桥梁承载能力检测评估方法比较分析

唐永福

摘 要：结合多年桥梁养护工程师经验，对我国目前桥梁的技术状况评定、检测评估方法及其关键问题进行了较为详细的论述，并对当前桥梁检测评定方法进行了分析比较，旨在与同行探讨交流如何根据桥梁的不同状况选择经济、高效、准确的判定桥梁承载能力的评定检测方法。

关键词：桥梁安全运营；技术等级评定；检测评定；承载能力评定

概述

随着交通流量和车载吨位的增加，危旧桥梁数量不断加大、桥梁安全运营隐患频现。如何判明主体结构的应力状态，如何确切知道桥梁承载能力，这是我们桥梁工程师所面临的很现实而又较棘手的问题。实践要求广大桥梁养护工程师必须对这一问题进行深入探讨，不断地提高判定桥梁承载能力的技术水平，这样在日后桥梁的维修加固和改建工作中，才能具备准确的技术支持，从而保证桥梁具备良好的使用性能。

加固设计必须要建立在根据实际情况对其承载能力进行科学评价基础之上。

1 在役桥梁承载力的主要影响因素分析

1.1 结构完整性对桥梁结构承载力的影响

桥梁在长期的运营过程中，部分桥梁构件有一定程度的损伤，致使原设计比较合理的受力结构，在构件损伤后受力失去合理性，造成局部受力过大、结构整体性不足的后果，这些都削弱了桥梁结构的承载力。

1.2 变形对桥梁结构承载力的影响

不超过《公桥规》规定限值的短期荷载作用下的桥梁结构变形，对桥梁运营的影响是安全的。对于超过限值的荷载引起的结构残余累计变形，会影响桥梁的承载能力。

1.3 裂缝对桥梁结构的影响

在混凝土桥梁中，裂缝是十分常见的一种病害，通常我们将其分为结构裂缝和非结构裂缝两种。而由外界荷载所导致的裂缝就是结构裂缝，其表现状态就是桥梁结构的整体承载力出现了明显的下降或不足；而由于混凝土自身性能达不到要求或是不能满足外界条件而导致了裂缝就是非结构裂缝。钢筋混凝土结构受力后出现裂缝，其本质关系即表现了出来，通过裂缝可以判断实际桥梁属于纯弯、弯压、剪压等何种破坏模式。

1.4 混凝土施工质量问题的影响

由于在实际工程中钢筋混凝土构件内部存在质量缺陷及密实度差，大大削弱混凝土抵抗外界有害介质侵蚀的能力。造成混凝土的碳化、钢筋的锈蚀、混凝土表面的风化等病害，使混凝土本身强度下降，严重影响了钢筋混凝土构件的承载能力。

1.5 钢筋锈蚀对桥梁结构承载力的影响

钢筋锈蚀对钢筋混凝土构件的影响主要表现在：减小其截面面积、使构件混凝土保护层纵向开裂、降低钢筋与混凝土之间的机械咬合力，故钢筋锈蚀大大降低了桥梁结构承载力。

1.6 环境因素

经常使用融雪盐、桥面积水排泄不畅、河床冲刷、酸雨、环境温度及环境湿度等均能引起结构及混凝土的变化，影响结构承载力。

2 桥梁检测评估方法及比较分析

2.1 既有桥梁的检测评定方法

桥梁结构承载力的评定以检测为基础，检测又以实际测量为主，不同结构类型的桥梁其测量的内容要求也不同，混凝土梁式桥主要检测内容包括混凝土强度、碳化深度、保护层厚度、构造裂缝、构件损伤、钢筋锈蚀、跨中挠度、结构变位、支座破坏、地基沉陷、自振频率、大吨位车辆混入率等。通过检测评定的手段，判断结构的可用性，是桥梁检测、结构评估的最终目的。根据桥梁养护规范及公路桥梁承载能力检测评定规程，在用桥梁的检测评定方法大致可归结为以下几种。

2.1.1 桥梁技术状况等级评定法（俗称“经验法”）

经验方法将调查和经验相结合，是国内外评定桥梁承载力的常用方法，多采用物元分析理论也即层次分析法，依据桥梁检查检测资料，通过桥梁各部件技术状况分层综合评定，同时考虑桥梁单项控制指标（关健病害的控制），确定桥梁的技术状况等级。五类桥梁的承载能力比设计降低了25%以上。

2.1.2 引入分项检算系数修正极限状态设计表达式的方法（俗称“极限状态设计理论法”）

此方法是基于设计规范，根据实测的材料性能、结构几何尺寸、支撑条件、外观缺陷、及通行荷载，按桥梁结构的设计理论来计算承载力，要求承载能力评定包括持久状态下承载能力极限状态和正常使用极限状态。承载能力极限状态针对的是结构或构件的截面强度和稳定性，正常使用极限状态主要针对结构或构件的刚度或抗裂性。

不同结构类型的桥梁采用相应的评定公式，对配筋混凝土桥梁承载能力极限状态，按下式进行计算评定：γ0S≤R（fd，ξc，αdc，ξsαds）Z1（1-ξe）。以上2个公式的左边表示考虑荷载安全系数后的组合荷载效应，右边表示了考虑材料安全系数后的结构抗力效应，其中，γ0-结构的重要性系数；S-荷载效应函数；R（～）-抗力效应函数；fd-材料强度设计值；αdc-构件混凝土几何参数值；αds-构件钢筋几何参数值；Z1-承载能力检算系数；ξc-配筋混凝土结构的截面折减系数；ξs-钢筋的截面折减系数；ξe-承载能力恶化系数。式中，采取引入桥梁检算系数、承载能力恶化系数、截面折减系数和活载修正系数分别对极限状态方程中结构抗力效应和荷载效应进行修正，并通过比较判定结构或构件的承载能力状态。正常使用状态的计算评定，分限制应力、荷载作用下的变形、各类荷载作用下裂缝宽度限值三个计算过程。

2.1.3 荷载试验方法

目前评定桥梁承载能力最直接的方法是进行荷载试验，主要是采用静载试验。实施荷载试验的前提是：当通过检算分析尚无法明确评定桥梁承载能力时，通过在桥梁结构上施加与设计荷载或使用荷载基本相当的外载，利用检测仪器，测试桥梁结构在试验荷载下控制部位的应变（含残余应变）、位移（含基础沉降）、和裂缝开展（含卸载后裂缝闭合宽度）情况，测定桥梁结构在试验荷载作用下的结构响应，并与理论值进行比较，确定主要测点静力荷载试验结构校验系数ξ，最终确定检算系数Z2，代替Z1按2.1.2的计算式进行承载能力评定，或是依据残余应变、裂缝扩展闭合、基础沉降变位类推出承载力。

2.2 三种检测评定方法的比较分析

在我们介绍的这三种检测评定方法中，他们都是存在着缺陷的，并且也都有其独特的特点。

2011年修订后的桥梁技术状况评定标准，根据不同桥型的部件类型分别编制了相应的评定细则，在细则中进一步了细化了评定指标，同时也提出了量化的标准，在评定桥梁的技术状况时，主要应采用五类单项控制指标，要求在目测的基础上增加氯离子含量、碳化深度等检测指标，改进了技术状况的评定模式，比较全面反应了桥梁的承载力状况。依据经验法评定的结果，可以作为桥梁日常养护、交通管理、25m以下跨径桥梁改造加固的依据。优点是经济、简便，可以在不长时间内对大量桥梁实施检测评定。缺点是承载能力评定只是一种估计值，相对欠精确，依据个人经验、水平及责任心的不同，评定结果会有差异。

25m以上大跨径、特殊结构桥梁的定期检查、特殊检查、适应性评定、加固改造设计均需委托有相应资质及能力的单位按照极限状态设计理论法对桥梁承载能力进行评定。该评定方法的优点是检测全面，评定结果较为精确。缺点是实施程序复杂，还需要立项招标，不能及时对承载力下降桥梁展开评定；对桥梁原始资料的依赖性较高。

荷载试验方法直观、准确，但规模大、费用高，影响交通，操作不当还会加剧桥梁状况的进一步恶化，并且所得出的承载力值为理论与试验比较后的推断值。只有检查、检算不足判断时才考虑荷载试验。