浅析公路旧桥的评定

袁 芳

桥梁建设在交通运输建设中的地位至关重要,旧桥的维护与加固工程同样属于桥梁工程,决不能重建轻养。要做好旧桥改建利用工作,首先要详细了解旧桥的使用状况,这就需要对公路旧桥进行科学评定。

公路旧桥的评定就是对已建成桥梁的使用状况及其承载能力进行综合的评价。通过桥梁的评定,可以鉴定该桥是否具有原设计的结构工作性能及承载能力,是否满足目前及未来的交通需要,是否具有挖潜承载能力的可能,从而为旧桥的养护维修、改造加固的决策提供有力的支持。

对旧桥进行评定的工作远比新桥设计复杂得多。多年来,国内外的桥梁工作者们一直致力于解决这个问题,他们在各自的工程实践和研究中提出了各种旧桥评定的方法。这些方法大致归纳为:1)根据外观调查进行评定的方法;2)采用以分析计算为主的评定方法;3)荷载试验的评定方法;4)专家系统的评定方法。下面结合我多年的工作实践经验对以上方法进行浅析。

1 根据外观调查进行评定的方法

根据外观调查进行评定的方法,就是由有经验的桥梁技术人员对旧桥进行详细的检查,并根据检查结果对桥梁质量进行评定。

公路桥梁在使用过程中,在车辆荷载作用下,由于设计、施工、桥梁实际的桥下水流状态、气候条件及其他环境因素的变化和影响,钢筋混凝土桥和圬工桥可能会出现损坏、过大的裂缝和不正常的变形,反映出桥梁的使用性能和承载能力不满足原设计要求。根据外观调查进行评定的方法,就是有经验的桥梁技术人员通过旧桥外观所表现出来的现象,推定桥梁实际技术状态的方法。

作为这种评定方法的基础是对旧桥进行详细调查。

本地区旧桥多为钢筋混凝土和圬工桥梁,对于此种桥的上部结构,根据外观调查进行评定的方法,在实践中往往侧重于混凝土裂缝及变形的调查分析。

钢筋混凝土和圬工桥梁在使用中不可能绝对没有裂缝,特别是钢筋混凝土结构,在使用状态下,出现裂缝属于正常现象。但理论和大量试验表明结构的破坏又往往从裂缝开始,因此可以把旧桥上的裂缝分为“有害裂缝”和“无害裂缝”。

因此,根据外观调查评定旧桥时,一定要把旧桥上的缺陷和损害、裂缝、变形综合起来分析,寻找出产生的原因,从而能对桥梁的实际技术状况做出较符合实际的评价。

外观调查评定旧桥的方法,可以判定桥梁的质量是否适应现有交通运输的情况,一般来讲,这种评定方法的结论可供公路部门在决定桥梁是否进行养护或改建时使用,达到对桥梁进行科学管理的目的。

2 采用以分析计算为主的评定方法

采用以分析计算为主的评定方法,仍然是先通过对实际桥梁进行详尽的外观调查,然后将调查到的资料,根据桥梁结构理论加以分析和计算,以其结果对旧桥结构评定。这是目前在桥梁结构评定中运用较多的一种方法。

钢筋混凝土结构和圬工结构的设计方法有极限状态法和使用阶段的容许应力法,这种检算方法的应用范围较广,适合于钢筋混凝土、预应力混凝土和砖、石及混凝土桥梁的上部结构。由于检算公式的表达方式与设计计算公式一致,易为工程技术人员所掌握。

对于某些旧桥特别是拱桥,采用设计理论方法来进行分析计算往往通不过,但却能正常运营,这说明桥梁结构的实际工作状态与采用的理论相差较大。因此要根据桥梁结构特性,研究较符合实际的计算方法,从而对旧桥能通过分析计算得到较准确的评价。

桥梁结构在恒载作用下裂缝宽度应不大于允许值。当结构具有足够的承载能力,但裂缝宽度超过规定时,应采取防护措施以保证结构的耐久性。当结构裂缝发展严重或裂缝仍在继续发展时应从上部构造本身和地基基础两方面查明原因,对桥梁采取有效的加固措施。

3 荷载试验的评定方法

当采用调查、检算的方法尚不能鉴定桥梁承载能力时,采用荷载试验,测定桥梁在荷载作用下的实际工作状况,结合调查、检算来评定桥梁承载能力。一般在下列情况下,可考虑进行荷载试验。1)桥梁的施工质量合格,使用状况良好,检算主要指标虽不符合要求,但超过幅度较小(30%以内),可能还有承载潜力。2)桥梁的施工质量很差,可能存在隐患,仅用调查检算难以确定桥梁承载能力。3)桥梁在营运中损坏较严重,可能影响桥梁承载能力。4)桥梁缺乏设计、施工资料或桥梁结构受力不明确,不便准确进行桥梁承载能力检算。5)为了科研或积累资料需要时。

荷载试验方法是对桥梁进行了外观调查和粗略评定后,施加试验性荷载,从而对桥梁结构进行评定的方法。它是在桥梁结构鉴定中应用史最长的方法。主要优点是直观、可靠,故多用于新结构研究和桥梁质量的评定。在旧桥的评定中,它又多用于桥梁实际工作状态不明确情况下的评定和研究工作,以弥补根据外观调查评定和以分析计算为主的评定方法的不足。

荷载试验的评定方法,其工作内容主要是荷载试验。目前,一座旧桥的完整荷载试验包括静载试验和动载试验。随着对旧桥评定工作的研究深入,已经开始研究由动载试验发展成独立的动力测定的旧桥快速评定法。

荷载试验要弥补桥梁调查和检算中的不足,使桥梁承载能力鉴定工作进一步深化。

试验的主要内容包括:1)明确试验目的。2)做好准备工作。3)加载方案与实施。4)加载控制措施。

经过荷载试验的桥梁,应根据整理的试验资料,分析结构的工作状况,进一步评定桥梁承载能力。其中重点结论包括:1)结构工作状况。2)结构的强度及稳定性。3)地基与基础沉降,水平位移、倾角变位后回复程度。4)结构的刚度要求。5)裂缝。

4 专家系统的评定方法

旧桥状况的评定要涉及到许多相关因素的复杂影响。一般来讲,对旧桥状况评价的基本要求应包括安全性、耐久性和适用性。对一座桥梁而言,又包括上部结构、下部结构和基础工程。如再细分,又各自包括许多基本构件。对每个基本构件来说,既可能存在因设计、施工和使用过程中的不同原因所引起的缺陷,也有可能存在由于相互作用所产生的损伤,此外,还有可能存在因环境、自然灾害等引起的损坏等等。这些因素之间的相互关系十分复杂,同时又相互影响,由此可见,旧桥的综合评价是十分复杂的。由于旧桥的综合评价是一个很复杂、难以用精确的数字定量来表达的,因而人们常常是采用在一个被压缩了的低维因素空间内,利用模糊概念来处理这个问题。精确化的能力越低,便意味着系统具有的模糊性越强。

因而,用模糊概念辨别事物的本质过程可以发展成为一个评定方法。这种方法可以模拟有经验专家的策机机理,进而对旧桥进行综合评价,这种方法就为专家系统的评定方法。

在旧桥评定方面进行专家系统的研制还处于初级阶段,绝大多数未达到实用水平,其水平也未达到完全代替专家的地步。但是,它具有广阔的发展前景。

[1]王 亮,史永恒.浅论桥梁结构鉴定评估与加固[J].山西建筑,2009,35(20):346-347.