道路橋梁損傷的評定和維護對策分析

徐英峰

（河北省高速公路管理局，石家莊 050031）

道路橋梁損傷的評定和維護對策分析

徐英峰

（河北省高速公路管理局，石家莊 050031）

由于外在、內在的原因，道橋在使用過程中，經常出現結構損傷，或者損傷積累。橋梁損傷不僅會對橋面交通產生影響，而且會對橋梁內部結構造成威脅。然而，常規橋梁承載能力試驗，健康監測技術都不能準確地檢測出橋梁脆性破壞程度。在損傷機理基礎上出現的安全評定方法，可以對橋梁局部、整體和長期損傷程度進行檢測，并給出損傷力學、疲勞斷裂、可靠度等方面的評定結果。本文通過對橋梁損傷的實際情況，內部結構損傷程度，分析橋梁損傷問題，并提出相應的維護、管理對策。

道路；橋梁；評定；維護對策

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

1 引言

由于外在、內在的原因，道橋在使用過程中，經常出現結構損傷，或者損傷積累。橋梁損傷不僅會對橋面交通產生影響，而且會對橋梁內部結構造成威脅[1]。在橋梁使用過程中，由于橋梁損傷造成的坍塌事故，已經引起國內、外工程界對橋梁使用安全評定和維護問題的關注（見表1）。橋梁所處的環境、（化學）物質侵蝕、災害、使用頻率，以及人為因素，都會對橋梁造成一定的損傷。然而，目前的橋梁損傷檢測手段，諸如，（常規）橋梁承載能力試驗，健康監測技術等都不能對橋梁出現的細微損傷進行準確檢測。本文在損傷機理基礎上出現的安全評定方法，可以對橋梁局部、整體和長期損傷程度進行檢測，并給出損傷力學、疲勞斷裂、可靠度等方面的評定結果。下面進行詳細闡述：

表1 國內、外道路橋梁失效案例回顧

2 道路橋梁損傷的影響因素

2.1 自然環境

橋梁建設完成后，一直處于自然環境中，并承受各種環境影響，諸如，水汽、（化學）物質，以及溫度。上述因素對受損橋損傷橋梁出現結構變形。上述自然因素的存在，不僅會對損傷橋梁的使用耐久性產生影響，而且會削弱損傷橋梁的結構承載力。橋梁防腐一直是防止橋梁損傷的關鍵，為此人們發明很多防腐材料、防腐鋼材。研究結果顯示：自然環境的作用，可以讓損傷橋梁出現混凝土碳化、鹵離子侵入，兩者是鋼筋銹蝕的關鍵。鋼筋銹蝕反應屬于電化學反應，需要O2和H2O，并在C-和其他污染物的作用下，發生應力腐蝕。歐美國家于20世紀初期就開始進行混凝土凍害研究，并于20世紀中期先后提出靜水壓、滲透壓等假設。但是，由于損傷橋梁評估中的應力腐蝕問題過于復雜，目前尚未準確的損傷定論。混凝土中的孔隙水、膠凝水是凍融破壞的前提條件，而溫度是促進凍融破壞的輔助條件，假設混凝土結構的破壞。

2.2 施工材料性能退化

橋梁使用的施工材料有一定的有效期，長時間使用會造成材料老化、力學性能降低等問題，諸如，混凝土碳化、堿骨料反應等。其中，混凝土碳化是建筑材料老化的主要問題，而混凝土對結構鋼筋起到保護作用［2］，碳化后使得鋼筋受損。另外，氧化、輻射會誘發建筑材料損傷，造成混泥土裂縫。

2.3 橋梁結構疲勞損傷

橋梁施工過程中，施工材料中含有微小裂紋、裂縫，在循環負載的條件下，裂紋、裂縫會形成合并傷，形成宏觀裂紋。疲勞損傷是鋼架橋梁的主要問題，出現不少橋梁坍塌案件，諸如，1962年（美國）Kings橋梁坍塌。然而，疲勞性損傷在早期不容易被檢測，一旦被檢測出來，就會造成災難性的后果。目前，國內、外工程業研究者，對混凝土結構損傷的研究比較深入，在一定程度上控制橋梁結構損傷的發生率。

2.4 橋面車輛荷載

橋梁的主要功能是進行交通疏導，并承載一定的載荷，這種來自于車輛的動載荷會對橋體結構產生循環變化應力。車輛行駛過程中，會對橋體結構產生振動，減少橋體構件之間的連接緊密性，降低構件的結構強度。另外，車輛之間的對沖作業，也會使得橋梁伸縮縫、支座架造成損壞，影響橋梁正常功能的發揮，對橋梁自身結構安全產生影響。

2.5 橋梁使用超載

目前，橋梁使用超載現象比較嚴重，主要為使用周期延長，通行車輛超載。早期修建的橋梁已經超過使用年限，或者進行超載運營。同時，違規超載車輛在橋面上通行，對橋體產生一定影響。橋梁使用周期延長是因為設計規范的改變，交通量短期內急劇增加，這種現象在橋梁使用過程中普遍存在。通行查了超載是由于交通監管部門管理不嚴，導致違規車輛在橋面通行[3]。

3 橋梁損傷評定方法

3.1 承載能力評定法

承載力試驗評定法分為兩種，竣工試驗評定、荷載試驗評定。竣工試驗針對設計、施工進行檢測，判斷橋梁能否投入使用。荷載試驗適用于不敏感橋梁損傷，這種損傷源于橋梁設計、施工。承載力試驗評定法可以對舊橋損傷程度進行檢測，但檢測精度夠，不能實現損傷安全評定。目前，承載能力試驗評定法可以檢測出橋梁損傷情況，但不能全面反映橋梁損傷積累情況。

3.2 結構可靠性評定法

結構可靠性方法源于可靠度理，該理論通過分析可靠指標，并進行指標之間的比較，得出損傷橋梁的安全結論。結構可靠性評定方法分為兩種：一種直接計算橋梁可靠指標U，并與可靠指標UT向對應；另一種，基于可靠度評價規范，直接計算可靠指標，包括：失效、結構分析、荷載、抗力等模型，并以可靠指標計算橋梁結構安全性。目前，歐美國家制定了類似的評估規范，而中國尚未完成對舊橋梁承載力評定規范的修訂。

3.3 荷載試驗評定法

荷載試驗評定法通過對橋梁進行試驗性荷載，實現橋梁損傷評定。荷載試驗評定法具有可靠性、直觀性的特點，通過實際數據證明橋梁結構性損傷。荷載試驗法包括：靜載、動載兩種，即依據靜力、動力響應來判斷橋梁結構損傷。荷載試驗法容易受外界噪聲影響，所以，進行評定時需要封閉交通。例如，上海市外白渡橋2000年有同濟大學進行的橋梁壽命測定數據，如表1、圖1所示：

表2 上海市外白渡橋2000年橋梁壽命測定結果

圖1 上海市外白渡橋2000測定桿號設置示意圖

3.4 疲勞斷裂評定方法

疲勞斷裂評定方法認為，在橋梁內部結構點上，出現細微損傷，損傷持續積累，使得應變值超過閥值，造成橋梁不可愈合變形［4］。混凝土材料在外部環境作用下，受到輕微的拉、壓、剪、切作用，就會在砂漿基體與骨料連接處發生劣化。目前，損傷力學評定法在使用復合材料建造的橋梁損傷檢測效果顯著，但對混凝土橋梁的失效性檢驗效果略差。疲勞斷裂法主要用于鋼橋損傷檢測，這是因為鋼橋損傷是由主裂紋增長導致。

3.5 層次分析法

層次分析法源于灰色理論，主要進行橋梁底層工作狀態評定，適用范圍非常廣泛。層次分析法采用權重形式，進行橋梁結構的綜合分析，分析每個指標（桿件損傷）變化對橋梁結構的影響。層次分析法的評定可以通過專家咨詢、專家評估等方式，讓損傷結果更加符合客觀實際，并確定重點影響指標。層次分析法可以讓繁雜的評估變得更加簡潔、實用，被廣泛應用于鋼架橋梁損傷的測定中。

4 損傷橋梁主體的加固與維護管理策略

4.1 橋梁加固、改造對策

4.1.1 鋼結構加固

鋼橋損傷后可以通過鋼板加貼進行加固，并利用桿件進行焊接、栓接，以此提高橋梁結構剛度。同時，針對無法加固的構建，進行必要的更換，諸如，受腐蝕的下拉所、主纜索股等。鋼橋加固后，需要進行必要調度防腐涂抹[5]，并采用先進的防腐材料和措施。

4.1.2 混凝土結構加固

混凝土加固方法主要包括：粘貼鋼板法，實現對裂縫的封閉，提高構件的承載力；預應力加固法，通過合理布置錨固，通過構件的結構強度和承載力；碳纖維加固法，通過粘貼優越的碳纖維，提高混凝土的構建強度。上述加固方法實施以后，需要對裂縫進行封閉，防止腐蝕性氣體的侵入，諸如，沿海城市的海風。同時，對加固后的混凝土進行表面涂裝，必要時，更換主梁。

4.1.3 圬工結構加固

圬工結構位于受損橋梁的墩位、臺基處，容易出現結構性開裂。圬工結構加固主要通過裂縫封閉，預應力修補，以及碳纖維加固。

4.2 橋梁損傷維護管理對策

管理部門定期對橋梁進行養護，合理利用養護費用，提高橋梁的持久性、耐用性。管理部門進行橋梁維護過程中，主要采取以下對策：（1）定期檢測受損橋梁，利用損傷原理進行安全評定；（2）綜合損傷識別技術，針對薄弱位置，進行重點養護，減少檢測的盲目性，通過橋梁養護效率；（3）依據橋梁損傷情況，采取最優養護策略；（4）依據橋梁損傷評定結果，對通過車輛進行限速、限載、限高，并減少通行車道；（5）定期維護受損橋梁，清理排水管、伸縮縫、支座等位置；（6）針對橋梁鋼筋、構件、拉索、主纜等易損位置，進行定期防腐處理。

5 結語

本文主要通過闡述橋梁損傷機理、安全評定方法，損傷檢測手段，進行橋梁損傷評定問題分析，并采取相應的解決對策。傳統的橋梁損傷檢測手段不能進行輕微損傷檢測，需要綜合多種檢測手段，進行相應的承載力試驗，才能準確測定橋梁損傷程度。橋梁損傷程度檢測，需要進行局部、整體、長期的檢測，準確進行損傷位置定位，提高損傷構件的識別率，采取現代損傷修復技術進行處理。

【1】韓國華.混凝土橋梁裂縫的成因分析及處理方法[J].山西建筑，2009,4（6）:15-21．

【2】紀宏偉，王新平.混凝土裂縫產生的原因分析[J].山西建筑，2007,2 （7）:51-52．

【3】朱廣明.道路橋梁設計中的隱患及解決措施[J].黑龍江科學，2014，5（9）:209-210.

【4】秦學林.淺談道路橋梁設計的重點問題與改善對策[J].建筑工程技術與設計，2014,5（26）:211-211.

【5】齊心，楊海濤.關于道路橋梁設計隱患問題的兒點研究[J].價值工程，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，河北石家莊人，工程師，從事高速公路項目管理研究，（電子信箱）js8834@163.com。