论文部分内容阅读
摘要：在桥梁建成通车之后因受到多种因素的综合作用，桥梁的实际承载能力会呈现出逐年降低的趋势，该种现象的产生原因与结构性能受到环境气候等自然因素影响而逐渐老化有关，也与桥梁的通行量逐年攀增有关，交通量的客观而又显著的增加具体表现为通行车辆重量及外形尺寸的变大，这都加剧着桥梁负荷的增大，使得桥梁结构的应用性能退化严重、桥梁整体性损坏严重等。公路混凝土中小桥梁作为我国交通运输网络中的重要组成，桥梁的健康状况及运行使用性能受到人们的普遍关注，在桥梁工程界也在开展着中小桥梁承载能力评定的复杂性评定研究工作。
关键词：公路；混凝土；中小桥梁；承载能力；评定指标；评定分析
作为国家交通运输重要组成的桥梁，自身具备一定的使用年限，而建成使用之后受到多种主客观因素的影响，较难有效的使用至其正常使用寿命的终结期，运行负载超出其正常的承载能力便是缩短桥梁正常使用寿命的重要因素，对桥梁进行承载能力的评定，严格控制通行车辆的重量及外形尺寸，是有效延长桥梁使用寿命，加强桥梁维护管理的重要举措。在公路混凝土交通运输网络体系中，中小型桥梁的数量相对较多、分布广泛，像大垮桥那样进行结构状态检测设备及系统的安装，来实施承载能力的评定并不具有可行性，在桥梁工程界内所普遍开展的，对公路混凝土中小桥梁承载能力评定检测方法研究及应用，已成为公路桥梁类工程研究的重点课题。
1 公路混凝土中小桥梁承载能力评定概述
桥梁作为我国交通运输基础设施网络中的重要组成，在经济的发展及社会的进步中发挥着至关重要的基础性推动作用，而经济的高速发展及社会的全面进步也对桥梁等带来较大的反作用，最为主要的表现是交通运输量的显著提升及单车载重量的增加，这都加剧着我国既有桥梁的质量退化及正常使用寿命缩短现象的发生，桥塌类事件在交通运输事故中占据着重要的比例，使得社会各界对现有桥梁的使用性能及健康状况的关注程度不断提升，而在桥梁工程界中已经着手从两个方面重点开展桥梁健康状态的评定检测，主要集中于大型桥梁的综合评定及中小桥梁承载能力的评定。
在我国的公路混凝土交通运输网络中，中小型桥梁的数量居多且呈现出分布广泛的显著特点，要想在这诸多的中小桥梁中进行桥梁结构的状态监测设备及检测系统的安装应用，采用如大垮桥相同的综合评定技术，目前并不具备较强的可行性，桥梁工程界多采用定期或者不定期的进行荷载试验等检测手段，就中小桥梁的承载能力这一重要的状态评价指标进行综合评定，从而确定出中小桥梁的性能稳定性及使用状态，这是桥梁评估工作开展中，大跨型桥梁与中小型桥梁显著的区别。公路混凝土中小型桥梁承载能力评定因所要面对的是桥梁的实体结构，评定人员虽然可以采用现场测试等方式获得桥梁结构的实际信息，而在桥梁的施工环境及运行环境等影响的综合作用下，依然会存在某些不确定的因素在影响着评定结果，中小型桥梁承载能力评定是基于某种置信度，定性或定量的反映出桥梁的承载能力的真实状况。
2 公路混凝土中小桥梁承载能力评定方法
目前对既有桥梁的结构承载能力的评定比开展新桥的设计工作更为复杂，桥梁病害等对中小桥梁结构承载能力的影响研究依然处于起步阶段，而不同的国家或机构等所提出的评定方法也存在较大区别，并对于形式差异较大的中小桥梁有多种评定方法，但就总体状况而言，普遍上分为以外观调查为基础的评定方法、以设计规范为基础的评定方法、以专家的经验为基础的评定方法及以桥梁结构的可靠性理论为基础的评定方法。
以外观调查为基础的评定方法是指有经验的桥梁技术工作者对中小型的旧桥实施全面检测，采用文字性的描述就桥梁进行定性及定量的描述，依据描述内容进行质量等级的分类及评定。该种评定方式的评分标准及评分方法上都已取得较大的研究成果，模糊数学、混沌理论及专家系统等的完善及应用，推动着该种评定方法成熟化的发展。该种评定方法的缺点是：依然要以大量定性信息、工程师经验及准确判断为基础，评定结论可能会存在较大不同；桥梁的隐蔽结构很难进行检查；利用从桥梁的局部结构中获取的检查结果进行整体结构性能的评定，存在某种程度上的偏差；需要多个监测点才能较为全面的获取桥梁结构的整体性能，增加着评定工作的工作量、时间及资金投入。
以规范设计为基础的中小桥梁承载能力的评定方法，是为了可以获取既有桥梁的承载能力的定量值，通过理论分析与计算进行桥梁承载能力评定的研究方法，主要进行中小桥梁的材料性能、桥梁几何结构的尺寸、外观缺陷、支撑条件及通行荷载等的实际测量，依据中小桥梁的具体结构计算出理论值来进行承载能力的评定。基于该种评定思想的最为常见的具体评定方法是利用承载能力系数进行桥梁承载能力的评定，该内容会在接下来的第三部分重点深入阐述。
以荷载试验为基础的评定方法，对既有的桥梁开展现场的荷载试验，并综合利用理论分析手段等，对中小桥梁开展诊断识别，组建起桥梁结构的具体工作模型，依据该模型就中小桥梁的实际承载能力进行评定。该种评定方法要以某些已知的信息为基础，综合采用现场测量的相关技术，进行静荷载试验及动荷载试验，实现中小桥梁承载能力的最终评定。
以专家经验为基础的评定方法中较为典型是特尔斐评定方法，即以不记名的方式就桥梁的承载能力等性能指标咨询所有参与评定的专家，然后对专家给出的所有评定结果进行反馈及处理，使其中存在的变量被控制在最低的程度之内，以最终一致性的结论作为桥梁承载能力的最后评定结果。对于该种评定方法应用中所存在的某些不确定的因素、评定研究理论还无法解决的问题以及大量的统计计算等，可适当的借用专家系统实现解决，来提升评定工作开展的顺畅性。
3 公路混凝土中小桥梁承载能力评定实施
3.1 利用承载能力系数进行承载能力评定
就公路混凝土中小桥梁承载能力的评定，如果可以采用具备较强可靠性而又能粗略的评定桥梁的承载能力就已经基本满足评定要求，评定方法多分为定性评定及定量评定两大类，各种具体的评定方法都存在其自身的适用性及局限性，因此，在公路混凝土中小桥梁承载能力具体的评定工作中，可依据桥梁结构、评定技术条件及评定成本等的具体要求，选用合适的评定方法。文章接下来所要重点阐述的是使用较为普遍的利用承载力系数进行承载能力评定的方法，它是基于规范设计的评定理论体系下的重要评定方式。 桥梁承载能力系数具体是指桥梁在给定的荷载条件之下，其桥梁截面真实荷载强度至与荷载效应之间的比值。在进行中小桥梁承载能力的评定时，对每个关键截面的每种失效模式都要进行对应的承载力系数的分别计算，所得系数中的最小值便是拟测桥梁规定的承载能力。在进行承载能力的评定过程中，首先就每种失效模型进行订立，失效模型也叫破坏模型，桥梁结构的形式不同，相应的失效模型也会存在较大差异。在进行简支梁承载能力测定时，最大的弯矩多在跨中部位附近，而最大剪力多在从支点开始到跨中1/8的距离中间位置上，对这两个位置分别实施抗弯及抗剪的承载力系数的计算，就可基本上获取梁的安全性能及失效模型；而连续梁中除了对每个跨度都要进行抗弯及抗剪的承载力系数的计算外，还需进行各个支点附近的承受负弯矩截面上抗弯的承载能力系数的计算。
3.2 桥梁结构体截面真实极限强度
在桥梁的结构体截面中，其真实强度与截面尺寸、截面材料的强度有关，还与桥梁在运行中材料的质量及结构的受损状况有关，在进行承载能力评定时，在必要情况下可采用实测或者是材料试验等方法获取评定所需的多项数据，因为截面真实强度的测量计算中会涉及到材料所具备的真实强度、钢筋布设状态及截面实际尺寸等。进行混凝土的强度推定，长期使用的混凝土结构在强度上会随着使用年限的增多而增大，但荷载的持续作用却为让强度下降，在两种相反的作用影响之下会使混凝土的强度呈现出较为复杂的变化，评定工作中尽量以混凝土强度的实测值为准。进行钢筋的强度推定，对于主筋可以综合设计、施工及维修加固等资料，并结合现场的调查情况进行分析及断定；如果进行截面的抗弯特性的计算时无法获取配筋的准确数量及位置，将只能够依据横截面的实测值进行估算。
3.3 桥梁结构的实际荷载能力的确定
在既定的车辆荷载条件之下，就承载能力系数进行计算，从而确定出桥梁结构的稳定性能及安全度等，例如某需要过桥的重型特殊车辆，进行最不利状态下的桥梁承载能力系数的计算，以该系数为依据确定车辆可否通行。就某条混凝土公路上的若干个桥梁，以规定的通车等级为基础，就各个桥梁的承载能力系数的变化情况进行分析，便于为公路部门进行公路桥梁养护维修及改建计划的制定等提供基础依据。以桥梁既定的承载能力系数为基础，进行依据结构承载能力反算出可通行的汽车的荷载等级，就某具体的桥梁，其承载能力系数增大，桥梁结构可以负担的车辆的荷载等级就会降低，相反，桥梁结构所能够负担的车辆的荷载等级就会增大。
4 总结
在公路混凝土中小桥梁承载能力评定中，可以被加以利用的评定方法较多，可依据桥梁具体的结构、评定要求及评定造价进行综合选用，而基于承载力系数的桥梁承载能力评定方法是在公路混凝土中小桥梁承载能力评定工作开展中，具有较强普适性的评定方法，但在具体的应用中，要注重截面的极限强度，重视结构的受损状况及受力特征等。
关键词：公路；混凝土；中小桥梁；承载能力；评定指标；评定分析
作为国家交通运输重要组成的桥梁，自身具备一定的使用年限，而建成使用之后受到多种主客观因素的影响，较难有效的使用至其正常使用寿命的终结期，运行负载超出其正常的承载能力便是缩短桥梁正常使用寿命的重要因素，对桥梁进行承载能力的评定，严格控制通行车辆的重量及外形尺寸，是有效延长桥梁使用寿命，加强桥梁维护管理的重要举措。在公路混凝土交通运输网络体系中，中小型桥梁的数量相对较多、分布广泛，像大垮桥那样进行结构状态检测设备及系统的安装，来实施承载能力的评定并不具有可行性，在桥梁工程界内所普遍开展的，对公路混凝土中小桥梁承载能力评定检测方法研究及应用，已成为公路桥梁类工程研究的重点课题。
1 公路混凝土中小桥梁承载能力评定概述
桥梁作为我国交通运输基础设施网络中的重要组成，在经济的发展及社会的进步中发挥着至关重要的基础性推动作用，而经济的高速发展及社会的全面进步也对桥梁等带来较大的反作用，最为主要的表现是交通运输量的显著提升及单车载重量的增加，这都加剧着我国既有桥梁的质量退化及正常使用寿命缩短现象的发生，桥塌类事件在交通运输事故中占据着重要的比例，使得社会各界对现有桥梁的使用性能及健康状况的关注程度不断提升，而在桥梁工程界中已经着手从两个方面重点开展桥梁健康状态的评定检测，主要集中于大型桥梁的综合评定及中小桥梁承载能力的评定。
在我国的公路混凝土交通运输网络中，中小型桥梁的数量居多且呈现出分布广泛的显著特点，要想在这诸多的中小桥梁中进行桥梁结构的状态监测设备及检测系统的安装应用，采用如大垮桥相同的综合评定技术，目前并不具备较强的可行性，桥梁工程界多采用定期或者不定期的进行荷载试验等检测手段，就中小桥梁的承载能力这一重要的状态评价指标进行综合评定，从而确定出中小桥梁的性能稳定性及使用状态，这是桥梁评估工作开展中，大跨型桥梁与中小型桥梁显著的区别。公路混凝土中小型桥梁承载能力评定因所要面对的是桥梁的实体结构，评定人员虽然可以采用现场测试等方式获得桥梁结构的实际信息，而在桥梁的施工环境及运行环境等影响的综合作用下，依然会存在某些不确定的因素在影响着评定结果，中小型桥梁承载能力评定是基于某种置信度，定性或定量的反映出桥梁的承载能力的真实状况。
2 公路混凝土中小桥梁承载能力评定方法
目前对既有桥梁的结构承载能力的评定比开展新桥的设计工作更为复杂，桥梁病害等对中小桥梁结构承载能力的影响研究依然处于起步阶段，而不同的国家或机构等所提出的评定方法也存在较大区别，并对于形式差异较大的中小桥梁有多种评定方法，但就总体状况而言，普遍上分为以外观调查为基础的评定方法、以设计规范为基础的评定方法、以专家的经验为基础的评定方法及以桥梁结构的可靠性理论为基础的评定方法。
以外观调查为基础的评定方法是指有经验的桥梁技术工作者对中小型的旧桥实施全面检测，采用文字性的描述就桥梁进行定性及定量的描述，依据描述内容进行质量等级的分类及评定。该种评定方式的评分标准及评分方法上都已取得较大的研究成果，模糊数学、混沌理论及专家系统等的完善及应用，推动着该种评定方法成熟化的发展。该种评定方法的缺点是：依然要以大量定性信息、工程师经验及准确判断为基础，评定结论可能会存在较大不同；桥梁的隐蔽结构很难进行检查；利用从桥梁的局部结构中获取的检查结果进行整体结构性能的评定，存在某种程度上的偏差；需要多个监测点才能较为全面的获取桥梁结构的整体性能，增加着评定工作的工作量、时间及资金投入。
以规范设计为基础的中小桥梁承载能力的评定方法，是为了可以获取既有桥梁的承载能力的定量值，通过理论分析与计算进行桥梁承载能力评定的研究方法，主要进行中小桥梁的材料性能、桥梁几何结构的尺寸、外观缺陷、支撑条件及通行荷载等的实际测量，依据中小桥梁的具体结构计算出理论值来进行承载能力的评定。基于该种评定思想的最为常见的具体评定方法是利用承载能力系数进行桥梁承载能力的评定，该内容会在接下来的第三部分重点深入阐述。
以荷载试验为基础的评定方法，对既有的桥梁开展现场的荷载试验，并综合利用理论分析手段等，对中小桥梁开展诊断识别，组建起桥梁结构的具体工作模型，依据该模型就中小桥梁的实际承载能力进行评定。该种评定方法要以某些已知的信息为基础，综合采用现场测量的相关技术，进行静荷载试验及动荷载试验，实现中小桥梁承载能力的最终评定。
以专家经验为基础的评定方法中较为典型是特尔斐评定方法，即以不记名的方式就桥梁的承载能力等性能指标咨询所有参与评定的专家，然后对专家给出的所有评定结果进行反馈及处理，使其中存在的变量被控制在最低的程度之内，以最终一致性的结论作为桥梁承载能力的最后评定结果。对于该种评定方法应用中所存在的某些不确定的因素、评定研究理论还无法解决的问题以及大量的统计计算等，可适当的借用专家系统实现解决，来提升评定工作开展的顺畅性。
3 公路混凝土中小桥梁承载能力评定实施
3.1 利用承载能力系数进行承载能力评定
就公路混凝土中小桥梁承载能力的评定，如果可以采用具备较强可靠性而又能粗略的评定桥梁的承载能力就已经基本满足评定要求，评定方法多分为定性评定及定量评定两大类，各种具体的评定方法都存在其自身的适用性及局限性，因此，在公路混凝土中小桥梁承载能力具体的评定工作中，可依据桥梁结构、评定技术条件及评定成本等的具体要求，选用合适的评定方法。文章接下来所要重点阐述的是使用较为普遍的利用承载力系数进行承载能力评定的方法，它是基于规范设计的评定理论体系下的重要评定方式。 桥梁承载能力系数具体是指桥梁在给定的荷载条件之下，其桥梁截面真实荷载强度至与荷载效应之间的比值。在进行中小桥梁承载能力的评定时，对每个关键截面的每种失效模式都要进行对应的承载力系数的分别计算，所得系数中的最小值便是拟测桥梁规定的承载能力。在进行承载能力的评定过程中，首先就每种失效模型进行订立，失效模型也叫破坏模型，桥梁结构的形式不同，相应的失效模型也会存在较大差异。在进行简支梁承载能力测定时，最大的弯矩多在跨中部位附近，而最大剪力多在从支点开始到跨中1/8的距离中间位置上，对这两个位置分别实施抗弯及抗剪的承载力系数的计算，就可基本上获取梁的安全性能及失效模型；而连续梁中除了对每个跨度都要进行抗弯及抗剪的承载力系数的计算外，还需进行各个支点附近的承受负弯矩截面上抗弯的承载能力系数的计算。
3.2 桥梁结构体截面真实极限强度
在桥梁的结构体截面中，其真实强度与截面尺寸、截面材料的强度有关，还与桥梁在运行中材料的质量及结构的受损状况有关，在进行承载能力评定时，在必要情况下可采用实测或者是材料试验等方法获取评定所需的多项数据，因为截面真实强度的测量计算中会涉及到材料所具备的真实强度、钢筋布设状态及截面实际尺寸等。进行混凝土的强度推定，长期使用的混凝土结构在强度上会随着使用年限的增多而增大，但荷载的持续作用却为让强度下降，在两种相反的作用影响之下会使混凝土的强度呈现出较为复杂的变化，评定工作中尽量以混凝土强度的实测值为准。进行钢筋的强度推定，对于主筋可以综合设计、施工及维修加固等资料，并结合现场的调查情况进行分析及断定；如果进行截面的抗弯特性的计算时无法获取配筋的准确数量及位置，将只能够依据横截面的实测值进行估算。
3.3 桥梁结构的实际荷载能力的确定
在既定的车辆荷载条件之下，就承载能力系数进行计算，从而确定出桥梁结构的稳定性能及安全度等，例如某需要过桥的重型特殊车辆，进行最不利状态下的桥梁承载能力系数的计算，以该系数为依据确定车辆可否通行。就某条混凝土公路上的若干个桥梁，以规定的通车等级为基础，就各个桥梁的承载能力系数的变化情况进行分析，便于为公路部门进行公路桥梁养护维修及改建计划的制定等提供基础依据。以桥梁既定的承载能力系数为基础，进行依据结构承载能力反算出可通行的汽车的荷载等级，就某具体的桥梁，其承载能力系数增大，桥梁结构可以负担的车辆的荷载等级就会降低，相反，桥梁结构所能够负担的车辆的荷载等级就会增大。
4 总结
在公路混凝土中小桥梁承载能力评定中，可以被加以利用的评定方法较多，可依据桥梁具体的结构、评定要求及评定造价进行综合选用，而基于承载力系数的桥梁承载能力评定方法是在公路混凝土中小桥梁承载能力评定工作开展中，具有较强普适性的评定方法，但在具体的应用中，要注重截面的极限强度，重视结构的受损状况及受力特征等。