1、概述
隨著我國公路橋梁事業(yè)的發(fā)展，新建高速公路及橋梁越來越多，同時既有的許多橋梁亦逐漸進(jìn)入了養(yǎng)護(hù)維修階段，有關(guān)專家認(rèn)為橋梁使用超過25年則進(jìn)入老化期，據(jù)統(tǒng)計，我國橋梁總數(shù)的40%已經(jīng)屬于此范疇，均屬“老齡”橋梁。而且隨著時間的推移，其數(shù)量還在不斷增長，橋梁管理者對橋梁的養(yǎng)護(hù)已日益重視。為了適應(yīng)公路運(yùn)輸載重量不斷發(fā)展的要求，充分利用現(xiàn)有的公路橋梁，使之能繼續(xù)安全地為公路運(yùn)輸服務(wù)，根據(jù)交通部頒布的《公路橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》和《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》要求，必須對橋梁進(jìn)行鑒定。本文主要針對重慶市主城區(qū)28座橋梁檢測評估中遇到的一些問題進(jìn)行研究。
2、舊橋檢測的內(nèi)容
舊橋結(jié)構(gòu)檢測的目的主要是為了檢驗(yàn)橋梁的工作狀態(tài)，并為橋梁后續(xù)維修加固以及對通行車輛的噸位控制提供依據(jù)，因此橋梁檢測主要包括以下內(nèi)容。
2．1 資料收集
資料收集內(nèi)容包括：設(shè)計資料、施工資料以及有關(guān)的養(yǎng)護(hù)、維修、加固資料。資料收集涉及的細(xì)節(jié)很多，如設(shè)計資料有計算書、設(shè)計圖紙、修改圖紙以及地質(zhì)資料等；施工資料包括各個階段的竣工圖紙、竣工說明書、材料試驗(yàn)資料及施工記錄、竣工驗(yàn)收資料等；其他養(yǎng)護(hù)、維修資料則包括歷史上通過的車型、載重、交通量狀況、維修的資料等。還有一些與之有關(guān)的自然環(huán)境或者自然災(zāi)害（洪水、地震、凍土、泥石流等）的資料如有必要也應(yīng)向有關(guān)部門收集。這些歷史資料都需要在以后的檢測報告中反映，并通過和設(shè)計、竣工資料對比對橋梁的承載能力做出評價。
2．2 橋梁的外觀檢測
主要是對橋梁上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)和橋面系三大組成部分進(jìn)行細(xì)致的檢測。其中特別需要說明的是檢測時必須仔細(xì)地檢查橋梁關(guān)鍵部位的病害，如梁式橋跨中底板的受力裂縫情況，拱式橋拱腳處墩臺不均勻沉降引起的拱圈開裂等。
2．3 橋梁的無損檢測
對橋梁的梁體、墩柱、橋臺等主要構(gòu)件進(jìn)行無損檢測，主要包含以下內(nèi)容：
?。?）檢測混凝土的強(qiáng)度、碳化深度。
?。?）檢測裂縫的寬度和深度。
?。?）探測混凝土保護(hù)層厚度。
?。?）根據(jù)橋梁外觀檢查結(jié)果，必要時對鋼筋的銹蝕情況進(jìn)行檢測。
進(jìn)行橋梁裂縫檢查時，在對裂縫普查的同時，有必要對裂縫產(chǎn)生的原因及裂縫的分布情況進(jìn)行一些必要的分析，同時做好記錄，以便在撰寫報告時對裂縫作出詳細(xì)的分析，并通過分析對橋梁提出加固建議。
2．4 橋梁的動靜載試驗(yàn)
現(xiàn)今對橋梁進(jìn)行承載能力評定有效而最直接的方式便是對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行動靜載試驗(yàn)。通過靜載試驗(yàn)可以檢驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力和彈性工作性能；通過動載試驗(yàn)了解橋梁結(jié)構(gòu)的動力性能。
3、舊橋檢測評估方法及關(guān)鍵問題
3．1 既有橋梁的檢測評估方法
橋梁結(jié)構(gòu)評估以檢測為基礎(chǔ)，而檢測又以實(shí)際量測的數(shù)據(jù)為主，其主要內(nèi)容包括前面的外觀檢測和無損檢測，必要時結(jié)合荷載試驗(yàn)。從力學(xué)的角度分析橋梁實(shí)際的承載能力狀態(tài)，最終達(dá)到對橋梁進(jìn)行檢測評估的目的。由于影響橋梁結(jié)構(gòu)承載的因素較多，因此用精確的方法計算出橋梁結(jié)構(gòu)的承載力比較困難。目前對于橋梁承載力的評估判定，國內(nèi)外尚無統(tǒng)一的方法，總體來說，主要包括以下3種方法 。
3．1．1 調(diào)查比較法
調(diào)查比較法，也稱實(shí)物調(diào)查比較法，即由實(shí)際交通情況來評估橋梁承載力的動態(tài)方法。其具體方法如下。
?。?）對被評估的橋梁進(jìn)行長期的觀測，根據(jù)橋梁所通過的車輛荷載，并測定車輛通過時橋梁各主要部位的撓度（跨中或者產(chǎn)生撓度最大處）、應(yīng)變、應(yīng)力、裂縫開展情況等數(shù)據(jù)。
?。?）對所觀測的這些數(shù)據(jù)（如車輛種類、載重，及其對應(yīng)的撓度、應(yīng)變、應(yīng)力等）進(jìn)行統(tǒng)計分析，從而得出橋梁可以承受多大的荷載（或承受的荷載等級）。
?。?）我國交通部試行的《公路舊橋承載能力鑒定方法》提出的檢算公式如下。對于磚、石混凝土結(jié)構(gòu)：
以上2式的左邊表示考慮荷載安全系數(shù)后的組合荷載效應(yīng)，右邊表示考慮了材料安全系數(shù)后的結(jié)構(gòu)抗力效應(yīng)。Z 為舊橋檢算系數(shù)，根據(jù)橋型和橋梁實(shí)際狀況的好壞，由鑒定人員根據(jù)橋梁外觀的觀測選定。
3．1．2 分析計算法
首先對被檢定的橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，然后將檢查所得的有關(guān)資料和結(jié)果，運(yùn)用橋梁結(jié)構(gòu)計算理論及有關(guān)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)進(jìn)行分析計算，從而評估橋梁的安全承載力。分析計算法一般又分為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)折算和理論計算2種方法。
（1）檢驗(yàn)系數(shù)折算法。是以橋梁原有設(shè)計荷載等級為基礎(chǔ)，同時考慮橋梁損壞程度、材料老化程度、橋面行駛條件、實(shí)際交通情況、橋梁建造適用期限等因素，折算求出橋梁安全承載力的方法。一般情況下，橋梁安全承載力可由下式求得：
式中，P為被檢定橋梁的安全承載力；P。為被檢定橋梁的基本承載力，即原設(shè)計承載力；K 為殘存承載力系數(shù)，根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)損壞程度、材料老化程度而定的系數(shù)；K。為橋面行駛條件好壞的系數(shù)；K。為反映實(shí)際交通情況的系數(shù)；K 為橋梁建造使用年限的系數(shù)。
?。?）理論計算。是當(dāng)原橋荷載等級不清楚，或上述的各種系數(shù)較難確定時，應(yīng)用結(jié)構(gòu)計算理論，估算出橋梁結(jié)構(gòu)可能承受的最大外力（如彎矩），再與實(shí)際檢定荷載相比較，從而判定出橋梁安全承載力的方法。
3．1．3 荷載試驗(yàn)法
目前評定橋梁承載力最直接、最常用的方法是進(jìn)行靜載試驗(yàn)。通過對橋梁結(jié)構(gòu)施加與設(shè)計荷載或適用荷載基本相當(dāng)?shù)耐夂奢d，利用檢測儀器測試橋梁結(jié)構(gòu)在控制部位的應(yīng)變、位移和裂縫開展情況，橫向分布系數(shù)等，并與理論值進(jìn)行比較，通過校驗(yàn)系數(shù)（n一實(shí)測值／理論值）、變形、裂縫開展情況及殘余應(yīng)變率等各種指標(biāo)，綜合判斷該橋是否滿足設(shè)計及使用要求，從而類推出承載力。
3．2 舊橋檢測評估中存在的關(guān)鍵問題
上述3種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，針對其在舊橋檢測中的一些局限性，本文對一些關(guān)鍵問題進(jìn)行探討。
3．2．1 恒載作用下的應(yīng)力狀態(tài)和預(yù)應(yīng)力度的量測
對于混凝土橋梁結(jié)構(gòu)本身的設(shè)計荷載來說，其恒載所占比例約為70%，因此評價舊橋結(jié)構(gòu)的承載能力，不僅要看活載的影響，同時也不能忽視恒載的影響。舊橋由于在外界自然因素和車輛荷載的影響下發(fā)生破損、露筋、裂縫等病害，其自身承受的恒載也會發(fā)生相應(yīng)的變化，因此對于如何明確舊橋結(jié)構(gòu)在恒載作用下的應(yīng)力狀態(tài)是橋梁承載能力分析中的重要問題，而對于預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁來說，如何確切知道預(yù)應(yīng)力的損失程度也是檢測評估中的關(guān)鍵問題。就目前來說，對恒載作用下應(yīng)力狀態(tài)的測定，常用的方法主要是應(yīng)力釋放法。應(yīng)力釋放的原理主要是先測得局部鋼筋或混凝土在恒載作用下（無車載）的初始應(yīng)力，然后將該部位鋼筋或混凝土與周圍結(jié)構(gòu)斷開，放置足夠長的時間使其充分恢復(fù)到自由狀態(tài)，再量測其應(yīng)力作為最終應(yīng)力，兩者之差即為恒載作用下的應(yīng)力。將實(shí)測值與設(shè)計值進(jìn)行對比分析，從而可以知道預(yù)應(yīng)力的損失情況。
3．2．2 鋼筋銹蝕與橋梁結(jié)構(gòu)承載力的關(guān)系
鋼筋銹蝕對于橋梁結(jié)構(gòu)承載力來說影響很大，加速了橋梁的損壞，因此橋梁需要進(jìn)行鋼筋銹蝕的檢測。目前測試銹蝕主要是電位法和電阻率法，但都只是針對銹蝕的概率，無法對銹蝕速率和銹蝕程度進(jìn)行量化，因此還需要進(jìn)一步提高測試技術(shù)，以期能夠測得鋼筋銹蝕的量化指標(biāo)。
3．2．3 裂縫開展與橋梁結(jié)構(gòu)承載力的關(guān)系
裂縫是橋梁病害中最嚴(yán)重、最致命的病害，如果為結(jié)構(gòu)裂縫，則在車輛荷載，特別是超重車輛的長期作用下裂縫會進(jìn)一步擴(kuò)展，最終導(dǎo)致橋梁的損壞；如果為非結(jié)構(gòu)裂縫，由于大量的雨水會從裂縫中浸人橋梁體內(nèi)，致使鋼筋銹蝕，導(dǎo)致橋梁的承載能力嚴(yán)重下降。因此如何對存在裂縫的橋梁進(jìn)行評估是當(dāng)前需要解決的一個難題。對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)來說，通常都是帶裂縫工作，但是裂縫的存在對于橋梁結(jié)構(gòu)承載能力評估到底有何影響難以確定；對于部分預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁來說，允許橋梁存在不超過限值的裂縫工作，如何對橋梁承載能力評定也是一個難題。就目前而言，研究只是停留在裂縫與承載能力的統(tǒng)計關(guān)系，建立模型經(jīng)驗(yàn)公式上。
3．2．4 確定損傷結(jié)構(gòu)的計算模型
結(jié)構(gòu)損傷之后，出現(xiàn)了大量的裂縫，因此結(jié)構(gòu)的應(yīng)力路徑發(fā)生了變化，不再是保持平截面形式。如果按照平面桿系理論計算將產(chǎn)生巨大的誤差，因此有必要對帶裂縫的橋梁結(jié)構(gòu)采用空間實(shí)體單元對裂縫和橋梁結(jié)構(gòu)本身進(jìn)行模擬，盡可能保證計算模型與實(shí)際橋梁結(jié)構(gòu)相符合。
4、檢測評估中亟待解決的問題
現(xiàn)在工程師們對于舊橋的檢測評估及加固多半是在半理論、半經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，雖然取得了一定的研究成果，但是在一些關(guān)鍵問題上，仍亟待解決。
4．1 舊橋結(jié)構(gòu)損傷識別
橋梁結(jié)構(gòu)的損傷會引起結(jié)構(gòu)的剛度下降，承載能力降低，如何對損傷部位和損傷程度進(jìn)行識別是當(dāng)前損傷識別的重要問題。當(dāng)前對于損傷識別的方法有頻率法、曲率模態(tài)法、柔度法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法以及小波分析方法等。但是對于這些方法現(xiàn)今并未能很好地排除噪音的影響，致使測試的數(shù)據(jù)不能精確確定局部損傷較小的部位，因此橋梁結(jié)構(gòu)損傷識別的進(jìn)一步發(fā)展是檢測評估的關(guān)鍵。
4．2 剩余壽命的評定
在對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行剩余壽命評定時，需要建立橋梁結(jié)構(gòu)的真實(shí)情況精確模擬，并考慮結(jié)構(gòu)的各種損傷，在此基礎(chǔ)上建立結(jié)構(gòu)損傷模型，并對各種非線性因素精確模擬，在此基礎(chǔ)上利用模態(tài)分析進(jìn)一步更新結(jié)構(gòu)的計算模型，分析橋梁結(jié)構(gòu)的最終剩余壽命。
4．3 高精度檢測儀器的開發(fā)
目前，檢測評估面臨的主要問題是測量儀器的精度不足，使得一些好的識別理論和方法不能應(yīng)用，因此有必要開發(fā)一些適于橋梁結(jié)構(gòu)檢測的專用儀器。
4．4 建立橋梁檢測評估系統(tǒng)
就目前來說，檢測評估是橋梁運(yùn)營一段時間后對橋梁進(jìn)行一次綜合的“體檢”，只是為后續(xù)橋梁維修加固提供依據(jù)，并沒有形成實(shí)時跟蹤系統(tǒng)，及時作出分析和評估，因此有待為舊橋和新橋建立健康監(jiān)測系統(tǒng)，以便能夠及時發(fā)現(xiàn)問題，并及時解決。
5、結(jié)論
通過對舊橋，特別是一些鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁檢測評估中的一些問題進(jìn)行了探討，分析了當(dāng)前在橋梁檢測評估中出現(xiàn)的一些關(guān)鍵問題并提出了相應(yīng)的措施。同時對橋梁檢測評估后期中亟待解決的問題作出了分析和展望，得出以下結(jié)論。
（1）目前舊橋檢測評估還處于半經(jīng)驗(yàn)、半理論狀態(tài)，舊橋檢測評估結(jié)果太過粗略，并未形成細(xì)致的分析結(jié)果。
?。?）檢測的手段受外界影響較大，測試數(shù)據(jù)還不能完全排除干擾。
（3）舊橋檢測中關(guān)于損傷識別和剩余壽命理論方面研究較多，但是在實(shí)行過程中并未達(dá)到理想化，還有待進(jìn)一步解決。
?。?）為橋梁建立健康監(jiān)測系統(tǒng)是未來橋梁實(shí)時檢測評估必備的環(huán)節(jié)，還需要在未來得到進(jìn)一步發(fā)展。
