旧桥检测评估若干问题的研究
1、概述
随着我国公路桥梁事业的发展，新建高速公路及桥梁越来越多，同时既有的许多桥梁亦逐渐进入了养护维修阶段，有关专家认为桥梁使用超过25年则进入老化期，据统计，我国桥梁总数的40%已经属于此范畴，均属“老龄”桥梁。而且随着时间的推移，其数量还在不断增长，桥梁管理者对桥梁的养护已日益重视。为了适应公路运输载重量不断发展的要求，充分利用现有的公路桥梁，使之能继续安全地为公路运输服务，根据交通部颁布的《公路桥梁养护技术规范》和《城市桥梁养护技术规范》要求，必须对桥梁进行鉴定。本文主要针对重庆市主城区28座桥梁检测评估中遇到的一些问题进行研究。
2、旧桥检测的内容
旧桥结构检测的目的主要是为了检验桥梁的工作状态，并为桥梁后续维修加固以及对通行车辆的吨位控制提供依据，因此桥梁检测主要包括以下内容。
2．1 资料收集
资料收集内容包括：设计资料、施工资料以及有关的养护、维修、加固资料。资料收集涉及的细节很多，如设计资料有计算书、设计图纸、修改图纸以及地质资料等；施工资料包括各个阶段的竣工图纸、竣工说明书、材料试验资料及施工记录、竣工验收资料等；其他养护、维修资料则包括历史上通过的车型、载重、交通量状况、维修的资料等。还有一些与之有关的自然环境或者自然灾害（洪水、地震、冻土、泥石流等）的资料如有必要也应向有关部门收集。这些历史资料都需要在以后的检测报告中反映，并通过和设计、竣工资料对比对桥梁的承载能力做出评价。
2．2 桥梁的外观检测
主要是对桥梁上部结构、下部结构和桥面系三大组成部分进行细致的检测。其中特别需要说明的是检测时必须仔细地检查桥梁关键部位的病害，如梁式桥跨中底板的受力裂缝情况，拱式桥拱脚处墩台不均匀沉降引起的拱圈开裂等。
2．3 桥梁的无损检测
对桥梁的梁体、墩柱、桥台等主要构件进行无损检测，主要包含以下内容：
（1）检测混凝土的强度、碳化深度。
（2）检测裂缝的宽度和深度。
（3）探测混凝土保护层厚度。
（4）根据桥梁外观检查结果，必要时对钢筋的锈蚀情况进行检测。
进行桥梁裂缝检查时，在对裂缝普查的同时，有必要对裂缝产生的原因及裂缝的分布情况进行一些必要的分析，同时做好记录，以便在撰写报告时对裂缝作出详细的分析，并通过分析对桥梁提出加固建议。
2．4 桥梁的动静载试验
现今对桥梁进行承载能力评定有效而最直接的方式便是对桥梁结构进行动静载试验。通过静载试验可以检验桥梁结构的承载能力和弹性工作性能；通过动载试验了解桥梁结构的动力性能。
3、旧桥检测评估方法及关键问题
3．1 既有桥梁的检测评估方法
桥梁结构评估以检测为基础，而检测又以实际量测的数据为主，其主要内容包括前面的外观检测和无损检测，必要时结合荷载试验。从力学的角度分析桥梁实际的承载能力状态，最终达到对桥梁进行检测评估的目的。由于影响桥梁结构承载的因素较多，因此用精确的方法计算出桥梁结构的承载力比较困难。目前对于桥梁承载力的评估判定，国内外尚无统一的方法，总体来说，主要包括以下3种方法 。
3．1．1 调查比较法
调查比较法，也称实物调查比较法，即由实际交通情况来评估桥梁承载力的动态方法。其具体方法如下。
（1）对被评估的桥梁进行长期的观测，根据桥梁所通过的车辆荷载，并测定车辆通过时桥梁各主要部位的挠度（跨中或者产生挠度最大处）、应变、应力、裂缝开展情况等数据。
（2）对所观测的这些数据（如车辆种类、载重，及其对应的挠度、应变、应力等）进行统计分析，从而得出桥梁可以承受多大的荷载（或承受的荷载等级）。
（3）我国交通部试行的《公路旧桥承载能力鉴定方法》提出的检算公式如下。对于砖、石混凝土结构：
以上2式的左边表示考虑荷载安全系数后的组合荷载效应，右边表示考虑了材料安全系数后的结构抗力效应。Z 为旧桥检算系数，根据桥型和桥梁实际状况的好坏，由鉴定人员根据桥梁外观的观测选定。
3．1．2 分析计算法
首先对被检定的桥梁结构进行检查，然后将检查所得的有关资料和结果，运用桥梁结构计算理论及有关经验系数进行分析计算，从而评估桥梁的安全承载力。分析计算法一般又分为经验系数折算和理论计算2种方法。
（1）检验系数折算法。是以桥梁原有设计荷载等级为基础，同时考虑桥梁损坏程度、材料老化程度、桥面行驶条件、实际交通情况、桥梁建造适用期限等因素，折算求出桥梁安全承载力的方法。一般情况下，桥梁安全承载力可由下式求得：
式中，P为被检定桥梁的安全承载力；P。为被检定桥梁的基本承载力，即原设计承载力；K 为残存承载力系数，根据桥梁结构损坏程度、材料老化程度而定的系数；K。为桥面行驶条件好坏的系数；K。为反映实际交通情况的系数；K 为桥梁建造使用年限的系数。
（2）理论计算。是当原桥荷载等级不清楚，或上述的各种系数较难确定时，应用结构计算理论，估算出桥梁结构可能承受的最大外力（如弯矩），再与实际检定荷载相比较，从而判定出桥梁安全承载力的方法。
3．1．3 荷载试验法
目前评定桥梁承载力最直接、最常用的方法是进行静载试验。通过对桥梁结构施加与设计荷载或适用荷载基本相当的外荷载，利用检测仪器测试桥梁结构在控制部位的应变、位移和裂缝开展情况，横向分布系数等，并与理论值进行比较，通过校验系数（n一实测值／理论值）、变形、裂缝开展情况及残余应变率等各种指标，综合判断该桥是否满足设计及使用要求，从而类推出承载力。
3．2 旧桥检测评估中存在的关键问题
上述3种方法各有优缺点，针对其在旧桥检测中的一些局限性，本文对一些关键问题进行探讨。
3．2．1 恒载作用下的应力状态和预应力度的量测
对于混凝土桥梁结构本身的设计荷载来说，其恒载所占比例约为70%，因此评价旧桥结构的承载能力，不仅要看活载的影响，同时也不能忽视恒载的影响。旧桥由于在外界自然因素和车辆荷载的影响下发生破损、露筋、裂缝等病害，其自身承受的恒载也会发生相应的变化，因此对于如何明确旧桥结构在恒载作用下的应力状态是桥梁承载能力分析中的重要问题，而对于预应力混凝土桥梁来说，如何确切知道预应力的损失程度也是检测评估中的关键问题。就目前来说，对恒载作用下应力状态的测定，常用的方法主要是应力释放法。应力释放的原理主要是先测得局部钢筋或混凝土在恒载作用下（无车载）的初始应力，然后将该部位钢筋或混凝土与周围结构断开，放置足够长的时间使其充分恢复到自由状态，再量测其应力作为最终应力，两者之差即为恒载作用下的应力。将实测值与设计值进行对比分析，从而可以知道预应力的损失情况。
3．2．2 钢筋锈蚀与桥梁结构承载力的关系
钢筋锈蚀对于桥梁结构承载力来说影响很大，加速了桥梁的损坏，因此桥梁需要进行钢筋锈蚀的检测。目前测试锈蚀主要是电位法和电阻率法，但都只是针对锈蚀的概率，无法对锈蚀速率和锈蚀程度进行量化，因此还需要进一步提高测试技术，以期能够测得钢筋锈蚀的量化指标。
3．2．3 裂缝开展与桥梁结构承载力的关系
裂缝是桥梁病害中最严重、最致命的病害，如果为结构裂缝，则在车辆荷载，特别是超重车辆的长期作用下裂缝会进一步扩展，最终导致桥梁的损坏；如果为非结构裂缝，由于大量的雨水会从裂缝中浸人桥梁体内，致使钢筋锈蚀，导致桥梁的承载能力严重下降。因此如何对存在裂缝的桥梁进行评估是当前需要解决的一个难题。对于钢筋混凝土结构来说，通常都是带裂缝工作，但是裂缝的存在对于桥梁结构承载能力评估到底有何影响难以确定；对于部分预应力混凝土桥梁来说，允许桥梁存在不超过限值的裂缝工作，如何对桥梁承载能力评定也是一个难题。就目前而言，研究只是停留在裂缝与承载能力的统计关系，建立模型经验公式上。
3．2．4 确定损伤结构的计算模型
结构损伤之后，出现了大量的裂缝，因此结构的应力路径发生了变化，不再是保持平截面形式。如果按照平面杆系理论计算将产生巨大的误差，因此有必要对带裂缝的桥梁结构采用空间实体单元对裂缝和桥梁结构本身进行模拟，尽可能保证计算模型与实际桥梁结构相符合。
4、检测评估中亟待解决的问题
现在工程师们对于旧桥的检测评估及加固多半是在半理论、半经验的基础上进行的，虽然取得了一定的研究成果，但是在一些关键问题上，仍亟待解决。
4．1 旧桥结构损伤识别
桥梁结构的损伤会引起结构的刚度下降，承载能力降低，如何对损伤部位和损伤程度进行识别是当前损伤识别的重要问题。当前对于损伤识别的方法有频率法、曲率模态法、柔度法、神经网络法以及小波分析方法等。但是对于这些方法现今并未能很好地排除噪音的影响，致使测试的数据不能精确确定局部损伤较小的部位，因此桥梁结构损伤识别的进一步发展是检测评估的关键。
4．2 剩余寿命的评定
在对桥梁结构进行剩余寿命评定时，需要建立桥梁结构的真实情况精确模拟，并考虑结构的各种损伤，在此基础上建立结构损伤模型，并对各种非线性因素精确模拟，在此基础上利用模态分析进一步更新结构的计算模型，分析桥梁结构的最终剩余寿命。
4．3 高精度检测仪器的开发
目前，检测评估面临的主要问题是测量仪器的精度不足，使得一些好的识别理论和方法不能应用，因此有必要开发一些适于桥梁结构检测的专用仪器。
4．4 建立桥梁检测评估系统
就目前来说，检测评估是桥梁运营一段时间后对桥梁进行一次综合的“体检”，只是为后续桥梁维修加固提供依据，并没有形成实时跟踪系统，及时作出分析和评估，因此有待为旧桥和新桥建立健康监测系统，以便能够及时发现问题，并及时解决。
5、结论
通过对旧桥，特别是一些钢筋混凝土和预应力混凝土桥梁检测评估中的一些问题进行了探讨，分析了当前在桥梁检测评估中出现的一些关键问题并提出了相应的措施。同时对桥梁检测评估后期中亟待解决的问题作出了分析和展望，得出以下结论。
（1）目前旧桥检测评估还处于半经验、半理论状态，旧桥检测评估结果太过粗略，并未形成细致的分析结果。
（2）检测的手段受外界影响较大，测试数据还不能完全排除干扰。
（3）旧桥检测中关于损伤识别和剩余寿命理论方面研究较多，但是在实行过程中并未达到理想化，还有待进一步解决。
（4）为桥梁建立健康监测系统是未来桥梁实时检测评估必备的环节，还需要在未来得到进一步发展。
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