濕度等均能引起結(jié)構(gòu)及混凝土的變化，影響結(jié)構(gòu)承載力。2橋梁檢測(cè)評(píng)估方法及比較分析2.1既有橋梁的檢測(cè)評(píng)定方法橋梁結(jié)構(gòu)承載力的評(píng)定以檢測(cè)為基礎(chǔ)，檢測(cè)又以實(shí)際測(cè)量為主，不同結(jié)構(gòu)類型的橋梁其測(cè)量的內(nèi)容要求也不同，混凝土梁式橋主要檢測(cè)內(nèi)容包括混凝土強(qiáng)度、碳化深度、保護(hù)層厚度、構(gòu)造裂縫、構(gòu)件損傷、鋼筋銹蝕、跨中撓度、結(jié)構(gòu)變位、支座破壞、地基沉陷、自振頻率、大噸位車輛混入率等。通過(guò)檢測(cè)評(píng)定的手段，判斷結(jié)構(gòu)的可用性，是橋梁檢測(cè)、結(jié)構(gòu)評(píng)估的最終目的。根據(jù)橋梁養(yǎng)護(hù)規(guī)范及公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程，在用橋梁的檢測(cè)評(píng)定方法大致可歸結(jié)為以下幾種。2.1.1橋梁技術(shù)狀況等級(jí)評(píng)定法（俗稱“經(jīng)驗(yàn)法”）經(jīng)驗(yàn)方法將調(diào)查和經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，是國(guó)內(nèi)外評(píng)定橋梁承載力的常用方法，多采用物元分析理論也即層次分析法，依據(jù)橋梁檢查檢測(cè)資料，通過(guò)橋梁各部件技術(shù)狀況分層綜合評(píng)定，同時(shí)考慮橋梁?jiǎn)雾?xiàng)控制指標(biāo)（關(guān)健病害的控制），確定橋梁的技術(shù)狀況等級(jí)。五類橋梁的承載能力比設(shè)計(jì)降低了25%以上。2.1.2引入分項(xiàng)檢算系數(shù)修正極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式的方法（俗稱“極限狀態(tài)設(shè)計(jì)理論法”）此方法是基于設(shè)計(jì)規(guī)范，根據(jù)實(shí)測(cè)的材料性能、結(jié)構(gòu)幾何尺寸、支撐條件、外觀缺陷、及通行荷載，按橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理論來(lái)計(jì)算承載力，要求承載能力評(píng)定包括持久狀態(tài)下承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。承載能力極限狀態(tài)針對(duì)的是結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的截面強(qiáng)度和穩(wěn)定性，正常使用極限狀態(tài)主要針對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的剛度或抗裂性。不同結(jié)構(gòu)類型的橋梁采用相應(yīng)的評(píng)定公式，對(duì)配筋混凝土橋梁承載能力極限狀態(tài)，按下式進(jìn)行計(jì)算評(píng)定：γ0S≤R（fd，ξc，αdc，ξsαds）Z1（1-ξe）。以上2個(gè)公式的左邊表示考慮荷載安全系數(shù)后的組合荷載效應(yīng)，右邊表示了考慮材料安全系數(shù)后的結(jié)構(gòu)抗力效應(yīng)，其中，γ0-結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)；S-荷載效應(yīng)函數(shù)；R（～）-抗力效應(yīng)函數(shù)；fd-材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；αdc-構(gòu)件混凝土幾何參數(shù)值；αds-構(gòu)件鋼筋幾何參數(shù)值；Z1-承載能力檢算系數(shù)；ξc-配筋混凝土結(jié)構(gòu)的截面折減系數(shù)；ξs-鋼筋的截面折減系數(shù)；ξe-承載能力惡化系數(shù)。式中，采取引入橋梁檢算系數(shù)、承載能力惡化系數(shù)、截面折減系數(shù)和活載修正系數(shù)分別對(duì)極限狀態(tài)方程中結(jié)構(gòu)抗力效應(yīng)和荷載效應(yīng)進(jìn)行修正，并通過(guò)比較判定結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載能力狀態(tài)。正常使用狀態(tài)的計(jì)算評(píng)定，分限制應(yīng)力、荷載作用下的變形、各類荷載作用下裂縫寬度限值三個(gè)計(jì)算過(guò)程。2.1.3荷載試驗(yàn)方法目前評(píng)定橋梁承載能力最直接的方法是進(jìn)行荷載試驗(yàn)，主要是采用靜載試驗(yàn)。實(shí)施荷載試驗(yàn)的前提是：當(dāng)通過(guò)檢算分析尚無(wú)法明確評(píng)定橋梁承載能力時(shí)，通過(guò)在橋梁結(jié)構(gòu)上施加與設(shè)計(jì)荷載或使用荷載基本相當(dāng)?shù)耐廨d，利用檢測(cè)儀器，測(cè)試橋梁結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)荷載下控制部位的應(yīng)變（含殘余應(yīng)變）、位移（含基礎(chǔ)沉降）、和裂縫開(kāi)展（含卸載后裂縫閉合寬度）情況，測(cè)定橋梁結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)荷載作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，并與理論值進(jìn)行比較，確定主要測(cè)點(diǎn)靜力荷載試驗(yàn)結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)ξ，最終確定檢算系數(shù)Z2，代替Z1按2.1.2的計(jì)算式進(jìn)行承載能力評(píng)定，或是依據(jù)殘余應(yīng)變、裂縫擴(kuò)展閉合、基礎(chǔ)沉降變位類推出承載力。2.2三種檢測(cè)評(píng)定方法的比較分析在我們介紹的這三種檢測(cè)評(píng)定方法中，他們都是存在著缺陷的，并且也都有其獨(dú)特的特點(diǎn)。2011年修訂后的橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)不同橋型的部件類型分別編制了相應(yīng)的評(píng)定細(xì)則，在細(xì)則中進(jìn)一步了細(xì)化了評(píng)定指標(biāo)，同時(shí)也提出了量化的標(biāo)準(zhǔn)，在評(píng)定橋梁的技術(shù)狀況時(shí)，主要應(yīng)采用五類單項(xiàng)控制指標(biāo)，要求在目測(cè)的基礎(chǔ)上增加氯離子含量、碳化深度等檢測(cè)指標(biāo)，改進(jìn)了技術(shù)狀況的評(píng)定模式，比較全面反應(yīng)了橋梁的承載力狀況。依據(jù)經(jīng)驗(yàn)法評(píng)定的結(jié)果，可以作為橋梁日常養(yǎng)護(hù)、交通管理、25m以下跨徑橋梁改造加固的依據(jù)。優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便，可以在不長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)對(duì)大量橋梁實(shí)施檢測(cè)評(píng)定。缺點(diǎn)是承載能力評(píng)定只是一種估計(jì)值，相對(duì)欠精確，依據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)、水平及責(zé)任心的不同，評(píng)定結(jié)果會(huì)有差異。25m以上大跨徑、特殊結(jié)構(gòu)橋梁的定期檢查、特殊檢查、適應(yīng)性評(píng)定、加固改造設(shè)計(jì)均需委托有相應(yīng)資質(zhì)及能力的單位按照極限狀態(tài)設(shè)計(jì)理論法對(duì)橋梁承載能力進(jìn)行評(píng)定。該評(píng)定方法的優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)全面，評(píng)定