公路桥梁技术状况评定体系及其应用

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1、公路桥梁技术状况评定体系及其应用石家庄铁道学院学报，06-12 发布时间：2008-12-16 作者：马军海12 ,陈艾荣12,张文学2摘要：桥梁结构的损伤、功能不足和易损性都可以表示为技术状况，并以技术状况等 级来描述。桥梁技术状况是处理的依据，通过把技术状况映射到处理，可行处理的编号就决 定了技术状况的编号。本文针对桥梁结构养护需要采取的处理措施，确定了对应于损伤、功 能不足和易损性等的公路桥梁技术状况的体系及相应的评价指标，并通过对两种养护维修策 略的分析阐述了其应用。随着结构的老化和损伤积累，在一些桥梁上已经观测到很高的结构退化速度和由于交通 量或轴载的增大而发生的功能损失，桥梁不满足

2、规定功能要求的问题已越来越普遍。英国 1990年对200座混凝土公路桥的抽样调查结果显示，大约30 的桥梁的运营条件不良。 美国近年调查发现，在约60 万座的桥梁中，有20万座被确定为不符合要求， 12.5 万座 被认为具有结构缺陷，每年需更换5 000-8 000座。据统计，我国现有桥梁共278 809 座，截至2000年底共查出的危桥达9 597座。因此，必须对既有桥梁进行检测评估确定 其技术状况，以便在其破坏前及时采取措施确保桥梁的安全使用。作为恶劣状况描述之一的 损伤是一种使得桥梁要进行维修或更换的因素，还有其它一些如功能不足和易损性等会导致 失效的因素。每一个因素（损伤、功能不足和易

3、损性）都可以表示为技术状况，并以技术状况 等级来描述。桥梁技术状况是处理的依据，对于每个处理，损伤、功能不足或易损性就决定 了技术状况的定义。可行处理的编号决定了技术状况的编号。通过检测评估可以鉴定技术状 况定义中规定的状况，从处理开始，可以得到一个定义技术状况、选择检测、养护方法的体 系。本文将针对桥梁结构养护需要采取的处理措施，确定对应于损伤、功能不足和易损性等 的公路桥梁技术状况的体系及相应的评价指标。1 技术状况的定义基于检测的技术状况等级指标通常用于测定桥梁的剩余承载能力。现行的桥梁管理常通 过与退化有关的离散技术状况来表述桥梁构件，技术状况等级水平低的结构要优先进行养护 处理。美国

4、采用的技术状况体系包括联邦桥梁现状调查中90的技术状况，丹麦采用0 5 的桥梁技术状况等级描述了被检查桥梁构件的状况 。我国的公路养护技术规范采用 05 的技术状况，分别表示完好、良好、较好、较差、坏和危险等的技术状况，较差的技 术状况等级意味着较严重和较大程度的损伤。在技术状况中，分别描述作为构件质量的损伤 程度（损伤面积、损伤长度等）。2 桥梁技术状况的检查要把握桥梁的退化并对桥梁的技术状况做可靠的评定，必须对桥梁的状况进行检查，其 方法通常有表面检查、全面检查和重点检查三种，对于有特殊问题或特别再要的部件还可采 用更进一步的特殊检查， 还有桥梁竣工时候的竣工检查，洪水、地震后的榆查等。目

5、的是 采用规范的方法尽可能把握桥梁在当前的技术状况，并对桥梁技术状况发展趋势做出预 测。3 技术状况体系目前桥梁管理一般采用技术状况等级、公布的技术状况来确定维修和更换方案的需要， 并通过技术状况等级随时间变化的趋势来预测未来维修的需要。损伤H是进行处理的一个原因。旧桥可能会因宽度不够，净空不够或承载力不足而需要处理，这是由于没计标准、交 通量或公路等级的变化导致的。桥梁的一些细部、伸缩缝、支座等易于在地震中突然失效， 由于超载而失效、损伤。这些由于损伤、功能不足或易损性等产生的缺陷需要进行处理。桥梁管理者必须识别所有类型的缺陷，并采取相庸的处理方窠，同时电必须考虑采取措 施增加桥梁以适应日益

6、增长的交通量和荷载。目前，在确定处理方案时，各种需要的组合和 多种标准的识别在各种方案中通过优先级函数来实现。各种缺陷可以表述成比较性的技术状 况，功能、易损性和损伤的技术状况的定义和使用，使得桥梁管理部门对缺陷的对策非常明 确。31 功能技术状况功能要求主要包括交通荷载和交通量的通行能力、桥面宽度和净空的几何要求，以及绕 道长度和重要性等对桥梁更换有影响的方面。一座状况完好的桥，如果桥梁功能适应件评价 不合格，则管理部门的决策只能是加宽或重建。仿照优先级的方法，一组基本的技术状况把 桥梁分为足够或不足，如表1 所示。表寸功能技术狀况评定由磔评定乂别足够不足祈鹵宽度，净空引捋和胃稱足标准低于标

7、准承载能力加粗过趨过ABT.ADTT觀融行能力AM A通行能力绕道长厦氏重矍件亜翌交通量或容许荷载的增长以及几何设计标准的改变会要求在未来有更高的功能。桥梁管 理部门必须认识到，那些今天功能足够的桥梁在功能要求增长后就可能需要进行处理。对于 那些有富余承载力的桥梁，即能够满足更新的设计标准且能通行比目前使用时更大的交通量 变，还要另外定义一种技术状况。对这种较高状况的承载力富余水平进行量，例如，桥梁管 理部门认为那些满足车道宽度和净空增大10 、设计荷载增大 20以及年平均日交通量 AD T 增大 50的桥梁满足增长需要。表2扩展的功能枝术狀迓评圭内容桥面宽度陳空 承載勃ADT.陳余便用卅命抨

8、是类别充加W 不足圍过标肛詁4鬲辰瀝衽标准加载能力20%汽JD袒有趙岀超过通行能力35啜Ai)TADT =逋仃能力AI)T通行能力丸达极隈缢少刚汕屋期汁划至少闪a讣刚丞平冬闪表2中还包括了剩余使用寿命对应的技术状况，其中计划间段为10 a。现在需要处理和 在下一个10 a需要处理的桥梁是不足的，现在拟定的10a计划中必须包括这些桥梁。仍 在使用的、能满足至少10 a所有(可能的)功能要求的桥梁是足够的，可以不包括在现在的 计划中。能够提供很长使用功能要求的桥梁可以不列入多年计划中，它们比足够的桥梁有更 好的技术状况。32 易损性技术状况如果桥梁在规定的极端荷载、超载或多次应力循环作用下可能失效

9、，那么桥梁就是易损 的。桥梁管理部门主要关心用于评估的事件严重程度或暴露程度，如表3 所示 对于桥梁没计寿命为 50a 的情况，可能在较短的时间内失效的就是易损的。对于极端荷载，易损性通 过足以失效的严重事件的重现期来确定。对于重复性荷载，易损性可以用累积损伤所导致的 使用寿命的极限来确定。桥梁应当有对于极端荷载或重复性荷载的很好的强健性，这也被视 为一种技术状况。S3揚损性技术状况评定内容评是类别辛常强健强蚀易飙地農超裁 疲劳.斷裂股限看现期=50C H 使用商命无隈制重现期=50 a使用寿命有（U輩现崩 50 a 使闭寿命50 a33 损伤技术状况技术状况可以用作结构损伤的指标，桥梁可以分

10、为损伤的、未损伤的或抗损伤能力较强 的。通常，通过对桥梁构件使用涂层、表面保护层、膜或除锈等防护方法可实现较强的抗损 伤能力。损伤对应的技术状况如表4 所示。保护的技术状况对应于功能充足和易损性非常 强健的技术状况。对于需要养护的桥梁构件，还要增加一个技术状况侵蚀。通过施加或 更新防护措施可以停止或减缓损伤。不同于功能和易损性，养护处理对损伤是没有用的。爰4损伤对应的技术状况评定内客惺护混讎土钢筋 轻预应力嗣筋钢筋 魔蚀涂匿，表廊保护层环氧、电扱防护刷漆冉做涂层评追类别B N 1侵蚀损怖19Sj超丽活性礁蚀戳面损失露筋*腐烛破损黴面，预应力损失话性腐蚀栽面损矢活性腐蚀am失34 技术状况等级的

11、评定技术状况等级评定是一个恰当的量化评定方法，对于每座检查过的桥梁，主要采用目测 检查得到的数据以及一些基本测试得到的结果，经过计算得到它们的状况等级。341 技术状况评定方法技术状况评定一般采用以下两种方法：简单的评分，也就是根据所采用的病害分类 及评价准则或其他，来对受检结构构件，以及对整个结构进行评分。对一系列在常规检查 中暴露出来的病害类型，选择出必要的病害类型进行定量分析，依次对构件、构件组、整体 结构进行评估分级。342 技术状况等级评定指标在功能技术状况评定时，引入桥梁功能评定指数FEI。由于FEI的评价结果直接决定是 否改建或重建，因此FEI的评价结果分为合格(60SD, 10

12、0)和不合格(OSD, 60) 两种。影响FEI评价结果的因素主要是基本交通功能和承载力的保障，在进行交通需求调 查分析和承载力确定后，确实不满足基本交通要求和承载力情况下才会考虑进行改建或重 建。根据桥梁结构在规定的极端荷载、超载或多次应力循环作用下可能的损失率，引入桥梁 易损性评价指数VEI，满足0 VEI100。在桥梁损伤等级评定时，引入桥梁外观(损伤) 评价指数AEI，满足0AEI 100。同时参考公路养护技术规范中桥梁技术状况评定等级的有关规定，将桥梁技术状况划分为四类，分别对应于完全良好状态(状况 0 和 1)、较 好状态（状况 2）、较差状态（状况3）、坏的状态（状况 4） 和危

13、险状态（状况 5） ，相应的桥梁功能、易损性和损伤等级的评定指标如表5 所示。5桥梁技术状况等報评定桥粱评定等级一类矫梁类桥常二类桥槃四类桥架历竈评裕累数易损性评价捋数畋 外观（损协）评价捋数月因0査Dy苍40 摞W仏100祝医)F主ino40査坏6060 I), N86uw Dy S060 1). 400巧怎60 80 f), 100 0埜比404 技术状况等级的应用确定技术状况等级对于实施桥梁养护、维修和更换的自动决策是很重要的。桥梁管理者 可以采用技术状况等级来确定现在要维修的或是在一个计划时间段内预期要维修的桥梁。技 术状况及其等级的定义，决定了描述的内容和什么样的决策可以得到支持。技

14、术状况等级可 以为处理方案的决策提供支持，处理方案的种类和数量由桥梁管理部门的策略决定，不同的 策略将会形成不同的技术状况体系。下面将通过对两种策略的例子来分析技术状况的应用。41 策略 1养护、维修、更换桥梁管理部门可以采用诸如除锈、刷漆、加新涂层、阴极保护等的养护处理来阻止或减 缓桥梁构件的损伤。包括对桥梁进行检查，以检测由化学物质引起的污染和损伤过程如腐蚀。 通过半电池电位法可以确定腐蚀作用，还可以采样化验混凝土材料的污染。根据这种策略， 有三种相应的技术状况，如表6 所示。裘尙策踣丨柚理和技术状况i技术状况.处理.状况J继绽使用状况2.券护 状况二雒儆更换够健露足强驕这种策略会增加养护

15、处理和检测的费用，由于桥梁使用寿命的延长而节约的成本必须能 够抵消这些费用。养护可以提高受退化影响桥梁的使用寿命，但对于功能不足或结构易损性 问题，养护将不能影响桥梁的使用寿命。显然，如果很多桥梁是功能不足或易损的，桥梁管 理部门应尽量减少养护处理以减少不必要的费用。42 策略 2计划，养护，维修，更换这里所说的计划是指在将来预期桥梁需要进行处理，从而预先安排好处理程序，尽管现在不需要处理。其技术状况和处理如表7 所示。表7策略2处理和按术状溟评址内穽技术状况.社理狀况L怎处理 usnat划状况3保孕菽沐4 .维修便换健圧强护充常保E-BJm够健靂足强暴一足攔怙加易损计划要求对于功能的计划必须预测设计标准或交通量的变化。其中，交通量的增长可以从以前的历史记录推知，而设计标准的变化多半无法知道。因此，需要另加一种对应于可能 的或猜测的标准变化的处理以揭示计划对标准变化的敏感性。对处于状况