橋梁承載能力檢測評估方法比較分析

唐永福

摘 要：結合多年橋梁養護工程師經驗，對我國目前橋梁的技術狀況評定、檢測評估方法及其關鍵問題進行了較為詳細的論述，并對當前橋梁檢測評定方法進行了分析比較，旨在與同行探討交流如何根據橋梁的不同狀況選擇經濟、高效、準確的判定橋梁承載能力的評定檢測方法。

關鍵詞：橋梁安全運營；技術等級評定；檢測評定；承載能力評定

概述

隨著交通流量和車載噸位的增加，危舊橋梁數量不斷加大、橋梁安全運營隱患頻現。如何判明主體結構的應力狀態，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實而又較棘手的問題。實踐要求廣大橋梁養護工程師必須對這一問題進行深入探討，不斷地提高判定橋梁承載能力的技術水平，這樣在日后橋梁的維修加固和改建工作中，才能具備準確的技術支持，從而保證橋梁具備良好的使用性能。

加固設計必須要建立在根據實際情況對其承載能力進行科學評價基礎之上。

1 在役橋梁承載力的主要影響因素分析

1.1 結構完整性對橋梁結構承載力的影響

橋梁在長期的運營過程中，部分橋梁構件有一定程度的損傷，致使原設計比較合理的受力結構，在構件損傷后受力失去合理性，造成局部受力過大、結構整體性不足的后果，這些都削弱了橋梁結構的承載力。

1.2 變形對橋梁結構承載力的影響

不超過《公橋規》規定限值的短期荷載作用下的橋梁結構變形，對橋梁運營的影響是安全的。對于超過限值的荷載引起的結構殘余累計變形，會影響橋梁的承載能力。

1.3 裂縫對橋梁結構的影響

在混凝土橋梁中，裂縫是十分常見的一種病害，通常我們將其分為結構裂縫和非結構裂縫兩種。而由外界荷載所導致的裂縫就是結構裂縫，其表現狀態就是橋梁結構的整體承載力出現了明顯的下降或不足；而由于混凝土自身性能達不到要求或是不能滿足外界條件而導致了裂縫就是非結構裂縫。鋼筋混凝土結構受力后出現裂縫，其本質關系即表現了出來，通過裂縫可以判斷實際橋梁屬于純彎、彎壓、剪壓等何種破壞模式。

1.4 混凝土施工質量問題的影響

由于在實際工程中鋼筋混凝土構件內部存在質量缺陷及密實度差，大大削弱混凝土抵抗外界有害介質侵蝕的能力。造成混凝土的碳化、鋼筋的銹蝕、混凝土表面的風化等病害，使混凝土本身強度下降，嚴重影響了鋼筋混凝土構件的承載能力。

1.5 鋼筋銹蝕對橋梁結構承載力的影響

鋼筋銹蝕對鋼筋混凝土構件的影響主要表現在：減小其截面面積、使構件混凝土保護層縱向開裂、降低鋼筋與混凝土之間的機械咬合力，故鋼筋銹蝕大大降低了橋梁結構承載力。

1.6 環境因素

經常使用融雪鹽、橋面積水排泄不暢、河床沖刷、酸雨、環境溫度及環境濕度等均能引起結構及混凝土的變化，影響結構承載力。

2 橋梁檢測評估方法及比較分析

2.1 既有橋梁的檢測評定方法

橋梁結構承載力的評定以檢測為基礎，檢測又以實際測量為主，不同結構類型的橋梁其測量的內容要求也不同，混凝土梁式橋主要檢測內容包括混凝土強度、碳化深度、保護層厚度、構造裂縫、構件損傷、鋼筋銹蝕、跨中撓度、結構變位、支座破壞、地基沉陷、自振頻率、大噸位車輛混入率等。通過檢測評定的手段，判斷結構的可用性，是橋梁檢測、結構評估的最終目的。根據橋梁養護規范及公路橋梁承載能力檢測評定規程，在用橋梁的檢測評定方法大致可歸結為以下幾種。

2.1.1 橋梁技術狀況等級評定法（俗稱“經驗法”）

經驗方法將調查和經驗相結合，是國內外評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，依據橋梁檢查檢測資料，通過橋梁各部件技術狀況分層綜合評定，同時考慮橋梁單項控制指標（關健病害的控制），確定橋梁的技術狀況等級。五類橋梁的承載能力比設計降低了25%以上。

2.1.2 引入分項檢算系數修正極限狀態設計表達式的方法（俗稱“極限狀態設計理論法”）

此方法是基于設計規范，根據實測的材料性能、結構幾何尺寸、支撐條件、外觀缺陷、及通行荷載，按橋梁結構的設計理論來計算承載力，要求承載能力評定包括持久狀態下承載能力極限狀態和正常使用極限狀態。承載能力極限狀態針對的是結構或構件的截面強度和穩定性，正常使用極限狀態主要針對結構或構件的剛度或抗裂性。

不同結構類型的橋梁采用相應的評定公式，對配筋混凝土橋梁承載能力極限狀態，按下式進行計算評定：γ0S≤R（fd，ξc，αdc，ξsαds）Z1（1-ξe）。以上2個公式的左邊表示考慮荷載安全系數后的組合荷載效應，右邊表示了考慮材料安全系數后的結構抗力效應，其中，γ0-結構的重要性系數；S-荷載效應函數；R（～）-抗力效應函數；fd-材料強度設計值；αdc-構件混凝土幾何參數值；αds-構件鋼筋幾何參數值；Z1-承載能力檢算系數；ξc-配筋混凝土結構的截面折減系數；ξs-鋼筋的截面折減系數；ξe-承載能力惡化系數。式中，采取引入橋梁檢算系數、承載能力惡化系數、截面折減系數和活載修正系數分別對極限狀態方程中結構抗力效應和荷載效應進行修正，并通過比較判定結構或構件的承載能力狀態。正常使用狀態的計算評定，分限制應力、荷載作用下的變形、各類荷載作用下裂縫寬度限值三個計算過程。

2.1.3 荷載試驗方法

目前評定橋梁承載能力最直接的方法是進行荷載試驗，主要是采用靜載試驗。實施荷載試驗的前提是：當通過檢算分析尚無法明確評定橋梁承載能力時，通過在橋梁結構上施加與設計荷載或使用荷載基本相當的外載，利用檢測儀器，測試橋梁結構在試驗荷載下控制部位的應變（含殘余應變）、位移（含基礎沉降）、和裂縫開展（含卸載后裂縫閉合寬度）情況，測定橋梁結構在試驗荷載作用下的結構響應，并與理論值進行比較，確定主要測點靜力荷載試驗結構校驗系數ξ，最終確定檢算系數Z2，代替Z1按2.1.2的計算式進行承載能力評定，或是依據殘余應變、裂縫擴展閉合、基礎沉降變位類推出承載力。

2.2 三種檢測評定方法的比較分析

在我們介紹的這三種檢測評定方法中，他們都是存在著缺陷的，并且也都有其獨特的特點。

2011年修訂后的橋梁技術狀況評定標準，根據不同橋型的部件類型分別編制了相應的評定細則，在細則中進一步了細化了評定指標，同時也提出了量化的標準，在評定橋梁的技術狀況時，主要應采用五類單項控制指標，要求在目測的基礎上增加氯離子含量、碳化深度等檢測指標，改進了技術狀況的評定模式，比較全面反應了橋梁的承載力狀況。依據經驗法評定的結果，可以作為橋梁日常養護、交通管理、25m以下跨徑橋梁改造加固的依據。優點是經濟、簡便，可以在不長時間內對大量橋梁實施檢測評定。缺點是承載能力評定只是一種估計值，相對欠精確，依據個人經驗、水平及責任心的不同，評定結果會有差異。

25m以上大跨徑、特殊結構橋梁的定期檢查、特殊檢查、適應性評定、加固改造設計均需委托有相應資質及能力的單位按照極限狀態設計理論法對橋梁承載能力進行評定。該評定方法的優點是檢測全面，評定結果較為精確。缺點是實施程序復雜，還需要立項招標，不能及時對承載力下降橋梁展開評定；對橋梁原始資料的依賴性較高。

荷載試驗方法直觀、準確，但規模大、費用高，影響交通，操作不當還會加劇橋梁狀況的進一步惡化，并且所得出的承載力值為理論與試驗比較后的推斷值。只有檢查、檢算不足判斷時才考慮荷載試驗。