作為現代交（jiāo）通（tōng）的咽（yān）喉，橋梁在（zài）其運營期（qī）內，由於結構部件的逐漸老化、車載交（jiāo）通量的增加、惡劣環境因素的影響、維護管（guǎn）理的缺失，使得一些橋梁不可避免地出現各類結構性損傷狀況。這將導致橋梁的承載（zǎi）力和材料的耐久性（xìng）能不斷（duàn）降低，服務性能亦難以滿足規定的要求。橋梁承載能力檢測評估，既考量橋梁各組成構件的強度（dù）和剛度等方麵是否滿足現有運輸荷載的要求，同時又對其能否適應未來的交（jiāo）通荷載的增長作出（chū）評（píng）定。橋梁的承載能力與橋梁結構構件的強度、穩定性等技術性能有關，對其進行評定旨在弄清（qīng）結構的（de）實際安全狀況，避免橋梁在營運中（zhōng）發生災難性的後果。

借“他山（shān）之石”定（dìng）原則

顧名（míng）思義，橋梁承載能力（lì）為橋梁結構承擔荷載作用的（de）能力，是衡量橋梁結構所能承（chéng）受（shòu）的（de）最（zuì）大使用負荷的（de）關鍵安全指標，是結構或（huò）構件的材料強度、結構剛度、穩定性等多方麵性能指標的綜合反映。

目前（qián）我國公路橋梁技術狀況評價（jià）參照《公路（lù）橋梁技術狀況評定標準》（JTG/T H21—2011）。該規範將橋梁（liáng）技術狀（zhuàng）況分為5 類：1 類為完好、良好；2類為較好；3 類為較差（chà）；4 類為差；5 類為危險（xiǎn）。橋梁評價按（àn）構件、部件、部（bù）位（橋麵係、上部結構、下部結構）和全橋的順（shùn）序依次進行（háng），采用分層加權綜合與單項（xiàng）指標控製相（xiàng）結合的方法。《公路橋（qiáo）梁技術狀況評定標準》（JTG/T H21—2011）針對常（cháng）見（jiàn）的梁（liáng）式橋、拱式橋、懸索橋和斜拉橋，細化了不同的部件分類，並考慮了不同部件對橋梁結構安全影響程度的差異，將橋梁部件進一步分成主要部件和（hé）次要部（bù）件，賦以不同權重。同時，針對嚴重缺陷或病害，也規定了14 種可以直接評定為5 類橋的情況。

為了定量評定（dìng）既有橋（qiáo）梁承載能（néng）力，國內外學者在用理論分析（xī）法檢（jiǎn）算評定橋梁承載能力方麵也做了大量研究工作。例如英（yīng）國橋梁（liáng）評估文件以橋梁規（guī）範（fàn）BS5400為基礎（chǔ），用條件係數進行判斷評價。美國各州公路（lù）和運輸協會（AASHTO）對現有公路橋梁承載能力的（de）簡算，建立（lì）在所編（biān）製的GSSE上，並用承載能力係數進行評價。該方法主要在實測（cè）材料性能，構件幾（jǐ）何尺寸變（biàn）化，外（wài）觀缺陷及當前（qián）通行荷載調查的基礎上，設法（fǎ）確定分項檢算係數，包（bāo）括橋梁承載能力（lì）檢算係數、承載能力（lì）惡化係數、混凝土截麵折減係數、鋼筋截麵折減係數、活（huó）載影響係數來同時對橋（qiáo）梁的結構（gòu）抗力和荷載效應進行修正。通過對比修正後的（de）結構（gòu）抗（kàng）力和荷載效應（yīng）之間的（de）關係來評定舊（jiù）橋的（de）承載能力，如抗力修正值大（dà）於或等於效應修（xiū）正值，說明結構承載能力滿足（zú）要（yào）求，反之則認為承載能力不足。該方法以設計資料和原有的設（shè）計規範為基礎，結合橋梁實際檢查及荷載調查結（jié）果進行承載能力評定，這（zhè）種方法的（de）優（yōu）勢在於：在考慮舊橋實際情況的同時，將既有橋梁承載能力（lì）和使用狀況通過理論計算公（gōng）式定量化，得到較為確定（dìng）的（de）橋梁評（píng）定結果。通過計（jì）算分析，不僅可以（yǐ）判斷舊橋（qiáo）是否還（hái）具有原設（shè）計的（de）承載能力，並且（qiě）還可以判定舊橋是否（fǒu）存在一定的承載能力。目前我國交通運輸部（bù）頒布的《公路橋梁承載能（néng）力檢測評定規程》(JTG/TJ21-2011)中對承載能力的檢算即采用此種方式，評定（dìng）方法基本按照現行設計規範中的方法進行，在（zài）原有設計規範承載（zǎi）力計算公式的（de）基礎上，引入了舊橋檢算係（xì）數、承載能力惡化係（xì）數、截麵折減係數和活載修正係數，分別對極（jí）限狀態方（fāng）程中（zhōng）結構抗力效（xiào）應和荷載效應加以修正，並通過比較判定（dìng）結構或構件的（de）承載能力狀況。所以結構（gòu）檢算法是目前橋梁評定方法研究的主要方向，並且處於不斷發展中。

檢（jiǎn）驗“功力”的四種方法

評估（gū）方法綜述（shù）

公路橋梁承載能（néng）力評估方法（fǎ）目前主要分為：外觀（guān）調查法、荷載試驗法、規範檢算法和可靠度分析法，如圖1所示。

圖1 公路橋梁承載（zǎi）能力評估方法（fǎ）

1.外觀調查法

我國采用的（de）外觀檢測方法（fǎ）是根據交通部頒布的《公路橋涵養護規範》（JTGH11-2015）所規定的內容，對在役橋梁進行檢（jiǎn）測，通常分為經常性（xìng）檢查、定期性檢查以及特殊（shū）檢（jiǎn）查。通過對在役橋梁詳細的外觀檢查和無損傷（shāng）測試，根據我國頒布的《公路橋梁技術狀況評定標準》（JTG/T H-2011）對在役橋梁（liáng）進行評判標度。該評定標準將實橋的現有狀態劃為5類等級——整體完好（1類）、輕微病害（2類）、部分損壞（huài）（3類）、主體結構損傷（shāng）（4類（lèi））、承載力喪失（5類（lèi））。並（bìng）將橋梁（liáng）整體劃為多個部件，根據橋（qiáo）梁部（bù）件當（dāng）前的損壞程度，服務（wù）性能及潛在病（bìng）害等方麵的狀況，對橋梁各（gè）類部件分別進行鑒定，其分數閾值在0～5之間（jiān）。然（rán）後根據橋梁（liáng）構件的評分情況確定其對應的等級。針對評測之後的橋梁狀況，分別采取不（bú）同措施的（de）養護維修（xiū）：1類（lèi）進（jìn）行正常保養；2類采取小修；3類則實（shí）施交通限製並進行（háng）中（zhōng）修；4類要對其大修或改造，情況嚴重時需關閉交（jiāo）通；5類必須通過結構加（jiā）固或拆除新建，並立即封（fēng）閉交通（tōng）。

2.荷載試驗法

荷載試驗（yàn）是描述橋梁實際狀況最直觀的（de）一種（zhǒng）方法（fǎ），該方法是根（gēn）據預（yù）先製定的試驗方案對（duì）結構構件試驗之後的性能狀況進行（háng）觀測，並對測量的參數（如應力、位移、頻率、振幅等）與理論計算結果進（jìn）行比較，以便了解橋梁的實際運營狀況，客觀地對橋梁整體的使用（yòng）性能（néng）和結構的承載（zǎi）力進行評價及其剩餘使用壽命作出預測。橋梁的試驗方案通常包括（kuò）靜載試驗和動載（zǎi）試驗（yàn）。靜力荷載試驗用於對橋梁結（jié）構進（jìn）行現場試驗分析，而動（dòng）載試驗則作為（wéi）靜（jìng）力試驗一種（zhǒng）輔助手段（duàn）來補充和完善靜力試（shì）驗方案。

靜（jìng）載試驗法具有可行性強等特點，多用於新橋的竣工驗收或在無（wú）法判明橋梁的運營狀況和承載力性能（néng）情（qíng）況下的評（píng）測工作，但（dàn）是采用靜載試驗的方法動用大量的（de）人力物力，成（chéng）本較高，試驗周（zhōu）期較（jiào）長，在實驗過程中還有可能引起橋（qiáo）梁構件的嚴重損傷，影響正常交通，因而難以普及。與靜載實驗相比（bǐ），動載實驗規模（mó）較（jiào）小、花費資金少、試驗周期短、操作簡單便捷。然而（ér）動載試驗在應用過程中存在一定的局（jú）限性，由於動（dòng）力測試水平（píng）相對較低，使得在（zài）試驗中測得的相應數據與理論計算的數據有較大偏差，達不到規（guī）定的精（jīng）度要求。

3.規（guī）範檢算法

規範檢算法是基於橋規而製定的，根據構件的材質性能、結（jié）構的形狀大小、邊界支承條件、外觀缺損程度、交通荷載量的大小，按照橋梁（liáng）的力學計（jì）算數值來分析（xī）評定其承載（zǎi）力。這一評定標準結合了理論計算、現場結構測試結果和實際工程實（shí）踐等方麵的內容，經過完善，該法（fǎ）已經被推（tuī）廣到橋梁評估的各個領域。

規範檢算方法通過考慮橋梁的實（shí）際狀況，並結合橋梁原有的設計、施工、養護及現場檢測資料，基於規範理論（lùn），運用計（jì）算分析的方法（fǎ）來對橋梁當前的運營狀況作出評判。該方法采用理論（lùn）計算公式對橋梁的實際承載能力和運營狀（zhuàng）況進（jìn）行定量化分析，能夠得到相對準確的評估結論。采用檢算，不僅可以鑒別橋梁能否（fǒu）滿（mǎn）足現有荷載狀態的承載力要（yào）求，並且還可以對橋梁的潛在承載力性能作出辨別。但（dàn）該方法（fǎ）在實際操（cāo）作過程中一些（xiē）係（xì）數的取值存在一定的主觀性，與實際的橋梁狀態有偏差，故而在計算過程（chéng）當中必須對橋梁的設計標（biāo）準、安全修正係數（shù）、構件損壞狀況的確定、結構分析模型的選取等進行深入討論。

4.可靠度分（fèn）析方法

在工程領域中，通常用結構的失效概率或可靠度指標來判斷其安全狀態（tài）。該方法（fǎ）以（yǐ）統計學概率（lǜ）理論為基礎，根據實測（cè）和數據統（tǒng）計，計算（suàn）分析結構的失效概率或可靠（kào）度指標，可以處理隨機變化的荷載及抗力因素對結構（gòu）的穩定性、安全性（xìng）的影響。因此，該（gāi）理論已經逐漸成為結構安全評估的理論基（jī）礎。

基於統計概率理論的（de）橋梁結構可靠度分析方法，最顯著的優點是能夠量化分析橋梁構（gòu）件（jiàn）或（huò）係統中（zhōng）存在的不確定因素，並將這些因素作為（wéi）隨機變量而建立概率可靠指（zhǐ）標模型，使恢複橋梁構件及（jí）係（xì）統的固有（yǒu）自（zì）然特征，並通過對現（xiàn）場測試結果的（de）處（chù）理分析得到這種客觀存在的（de）變異性。因此，該方法作為橋梁安全性能評估的科學理論支（zhī）撐，已被（bèi）應用到評估規範的製定（dìng）當中（zhōng）。但基（jī）於概率可靠度的評估方（fāng）法本身需要大量數據作為依據，並且對於一些材料的失效模式、退化機理研究還不夠充分，在評估橋梁適用性和耐久性（xìng）方麵涉及的幹擾因素也十分複雜，很多指標含（hán）有（yǒu）人為主觀假設因素，很（hěn）難對其統（tǒng）一量化。

影響準確性（xìng）的因素

圍繞公路橋梁承載（zǎi）能力評估結果影（yǐng）響因素，主要進行以下幾（jǐ）個方麵的討論：

1.時變（biàn）性（xìng）對評估結果的影（yǐng）響

公路橋梁通常在設計（jì）階段，不考慮荷載效應與結構強度的時變性，而公路橋梁在實際運（yùn）營階段，伴隨服役時間增加，荷載效（xiào）應與結構（gòu）抗力都隨時間變化，導（dǎo）致評估結果可靠性降低。

圖2 時（shí）變性（xìng）對評估結果的影響

2.美國AASHTO規（guī）範的特點

美國AASHTO規範與我國規範顯（xiǎn）著的區別在於，美國規（guī）範規定了“三荷載類別、兩安（ān）全等級（jí）”。三荷載類別即：設計荷載、法定荷（hé）載、允許荷載（zǎi）。兩安全等級即：交付鑒定安（ān）全等（děng）級（jí）（β= 3.5）；運營安全等級（β= 2.5）。

圖3 美國AASHTO規範規定的橋梁承載能力評定技（jì）術路線

3.設計和運營階段的不確定性

在公路橋（qiáo）梁結構設計階段（duàn）,通過采用普適（shì）性較強的相關規範對荷載（zǎi）效應和結（jié）構抗力進行考量，與橋梁真實運營環境相比（bǐ）,其結構和作用荷載的（de）不確定性較高（gāo）；而在運營階（jiē）段，一般針對特定的結構個（gè）體和時間窗（chuāng）口，不確定性較低。

圖4 設計和運營階段荷載效應與（yǔ）結構抗力的不確定性

4.提高承（chéng）載能力評估可靠性的途徑

“瘦身法”，為提高承載能力評估可靠性的主要方（fāng）式，它能減小結構荷載效應與結構抗力概率分布曲線的不確定性。其包括以下三種途徑：

（1）提（tí）高無損檢測技術的可靠性和精準度，減少承力（lì）構件及其材質物化性能的不確定性；

（2）利用荷載試驗或模（mó）型修（xiū）正技術，減少理論模型的不確定性（xìng）；

（3）利用動（dòng）態稱重(WIM)建立車輛荷載譜，減少活載分（fèn）布的（de）不確定（dìng）性。

圖5 “瘦（shòu）身法”提高承載能（néng）力評估的可靠性

橋梁承載能力檢測評估是（shì）保障橋（qiáo）梁安全（quán）運營的重要支撐，也是危舊橋梁加固改造工作的技術基礎。目前基於結構可靠性（xìng）理論的橋（qiáo）梁承載能力檢測評估（gū）技術（shù）發展相對成熟，對常（cháng）規結構普遍適用，但針對新材料、新體係、新工（gōng）藝的現代橋梁工程尚存技術空白。現代無損檢測（cè）和監測技術的（de）發展，對降低橋梁承（chéng）載能力評估的（de）不確定性、間接提高橋梁（liáng）結構安全運營的可（kě）靠度（dù）具有重大意義。

本文刊載 / 《大橋養護與運（yùn）營》雜誌

2021年 第2期 總第14期

作者 / 劉昊 張二華（huá） 吳滌

作者單位 / 四（sì）川省公路規（guī）劃勘測設計研究院有（yǒu）限公司