道路桥梁损伤的评定和维护对策分析

徐英峰

（河北省高速公路管理局，石家庄 050031）

道路桥梁损伤的评定和维护对策分析

徐英峰

（河北省高速公路管理局，石家庄 050031）

由于外在、内在的原因，道桥在使用过程中，经常出现结构损伤，或者损伤积累。桥梁损伤不仅会对桥面交通产生影响，而且会对桥梁内部结构造成威胁。然而，常规桥梁承载能力试验，健康监测技术都不能准确地检测出桥梁脆性破坏程度。在损伤机理基础上出现的安全评定方法，可以对桥梁局部、整体和长期损伤程度进行检测，并给出损伤力学、疲劳断裂、可靠度等方面的评定结果。本文通过对桥梁损伤的实际情况，内部结构损伤程度，分析桥梁损伤问题，并提出相应的维护、管理对策。

道路；桥梁；评定；维护对策

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.06.032

1 引言

由于外在、内在的原因，道桥在使用过程中，经常出现结构损伤，或者损伤积累。桥梁损伤不仅会对桥面交通产生影响，而且会对桥梁内部结构造成威胁[1]。在桥梁使用过程中，由于桥梁损伤造成的坍塌事故，已经引起国内、外工程界对桥梁使用安全评定和维护问题的关注（见表1）。桥梁所处的环境、（化学）物质侵蚀、灾害、使用频率，以及人为因素，都会对桥梁造成一定的损伤。然而，目前的桥梁损伤检测手段，诸如，（常规）桥梁承载能力试验，健康监测技术等都不能对桥梁出现的细微损伤进行准确检测。本文在损伤机理基础上出现的安全评定方法，可以对桥梁局部、整体和长期损伤程度进行检测，并给出损伤力学、疲劳断裂、可靠度等方面的评定结果。下面进行详细阐述：

表1 国内、外道路桥梁失效案例回顾

2 道路桥梁损伤的影响因素

2.1 自然环境

桥梁建设完成后，一直处于自然环境中，并承受各种环境影响，诸如，水汽、（化学）物质，以及温度。上述因素对受损桥损伤桥梁出现结构变形。上述自然因素的存在，不仅会对损伤桥梁的使用耐久性产生影响，而且会削弱损伤桥梁的结构承载力。桥梁防腐一直是防止桥梁损伤的关键，为此人们发明很多防腐材料、防腐钢材。研究结果显示：自然环境的作用，可以让损伤桥梁出现混凝土碳化、卤离子侵入，两者是钢筋锈蚀的关键。钢筋锈蚀反应属于电化学反应，需要O2和H2O，并在C-和其他污染物的作用下，发生应力腐蚀。欧美国家于20世纪初期就开始进行混凝土冻害研究，并于20世纪中期先后提出静水压、渗透压等假设。但是，由于损伤桥梁评估中的应力腐蚀问题过于复杂，目前尚未准确的损伤定论。混凝土中的孔隙水、胶凝水是冻融破坏的前提条件，而温度是促进冻融破坏的辅助条件，假设混凝土结构的破坏。

2.2 施工材料性能退化

桥梁使用的施工材料有一定的有效期，长时间使用会造成材料老化、力学性能降低等问题，诸如，混凝土碳化、碱骨料反应等。其中，混凝土碳化是建筑材料老化的主要问题，而混凝土对结构钢筋起到保护作用［2］，碳化后使得钢筋受损。另外，氧化、辐射会诱发建筑材料损伤，造成混泥土裂缝。

2.3 桥梁结构疲劳损伤

桥梁施工过程中，施工材料中含有微小裂纹、裂缝，在循环负载的条件下，裂纹、裂缝会形成合并伤，形成宏观裂纹。疲劳损伤是钢架桥梁的主要问题，出现不少桥梁坍塌案件，诸如，1962年（美国）Kings桥梁坍塌。然而，疲劳性损伤在早期不容易被检测，一旦被检测出来，就会造成灾难性的后果。目前，国内、外工程业研究者，对混凝土结构损伤的研究比较深入，在一定程度上控制桥梁结构损伤的发生率。

2.4 桥面车辆荷载

桥梁的主要功能是进行交通疏导，并承载一定的载荷，这种来自于车辆的动载荷会对桥体结构产生循环变化应力。车辆行驶过程中，会对桥体结构产生振动，减少桥体构件之间的连接紧密性，降低构件的结构强度。另外，车辆之间的对冲作业，也会使得桥梁伸缩缝、支座架造成损坏，影响桥梁正常功能的发挥，对桥梁自身结构安全产生影响。

2.5 桥梁使用超载

目前，桥梁使用超载现象比较严重，主要为使用周期延长，通行车辆超载。早期修建的桥梁已经超过使用年限，或者进行超载运营。同时，违规超载车辆在桥面上通行，对桥体产生一定影响。桥梁使用周期延长是因为设计规范的改变，交通量短期内急剧增加，这种现象在桥梁使用过程中普遍存在。通行查了超载是由于交通监管部门管理不严，导致违规车辆在桥面通行[3]。

3 桥梁损伤评定方法

3.1 承载能力评定法

承载力试验评定法分为两种，竣工试验评定、荷载试验评定。竣工试验针对设计、施工进行检测，判断桥梁能否投入使用。荷载试验适用于不敏感桥梁损伤，这种损伤源于桥梁设计、施工。承载力试验评定法可以对旧桥损伤程度进行检测，但检测精度够，不能实现损伤安全评定。目前，承载能力试验评定法可以检测出桥梁损伤情况，但不能全面反映桥梁损伤积累情况。

3.2 结构可靠性评定法

结构可靠性方法源于可靠度理，该理论通过分析可靠指标，并进行指标之间的比较，得出损伤桥梁的安全结论。结构可靠性评定方法分为两种：一种直接计算桥梁可靠指标U，并与可靠指标UT向对应；另一种，基于可靠度评价规范，直接计算可靠指标，包括：失效、结构分析、荷载、抗力等模型，并以可靠指标计算桥梁结构安全性。目前，欧美国家制定了类似的评估规范，而中国尚未完成对旧桥梁承载力评定规范的修订。

3.3 荷载试验评定法

荷载试验评定法通过对桥梁进行试验性荷载，实现桥梁损伤评定。荷载试验评定法具有可靠性、直观性的特点，通过实际数据证明桥梁结构性损伤。荷载试验法包括：静载、动载两种，即依据静力、动力响应来判断桥梁结构损伤。荷载试验法容易受外界噪声影响，所以，进行评定时需要封闭交通。例如，上海市外白渡桥2000年有同济大学进行的桥梁寿命测定数据，如表1、图1所示：

表2 上海市外白渡桥2000年桥梁寿命测定结果

图1 上海市外白渡桥2000测定杆号设置示意图

3.4 疲劳断裂评定方法

疲劳断裂评定方法认为，在桥梁内部结构点上，出现细微损伤，损伤持续积累，使得应变值超过阀值，造成桥梁不可愈合变形［4］。混凝土材料在外部环境作用下，受到轻微的拉、压、剪、切作用，就会在砂浆基体与骨料连接处发生劣化。目前，损伤力学评定法在使用复合材料建造的桥梁损伤检测效果显著，但对混凝土桥梁的失效性检验效果略差。疲劳断裂法主要用于钢桥损伤检测，这是因为钢桥损伤是由主裂纹增长导致。

3.5 层次分析法

层次分析法源于灰色理论，主要进行桥梁底层工作状态评定，适用范围非常广泛。层次分析法采用权重形式，进行桥梁结构的综合分析，分析每个指标（杆件损伤）变化对桥梁结构的影响。层次分析法的评定可以通过专家咨询、专家评估等方式，让损伤结果更加符合客观实际，并确定重点影响指标。层次分析法可以让繁杂的评估变得更加简洁、实用，被广泛应用于钢架桥梁损伤的测定中。

4 损伤桥梁主体的加固与维护管理策略

4.1 桥梁加固、改造对策

4.1.1 钢结构加固

钢桥损伤后可以通过钢板加贴进行加固，并利用杆件进行焊接、栓接，以此提高桥梁结构刚度。同时，针对无法加固的构建，进行必要的更换，诸如，受腐蚀的下拉所、主缆索股等。钢桥加固后，需要进行必要调度防腐涂抹[5]，并采用先进的防腐材料和措施。

4.1.2 混凝土结构加固

混凝土加固方法主要包括：粘贴钢板法，实现对裂缝的封闭，提高构件的承载力；预应力加固法，通过合理布置锚固，通过构件的结构强度和承载力；碳纤维加固法，通过粘贴优越的碳纤维，提高混凝土的构建强度。上述加固方法实施以后，需要对裂缝进行封闭，防止腐蚀性气体的侵入，诸如，沿海城市的海风。同时，对加固后的混凝土进行表面涂装，必要时，更换主梁。

4.1.3 圬工结构加固

圬工结构位于受损桥梁的墩位、台基处，容易出现结构性开裂。圬工结构加固主要通过裂缝封闭，预应力修补，以及碳纤维加固。

4.2 桥梁损伤维护管理对策

管理部门定期对桥梁进行养护，合理利用养护费用，提高桥梁的持久性、耐用性。管理部门进行桥梁维护过程中，主要采取以下对策：（1）定期检测受损桥梁，利用损伤原理进行安全评定；（2）综合损伤识别技术，针对薄弱位置，进行重点养护，减少检测的盲目性，通过桥梁养护效率；（3）依据桥梁损伤情况，采取最优养护策略；（4）依据桥梁损伤评定结果，对通过车辆进行限速、限载、限高，并减少通行车道；（5）定期维护受损桥梁，清理排水管、伸缩缝、支座等位置；（6）针对桥梁钢筋、构件、拉索、主缆等易损位置，进行定期防腐处理。

5 结语

本文主要通过阐述桥梁损伤机理、安全评定方法，损伤检测手段，进行桥梁损伤评定问题分析，并采取相应的解决对策。传统的桥梁损伤检测手段不能进行轻微损伤检测，需要综合多种检测手段，进行相应的承载力试验，才能准确测定桥梁损伤程度。桥梁损伤程度检测，需要进行局部、整体、长期的检测，准确进行损伤位置定位，提高损伤构件的识别率，采取现代损伤修复技术进行处理。

【1】韩国华.混凝土桥梁裂缝的成因分析及处理方法[J].山西建筑，2009,4（6）:15-21．

【2】纪宏伟，王新平.混凝土裂缝产生的原因分析[J].山西建筑，2007,2 （7）:51-52．

【3】朱广明.道路桥梁设计中的隐患及解决措施[J].黑龙江科学，2014，5（9）:209-210.

【4】秦学林.浅谈道路桥梁设计的重点问题与改善对策[J].建筑工程技术与设计，2014,5（26）:211-211.

【5】齐心，杨海涛.关于道路桥梁设计隐患问题的儿点研究[J].价值工程，2012，31（6）:74-75.

The Analysis of Assessment and Maintenance on Road and BridgeDamage

XUYing-feng
（Hebei Province Highway Administration,Shijiazhuang 050031，China）

Bridgeintheuseoftheprocesswillbedifferentlevelsofstructuraldamage,whichwillnotonlyaffectthenormalpassageofthe bridge,butalsoathreattothebridgestructure.However,theconventionalbridgebearingcapacitytest,healthmonitoringtechnologycannot accuratelydetectthedegreeofbrittlefailureofthebridge.Thesafetyassessmentmethodbasedonthedamagemechanismcandetectthelocal, globalandlong-termdamagedegreeofthebridge,andgivetheevaluationresultsofdamagemechanics,fatiguefracture,reliabilityandother aspects.Thispaper takes city cross the bridge as an example,on the basis of the actual bridge safety assessment results,combined with the damagedegreeofthestructureproposedcorrespondingmaintenanceandmanagementcountermeasuresandbridgestoensurethesafeuse.

road;bridge;evaluation;maintenance countermeasure

U446

A

1007-9467（2016）06-0120-03

2016-01-21

徐英峰（1970～），男，河北石家庄人，工程师，从事高速公路项目管理研究，（电子信箱）js8834@163.com。