不同规范桥梁技术状况评估方法比较与分析

２０１４年１１月第１１期　城市道桥与防洪　桥梁结构６９　不同规范桥梁技术状况评估方法比较与分析　赵晓燕　（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市２０ＨＤｏ９２）　摘　要：随着桥梁建设的不断发展，桥梁结构的状态评估备受关注。桥梁结构技术状况评估是桥梁结构状态评估的重要组成部　分，目前国内外对桥梁结构技术状况评估均给出相应的实行方法，我国的桥梁技术状况评估工作主要是在《公路桥涵养护规　范》、《城市桥梁养护技术规范》以及《公路桥梁技术状况评定标准》的指导下进行，在对上述规范评价方法分析研究的基础上，结　合实桥算例给出桥梁结构技术状态评估的真对性意见和建议，可供桥梁结构检测及养护工作者参考。　关键词：桥梁；技术状况；评估　中图分类号：Ｕ４４　文献标识码：Ａ　文章编号：１０Ｗ一７７１６（２０１４）１１－００６９—０３　０引言　Ｈ２１—２０１　１），每本规范均给出一定的桥梁结构状态　检测评估方法，但每种方法各有不同。　桥梁结构是城市发展所依托的生命线工程和　１．１《公路桥涵养护规范）ｔ４１【ＪＴＧ　Ｈ５　ｑ－２００４）评估　咽喉要道，桥梁结构的运营状况与社会生产及人　方法　民生活息息相关。随着国民经济水平不断增长，交　在该规范中推荐公路桥梁技术状况综合评定　通逐渐发达，桥梁建造数量不断增多，与之而来的　可采用三种方法，第一种是采用考虑桥梁各部件权　桥梁结构状态参数获取、状态评价、养护及加固维　重的量化综合评定方法，第二种是按重要部件最差　修方法的研究备受关注。桥梁结构的状态评估是　的缺损状况评定，第三种是对照桥梁技术状况评定　桥梁结构运营状态管理中的重要环节，评估结果　标准表进行评定的方法。在该规范中建议采用考　的恰当与否直接关系到后续养护及维修加固方法　虑桥梁各部件权重的评定计算方法，但是由于各地　的选取和确定。桥梁结构的状态评估主要包括技　区环境条件及养护要求的差异，规范指出亦可以采　术状态评估以及承载能力状态评估，其中前者主　用专家评估法修订各部件的权重。　要是通过对桥梁结构的常规检测，通过恰当的评　在量化的桥梁各部件技术状况的评定方法中，　估方法以及评判标准得出结构的当前状态，后者　根据缺损程度及标度（大小、多少或轻重）、缺损对　主要是根据结构检测结果通过检算以及荷载试验　结构使用功能的影响程度（无、小、大）、缺损发展　获取结构当前承载能力状态。目前，桥梁结构技术　变化状况（趋向稳定、发展缓慢、发展较快）三个方　状态评估的方法有多种形式，如基于规范的评估　面，以累加评分的方法对各部件缺损状况作出等级　方法、专家系统法ｆ¨、灰色关联度评价法『２１、基于模　评定。结构评定计算得分结果划分为四个区间，即　糊评价的方法［　１等，由于基于规范给出的评估方法　［８８，１００］、［６０，８８）、［４Ｏ，６０）、［０，４０）分别对应等级一　应用简便，多被检测单位采用，本文针对相关规　类、二类、三类、四和五类。　范，分别结合工程实例进行对比分析，为桥梁检测　１．２《城市桥梁养护技术规范》【５】（ＣＪＪ　９９．２００３）评　工作给出指导意见。　估方法　１不同规范中桥梁结构评估方法比较　在该规范中给出城市桥梁技术状况评估方法　可采用先分部位再综合的办法评估。针对－－Ｎ五　在我国，针对桥梁结构养护检测工作，主要有　类养护的城市桥梁的完好程度，采用桥梁状况指数　三本规范可以参考，即《公路桥涵养护规范｝（ＪＴＧ　ＢＣＩ确定桥梁技术状况的评估指标。基于分层加权　Ｈ１１－２００４）、《城市桥梁养护技术规范》（ＣＪＪ　法，分别对上部结构、下部结构和桥面系进行评　９９—２００３）和《公路桥梁技术状况评定标准》（ＪＴＧ厂Ｉ’　估，然后得出全桥的技术状况评估结果。规范中将　收稿日期：２０１４—０７—２９　结构技术状况划分为Ａ、Ｂ、ｃ、Ｄ、Ｅ　５级，每级对应　基金项目：上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司　分值区间为［９０，１００］，［８０，９０），［６６，８０），［５０，６６），　课题“城市轨道交通桥梁病害评定及状态评估方法研　究”，编号：２０１１－２３。　［０，５０），并且给出了直接将桥梁评定为不合格桥和　作者简介：赵晓燕（１９８０一），女，山东德州人，高级工程师，　Ｄ级桥的１４条标准。　从事工程结构健康监测领域研究工作。　７０桥梁结构　城市道桥与防洪　２０１４年１１月第ｌ１期　１．３　《公路桥梁技术状况评定标准》（ＪＴＧ，Ｔ　Ｈ２１．２０１　１）ｆ６】评估方法　该规范提出采用分层综合评定的方法对各等　级公路桥梁进行评价，并详细给出了各单项控制　指标的量化标准。同时，该规范还详细给出了对不　同桥型结构各部件的评价标准和推荐权值以及上　部结构、下部结构和桥面系的权重。评定时，首先　根据规范给出的各检测指标的技术状况评定表对　指标进行评定，确定各构件病害指标的等级。然后　根据各构件指标等级相应的扣分值，计算构件、部　件、上部结构（下部结构、桥面系）的技术状况，最　后根据上部结构、下部结构、桥面系的技术状况计　算全桥技术状况。该规范给出的技术状况得分等　级划分标准为一类［９５，１００］，二类［８０，９５），三类　［６０，８０），四类［４０，６０），五类［０，４０）。规范特别指出当　上部结构和下部结构技术状况等级为三类，桥面　系技术状况等级为４类，且桥梁总体技术状况评　分为４０≤Ｄｒ＜６０时，桥梁总体技术状况等级评定　为三类。当实际中桥梁包含两种或多种不同结构　形式时，可根据结构形式的分布情况采用划分评　定单元的方式，逐一对各评定单元进行桥梁技术　状况进行评定，并以评定结果最差的一个单元结　果作为全桥的评定结果。该规范中亦给出直接评　判为五类桥梁的技术状况单项控制指标。　２评估算例　２．１某桥工程概况　某桥为一座三跨预应力钢筋混凝土简支梁　桥，跨径组合为１３．０　ｍ＋２０．０　ｍ＋１３．０　ｍ＝４６．０　ｍ。该　桥上部结构每跨由４２片空心板梁组成，梁宽１．０　ｍ，　下部结构采用重力式桥台，桩柱式桥墩，墩身为１２　根圆形立柱。桥面总宽为４２　ｍ，其中车行道为２５　ｍ。　南侧和北侧均布置有管线。桥梁两端设置型钢伸　缩缝，桥面铺装为沥青混凝土，两侧为普通栏杆。　根据该桥现状和相关工作需求，现场主要针对结　构的外观尺寸、每跨结构病害、桥面相对标高测　量、板梁混凝土强度和碳化深度以及桥梁支座等　开展检测工作。　２．２检测结果　根据现场检测结果，该桥桥面连续位置都出　现了横桥向的裂缝，目测估计了裂缝的最长约为　１１　ｍ。该桥的两条型钢伸缩缝内都填满了杂物，影　响其自由变形，特别在高温条件下，伸缩缝变形会　受到限制。栏杆基座在桥台处有开裂现象。边跨板　梁存在大量裂缝，部分裂缝最大裂缝宽度已经超　过规范允许的０．２　ｍｍ，从外观上看，有的裂缝已经　贯通了空心板梁的底板，板梁内的水沿着裂缝外　渗，经统计可见存在开裂的板梁有４６片。部分铰　缝下部有明显渗水痕迹，下部结构盖梁上有比较　明显的渗水痕迹。东侧和西侧桥台均存在护坡损　坏现象。该桥未发现支座缺失、倾斜和脱空现象，　但是支座上垫钢板锈蚀严重。　２．３实桥结构状态评估　首先，根据检测结果依据《公路桥涵养护规　范》对该桥进行评价，分别对该桥的部件缺损程度　和缺损对使用功能的影响进行评判，然后对缺损　发展状况进行修正，计算各部件的评定结果，根据　规范给出的各部件的推荐权重，计算该桥的总体　得分。根据该桥的检测结果，分别对护坡、桥台、桥　墩、地基、支座、上部主要承重构件、桥面铺装、桥　头与路堤连接部、伸缩缝、人行道、栏杆、排水设施　进行缺损程度评价分别为１、０、０、０、１、２、ｌ、０、１、　０、１、１，缺损对各部件使用功能的影响分别为ｌ、０、　０、０、１、２、１、０、２、０、１、１，从而该桥的最终得分　Ｄｒ＝１００一（１　Ｘ　０＋１×１＋２３　Ｘ　０＋２４　Ｘ　０＋８×０＋３　Ｘ　２＋２０×４＋５×０＋１×２＋３×０＋３×０＋３×３＋１×０＋１×　２＋１×０＋１×２＋３×０＋１×０）÷５＝７９．６，为二类桥。但　是该桥板梁存在大量裂缝，而且部分裂缝宽度已　经超限，但是发展缓慢，尚能维持正常使用功能，　按照重要部件最差的缺损状况进行评定，该桥属　于三类桥。　若对实例所给桥梁采用《城市桥梁养护技术　规范》（ＣＪＪ　９９—２００３）进行评价，对于上部结构，根　据规范所给评价公式，首先对上部结构主梁进行　病害评价，得出各病害的扣分值，各构件的扣分值　分别为４８．７，４４．８，３５，１０，１Ｏ，１０，ＢＣＩｋ＝［（１００—４８．７）　×０．６＋（１００—４４．８）×０．６＋（１００—３５）×０．６＋（１００—１０）　×０．４＋（１００—１０）×０．４＋（１００—１０）×０．４】÷３＝７０．３。　对于下部结构按照如下公式，按照上部结构评价　流程，计算下部结构得分，ＢＣＩｘ＝｛［（１００—５）×０．１＋　（１００—０）×Ｏ．３＋（１００—０）×０．３＋（１００—０）×０．１］＋　【（１００—０）×０．１＋（１００—０）×Ｏ．３＋（１００—０）×０．１＋　（１００—０）×０．３】＋［（１００—０）×Ｏ．１＋（１００—０）×０．３＋　（１００—０）×０．３＋（１００—０）×０．１】ｌ÷（３＋１）＝５９．８８。计　算桥面系得分ＢＣＩｍ＝（１００—１５）×０．３＋（１００—１５）×　０．１５＋（１００—２２．５）×２５＋（１００—１５）×０．１＋（１００—１０）　×０．１＋（１００—１５）×０．１＝８３．６３。该桥的综合得分为　ＢＣＩ＝ＢＣＩ　。ｔｔ）ｍ＋ＢＣＩ　。∞。＋ＢＣＩ　・∞　＝７０．３０×０Ａ＋６２．２５×　０．４５＋８３．６３×０．１５＝６８．６８根据该规范桥梁完好状况　评估标准，该桥评分位于ｃ档［６６，８０），因此该桥完　好状况评为Ｃ级。　若针对检测结果，对该桥采用《公路桥梁技术　２０１４年１１月第１１期　城市道桥与防洪　表１部件评分　桥梁结构７１　状况评定标准》进行评价，首先，对该桥的部件、构　件及相应病害进行梳理，然后，按照规范给出检测　指标的评价标准对检测指标进行评级，对照规范　给出的等级及相应的扣分值，计算各检测指标的　扣分值，进而对各构件检测指标扣分值按由大到　小的顺序进行排序，然后对桥梁构件的技术状况　评分。之后，根据各构件的得分及相应权重，计算　相应部件的得分，根据各部件的得分和权重，分别　计算上部结构、下部结构和桥面系的得分，根据上　部结构、下部结构和桥面系的权重，计算桥梁结构　整体的技术状况得分。对该计算实例，上部结构的　部件包括１２６块板梁和ｌ１７条绞缝，由于上部结　构有５片板梁构件得分小于６０分，因此，取５３．５１　作为板梁部件的得分；对上部结构绞缝，按规范所　给公式ＰＣＣＩｉ＝ＰｂｌＣＩ一（１００一ＰＭＣＩ．￣），取ｔ＝２．５，计算　绞缝部件得分为９０．６３。按同样方法计算下部结构　和桥面系部件得分，见表１。根据规范给出的结构　各部位的权重，计算结构总评分为６４．３６×　０．４＋９６．５２×０．４＋５９．４８×０．２＝７６．２５，对照评价标准，　该桥属于三类桥。　３结论　通过采用《公路桥梁技术状况评定标准》、《公　路桥涵养护规范》和《城市桥梁养护技术规范》各　自的桥梁结构技术状况评估方法对同一座实桥进　行评价的结果可知，三种方法的评价得分略有差　异，采用《公路桥梁技术状况评定标准》时，该桥评　分为７６．４７，为三类桥，采用《城市桥梁养护技术规　范》时，该桥评分为７９．６，为二类，但是按照按重要　部件最差的缺损状况进行评定，该桥属于三类桥，　采用《城市桥梁养护技术规范》时，该桥评分为　６８．６８，为三类桥。比较三种方法可知，《公路桥梁技　术状况评定标准》中结构评价分为五层，即病害　层、构件层、部件层、子结构层以及整体结构，《公　路桥涵养护规范》中结构评价分为三层，即病害　层、部件层以及整体结构，《城市桥梁养护技术规　范》中结构评价分为五层，即病害层、构件层、部件　层、子结构层以及整体结构。三种方法在实际应用　过程中，《公路桥涵养护规范》最为简洁，但是对拱　桥和斜拉桥等特殊桥型的评价不明确，《公路桥梁　技术状况评定标准》和《城市桥梁养护技术规范》　中的计算较为复杂，而且前者明确给出了不同桥　型不同病害的评价指标和评价等级以及不同桥型　的不同构件的计算权重，真对性和实用性较强。　《城市桥梁养护技术规范》中未明确给出关于拱桥　及斜拉桥结构病害的评价，较适合于城市梁式桥　的评价，见表２。　三种方法的基础均是层次分析法，而且每层　次的权值为定值，其中《公路桥梁技术状况评定标　准》中明确给出公路梁式桥、刚架桥、拱式桥、钢一　混凝土组合拱桥、悬索桥和斜拉桥６种桥型各自　的构件评价权重，并对上部结构、下部结构和桥面　系规定了统一的权值。《公路桥涵养护规范》明确　给出了梁式桥及刚架桥等桥型的构件评价权重，　并给出了相应的定性与定量相结合的病害评定标　准。《城市桥梁养护技术规范》明确给出了梁桥、悬　臂＋挂梁、桁架桥、拱桥以及刚构桥的构件评价权　表２三本规范中评价方法的比较　（下转第７６页）　７６　桥梁结构　城市道桥与防洪　２０１４年１１月第１１期　台基础上设置钢结构框架柱。纵向限位可通过在　均未有先例，比较而言，顶升风险略高。从施工工　钢结构框架柱与箱梁腹板侧设置的限位钢挡块实　期角度，两种方案总工期基本相当。从工程造价角　现，并可考虑随着顶升高度变化进行跟踪限位。横　度，由于老桥顶升施工单项工程费用相对较高，因　向限位可通过侧向钢桁架支撑系统实现。对于新　此，顶升保留方案总造价略高。从老桥保留意义角　建主桥侧，钢桁架支撑系统可与主桥主墩立柱连　度，泖港大桥是国内第一座现代斜拉桥，斜拉索体　接，对于老桥南侧，则需新建具有足够刚度和承载　系采用国内首次研制成功的冷铸镦头锚具（平行　力的桩基承台来抵抗横向推力。　式），桥面结构安装施工首次采用挂篮悬臂拼装加　５．３．５顶升施工风险控制措施　现场湿接头施工工艺，并首次将“卡尔曼滤波法”　在方案研究中，对顶升过程中可能存在的风　技术应用在国内斜拉桥的施工控制过程中，使斜　险进行了详细分析，包括纵桥向倾覆、横桥向倾　拉桥内力和线形处于理想状态，代表着当时国内　覆、位移误差控制、液压系统失压故障、电脑控制　该类型桥梁建设技术的先进水平，为以后更大跨　系统故障等，并分别提出了专项对策，制定了完善　度的桥梁建设积累了宝贵的桥梁设计理念和实施　的顶升施工监测系统，从而进行实时监控，确保大　经验。此外，大桥顶升保留后，不仅可以使泖港镇　桥顶升过程中的顺利实施。，　两岸居民的日常出行增加一条过河通道，同时也　５．４老桥顶升保留方案具体实施流程　为突发事件或自然灾害等紧急情况下的过河预留　本文以液压驱动跟随方式为，例简单介绍一　了一种可能。　下泖港大桥的顶升具体实施流程：　在综合考虑多方因素后，叶新公路泖港大桥　首先，对主墩支座位置进行切割，使墩柱平面　改建推荐采用方案二（ａ），即顶升保留老桥作为人　位置满足千斤顶布置要求；然后，通过对结构构造　行和非机动车道桥、北侧新建（８５＋２００＋８５）ｉｎ单索　处理，安装钢结构限位。顶升设备安装调试完成后　面斜拉桥作为机动车道桥方案。　进行整体顶升，液压千斤顶提供顶升力，随动机械　同时，泖港大桥顶升方案所采用的顶升设备　支撑千斤顶轻轻抵住重载工件并与油缸的顶升过　和顶升工艺均为目前桥梁顶升施工中较为成熟的　程同步，跟随重载移动；随动支撑螺杆便可自锁保　技术，当然，该技术在斜拉桥中的应用尚属首次。　持，有效支托重载工件。待顶升一定行程后，铺设　因此，建议尽早开展泖港大桥顶升关键技术相关　钢箱垫块支撑，如此循环直至顶升到位。顶升千斤　科研工作，以进一步降低顶升风险，提高施工安全　顶上的自螺纹旋紧，拆除随动千斤顶，安装支座及　系数，保证施工全程可控。　永久垫块，把液压顶升千斤顶上的自螺纹打开，千　斤顶下落１　ｃｍ至设计标高（此时支座与永久垫块　密贴）；拆除顶升设备、对主墩等接高。钢箱垫块通　参考文献　【１］芮志平，刘韶山，高文伟，等．松江泖港大桥边梁撞损抢修方案　过侧壁钢结构与接高范围内钢筋进行有效连接，　Ⅲ．城市道桥与防洪，２００７，（５）：１９６—１９８．　与接高混凝土浇筑形成整体。　［２】李品寿．桥梁顶升与加高技术【Ｊ］．公路，２０１１，（１）：１５８—１６１．　６结论与建议　【３】楼伟中．航道改造桥梁智能同步顶升施工工法简介【Ｊ］．山西建　筑，２０１３，３９（１８）：１３６—１３８．　研究表明，针对叶新公路泖港大桥提出的拆　［４】韩振勇．同步顶升技术在旧桥改造工程中的应用【Ｊ１．城市道桥　除重建和顶升保留两种改建方案均为可行，从施　与防洪，２００６，（５）：１６４—１６７．　［５］胡劲松．横潦泾主桥顶升的关键技术［Ｊ】．城市道桥与防洪，　工风险角度，２００　ｍ跨径斜拉桥的拆除和顶升目前　２０１３。（１）：９７—１００．　（上接第７１页）　重，并给出了各种桥型可能出现病害的评价标准。　用『Ｊ］．同济大学学报，２００１（１）：５４—５８．　【３］徐家云，何晓鸣，张俊，等．模糊理论在桥梁评估中的应用ＩＪＩ．武汉　参考文献　理工大学学报，２００３（７）：４０－－４３．　…１夏红霞，席铮，徐家云，等．一种桥梁评估专家系统的设计和实现　【４】ＪＴＧ　Ｈ１　１－２００４，公路桥涵养护规范［ｓ】．　ｆＪ１．武汉理工大学学报，２００５，２７（２）：３６—３７．　【５］ＣＪＪ　９９—２００３，城市桥梁养护技术规范［ｓ】．　［２］兰海，史家钧．灰色关联分析与变权综合法在桥梁评估中的应　【６］ＪＴＧ／Ｔ　Ｈ２１—２０１　１，公路桥梁技术状况评定标准［ｓ］．