賀拴海,，工學(xué)博士、二級教授,、博士生導(dǎo)師，長安大學(xué)副校長,。國際橋梁與結(jié)構(gòu)工程學(xué)會會員,，中國土木工程學(xué)會橋梁與結(jié)構(gòu)工程分會理事，中國公路學(xué)會橋梁與結(jié)構(gòu)工程學(xué)會常務(wù)理事,，陜西省公路學(xué)會常務(wù)理事,、副秘書長兼學(xué)術(shù)委員會主任委員，茅以升教育基金會橋梁委員會委員,，陜西省建設(shè)科學(xué)技術(shù)委員會委員,。《中國公路學(xué)報》,、《長安大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）》等學(xué)術(shù)期刊編委,，享受政府特殊津貼。

0 引言

   截至2016年底,，中國已建公路橋梁約80.53萬座,，并且以每年2～3萬的數(shù)量在不斷增加。隨著時間的推移，由于自然環(huán)境,、材料劣化,、施工缺陷、超載因素等,，橋梁結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)不同程度的損傷和病害,，如開裂、下?lián)?、銹蝕等,。需要采取定期檢測的方法，掌握橋梁損傷程度和特征,，從而為結(jié)構(gòu)安全性評價提供依據(jù),。

   公路橋梁檢測的主要內(nèi)容包括外觀損傷、內(nèi)部缺陷,、力學(xué)性能及幾何參數(shù)檢測等,。目前，外觀損傷仍以人工目測為主,，工作強(qiáng)度大,、效率低，需要借助檢測支架或檢測車等設(shè)備接近結(jié)構(gòu)表面,，對檢測人員的專業(yè)知識和經(jīng)驗要求較高,。非接觸式檢測方法近年來有了較大發(fā)展，在結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷檢測方面應(yīng)用較多,，但技術(shù)上仍不成熟,。結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能檢測難度更大，但其對橋梁結(jié)構(gòu)安全性評價起著重要的作用,。近年來,，國內(nèi)外許多學(xué)者基于不同理論和方法提出了多種檢測手段，有力地推動了橋梁檢測技術(shù)的發(fā)展,。諸如應(yīng)力釋放法,、磁通量法、射線法,、超聲法,、電磁波法、圖像識別法等在不同的檢測領(lǐng)域都有一定的應(yīng)用,。與此同時,，在役橋梁的評價方法也在不斷發(fā)展和進(jìn)步，提出了一系列橋梁承載力和安全性評價方法,，有力推動了中國在役混凝土橋梁及鋼橋運(yùn)營期間安全性評價技術(shù)的發(fā)展,。

本文對公路橋梁檢測和評價技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述,，重點(diǎn)論述公路橋梁外觀損傷、內(nèi)部缺陷,、力學(xué)性能及幾何參數(shù)檢測技術(shù),、在役混凝土橋梁及鋼橋評價技術(shù)的應(yīng)用及研究進(jìn)展，指出公路橋梁檢測及評價技術(shù)的發(fā)展趨勢,。

1 橋梁檢測技術(shù)

1.1 結(jié)構(gòu)缺陷檢測

1.1.1 混凝土橋梁外觀缺陷

結(jié)構(gòu)裂縫是混凝土橋梁的主要病害特征,。《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG/TH21-2011)對混凝土橋梁使用階段不同部位裂縫最大寬度有嚴(yán)格限制,，其寬度和分布特征對評價橋梁結(jié)構(gòu)安全性能有重要作用,。常規(guī)檢測中，一般是借助檢測支架,、專用檢測車等輔助設(shè)備,，配合小型裂縫測寬儀、鋼尺和相機(jī)等工具,，通過貼近結(jié)構(gòu)表面,，人工觀測、記錄裂縫分布和特征,。該方法需投入較多的人力,、物力，檢測周期長,、強(qiáng)度大,、費(fèi)用高，大量的檢測記錄還需人工進(jìn)行整理和匯總,。因此,，該檢測方法嚴(yán)重制約著橋梁外觀缺陷檢測技術(shù)的發(fā)展。

近年來,，國內(nèi)外學(xué)者在外觀缺陷的無損檢測方面做了大量研究,。圖像識別技術(shù)由于其遠(yuǎn)距離、非接觸的檢測方式和精度高,、速度快的優(yōu)點(diǎn)，逐漸應(yīng)用到結(jié)構(gòu)外觀檢測領(lǐng)域,，成為橋梁外觀檢測的發(fā)展方向,。該技術(shù)通過目標(biāo)區(qū)域的圖像采集，利用計算機(jī)對圖像進(jìn)行處理和分析,，以識別檢測目標(biāo)和對象的技術(shù),。該方法通過提取圖像特征數(shù)據(jù)，并與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較,，從而確定裂縫或其他缺陷特征,。某試驗梁裂縫識別示意見圖1,。

（a）模型梁裂縫特征示意

（b）識別后的裂縫特征示意

圖1 裂縫圖像檢測示意圖

1.1.2 鋼橋外觀缺陷

鋼橋外觀缺陷主要表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)銹蝕、連接構(gòu)造失效,、構(gòu)件及焊縫的疲勞開裂,。結(jié)構(gòu)開裂及焊縫開裂等病害具有很強(qiáng)的隱蔽性舊常檢查中難以察覺，對結(jié)構(gòu)安全運(yùn)營帶來隱患,。目前鋼橋缺陷檢測主要采用超聲法,、熱成像法和射線法。其中超聲法是焊縫檢測的主要方法,，并寫入中國標(biāo)準(zhǔn)《焊縫無損檢測超聲檢測技術(shù),、檢測等級和評定》（GB/T 11345-2013）。但是,，超聲法在微小缺陷檢測,、材料內(nèi)部特定位置檢測和缺陷形狀檢測方面還需要進(jìn)一步提高。

1.1.3 混凝土橋梁內(nèi)部缺陷

混凝土橋梁在施工澆筑階段易形成空洞,、夾層,、蜂窩等質(zhì)量缺陷，造成混凝土強(qiáng)度的降低（圖2a）,。預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的預(yù)應(yīng)力孔道施工狀況和壓漿密實度均對鋼束的安全性和耐久性有較大影響,。傳統(tǒng)壓漿工藝中的漿液離析現(xiàn)象會造成孔道內(nèi)空洞的產(chǎn)生，導(dǎo)致鋼束嚴(yán)重銹蝕（圖2b）,，進(jìn)而引起結(jié)構(gòu)承載能力降低,。因此，內(nèi)部缺陷是橋梁特殊檢測中的一項重要內(nèi)容,，常用的無損檢測方法有超聲法,、沖擊回波法、雷達(dá)法等,。   

圖2 混凝土橋內(nèi)部缺陷檢測

(1)超聲法

超聲法工作原理是通過測量低頻超聲脈沖波在混凝土中的傳播速度,、首波幅度和主頻率等聲學(xué)參數(shù)來判斷混凝土缺陷位置、類型和尺寸,?？梢酝ㄟ^波幅、聲速,、主頻率和波形變化來判斷缺陷性質(zhì)和大小,。圖3所示為超聲儀檢測混凝土的工作原理。

圖3 超聲法檢測原理示意

(2)沖擊回波法

   沖擊回波法是通過錘擊方式產(chǎn)生瞬時沖擊彈性波并接收沖擊彈性波信號,，通過分析沖擊彈性波及其回波的波速,、波形和頻率等參數(shù),，判斷混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷,。其檢測原理如圖4所示,，通過錘擊使混凝土結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生P波和S波,，并傳輸?shù)交炷两Y(jié)構(gòu)內(nèi)部。P波和S波受內(nèi)部缺陷(聲阻抗差)或外部邊界影響而被反射,。當(dāng)反射波返回混凝土結(jié)構(gòu)表面時,，接收傳感器會測量到二者的位移。由于P波在混凝土內(nèi)部空隙經(jīng)歷多次反射,，傳感器能夠檢測到一系列的低振幅震蕩波譜,，從而反映出混凝土內(nèi)部缺陷。 

圖4 沖擊回波法基本原理

(3)計算機(jī)透析成像(聲波CT)技術(shù)

聲波CT技術(shù)使用聲波穿透混凝土,，由于混凝土內(nèi)部孔隙率,、密實性、彈性模量等影響,，使得聲波產(chǎn)生能量衰減,，根據(jù)透射波走時和能量衰減特征，采用計算機(jī)方法重建聲波穿透混凝土的速度和吸收系數(shù)的分布,，實現(xiàn)混凝土內(nèi)部成像,，進(jìn)而作為混凝土密實性和強(qiáng)度評價的定量指標(biāo)。

長安大學(xué)開展了稀土換能器及系統(tǒng)集成的橋梁無損檢測技術(shù)開發(fā)研究,，研發(fā)了適用于橋梁大體積混凝土無損檢測的大功率（16kW）,、高頻(43kHz)和短余震(小于1個周期)的超磁致伸縮換能器，開發(fā)了基于有限元分析和四端網(wǎng)絡(luò)法的稀土換能器優(yōu)化設(shè)計軟件包,。開發(fā)了具有層析成像功能,，并同時具有測強(qiáng)、測缺和測厚功能的橋梁混凝土結(jié)構(gòu)智能化無損檢測系統(tǒng),。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示,，成像示意如圖6所示。

圖5 混凝土層析成像檢測系統(tǒng)示意

圖6 混凝土層析成像結(jié)果

（4）雷達(dá)法

雷達(dá)法是通過發(fā)射天線向被探測介質(zhì)內(nèi)部發(fā)射高頻電磁波,，根據(jù)電磁脈沖傳播到目標(biāo)物反射回來的時間來確定目標(biāo)物的深度和位置,。不同的介質(zhì)在電磁特性上的差異會造成雷達(dá)反射回波在波幅、波長及波形上的變化,，接收到的雷達(dá)信號經(jīng)計算機(jī)軟件處理后形成雷達(dá)圖像（圖7）,。

圖7 探地雷達(dá)（GPR）原理圖

1.1.4 普通鋼筋銹蝕

   由于結(jié)構(gòu)開裂、碳化作用,、氯離子侵蝕等因素,，使得鋼筋發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而銹蝕。銹蝕不僅造成鋼筋截面積減小,，同時導(dǎo)致體積膨脹，使鋼筋與混凝土之間喪失握裹力,，嚴(yán)重影響橋梁的承載力,。

電位法是目前應(yīng)用最為廣泛的一種評定混凝土結(jié)構(gòu)銹蝕程度的無損檢測方法,，該方法通過測定鋼筋、混凝土組成的電極與混凝土表面的銅,、硫酸銅參考電極之間的電位差,，評定鋼筋的銹蝕狀態(tài)。電位法檢測原理見圖8,。

圖8 電位檢測示意圖

1.1.5 體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼束缺陷

PC橋梁體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼束有效預(yù)應(yīng)力檢測技術(shù)是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn),。預(yù)應(yīng)力典型缺陷主要可以分為4類：孔道定位偏差、管道壓漿密實度,、預(yù)應(yīng)力鋼束銹蝕狀況和鋼束有效張力,。其中，鋼束有效張力是反映橋梁結(jié)構(gòu)狀況最重要的指標(biāo)之一,，直接反映了橋梁的服務(wù)水平,，同時也影響到橋梁正常使用階段的承載力和安全性評價。以下主要介紹預(yù)應(yīng)力鋼束張力的檢測方法,。

長安大學(xué)是國內(nèi)最早開展PC橋梁預(yù)應(yīng)力檢測和狀態(tài)評估的單位,。自2005年開始，長安大學(xué)即開展了PC簡支梁動,、靜力性能研究,，提出了一套較完整的用于檢測有效預(yù)應(yīng)力的半經(jīng)驗公式，形成有效預(yù)應(yīng)力的無損檢測基礎(chǔ)方法—基于動力性能的有效剛度代換法與基于靜力性能的有效剛度代換法,，見圖9,；同時基于靜力學(xué)測試原理，研發(fā)了針對PC橋梁預(yù)應(yīng)力鋼束應(yīng)力有效值的實時獲取專項設(shè)備—預(yù)應(yīng)力鋼索張力測試儀,。該設(shè)備通過預(yù)應(yīng)力鋼絞線橫向張力及相應(yīng)變形的測試,，結(jié)合靜力學(xué)平衡原理建立了特定位移下橫向張力與預(yù)應(yīng)力之間的力學(xué)關(guān)系，達(dá)到鋼束有效張力檢測的目的,，為實橋應(yīng)用提供了一種設(shè)計合理,、靈敏度高、穩(wěn)定性好,、工程實用性強(qiáng)的預(yù)應(yīng)力張力測試設(shè)備,，檢測誤差可控制在３％以內(nèi)，見圖10,。近年來,，預(yù)應(yīng)力鋼束張力測試儀成功應(yīng)用在虎門大橋輔航道橋、嘉紹大橋,、寧夏石嘴山黃河大橋等２０多座橋梁體內(nèi)預(yù)應(yīng)力檢測和評估項目,，得到了行業(yè)的廣泛認(rèn)可。

   圖9 梁體靜動力性能的有效預(yù)應(yīng)力檢測試驗

圖10 預(yù)應(yīng)力鋼索張力測試儀工作原理

1.2 力學(xué)及幾何特性檢測

1.2.1 強(qiáng)度

混凝土強(qiáng)度是結(jié)構(gòu)的一項重要力學(xué)參數(shù),，對保證橋梁結(jié)構(gòu)承載力和運(yùn)營安全性具有重要影響,，也是評價橋梁施工質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo),。在役混凝土橋梁混凝土強(qiáng)度檢測方法主要有鉆孔取芯法、回彈法,、超聲回彈綜合法,、拔出法、壓痕法等,。其中回彈法是主要的檢測方法,，目前是新橋無損強(qiáng)度檢測的主要方法。由于強(qiáng)度檢測技術(shù)相對較為成熟,，此處不再贅述,。

1.2.2 結(jié)構(gòu)應(yīng)力

應(yīng)力釋放法是解決恒載下結(jié)構(gòu)應(yīng)力測試的有效手段之一。其基本原理是采用機(jī)械切割的方法,，對有初始約束應(yīng)力的測試構(gòu)件進(jìn)行切割,，達(dá)到應(yīng)力釋放目的。再對切割前后構(gòu)件的應(yīng)變進(jìn)行測試,，得到構(gòu)件的應(yīng)力狀態(tài),。目前，多用于鋼結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力測試,。見圖11,。

圖11 普通鋼筋應(yīng)力釋放法示意

1.2.3 索力

現(xiàn)代大跨徑斜拉索、系桿拱橋吊桿及懸索橋吊桿多采用柔性索結(jié)構(gòu),，采用合理的方法進(jìn)行索力及吊桿力測試是保證橋梁施工和運(yùn)營安全的必要手段,。目前索力測試主要有壓力表測定法、壓力傳感器測定法,、頻率法和磁通量法,。

壓力表測定法是根據(jù)千斤頂液壓推算張力的一種方法，該方法主要用于施工階段,。壓力傳感器測定法是在施工階段安裝壓力傳感器,，達(dá)到對索力的實時監(jiān)測。該方法精度相對較高,，但壓力傳感器售價比較高,，一般作為頻率法的補(bǔ)充，僅對特定拉索或吊桿進(jìn)行監(jiān)測,。

頻率法是根據(jù)索力與索的振動頻率之間的對應(yīng)關(guān)系,，在已知索長度、兩端約束情況,、分布質(zhì)量等參數(shù)時,，通過測量拉索在環(huán)境振動激勵下的振動信號，經(jīng)過分析得出斜拉索的自振頻率，進(jìn)而由索力與拉索自振頻率之間的關(guān)系獲得索力,。

磁通量法是利用套在拉索或吊桿外部的小型電磁傳感器來測定磁通量變化,，根據(jù)索力、溫度與磁通量變化的關(guān)系,，推算索力或吊桿力。磁通量法是一種相對值測量方法,，能夠?qū)崿F(xiàn)索力變化量的實時監(jiān)測,，不能用于索力絕對值的測量，限制了該方法的應(yīng)用領(lǐng)域,。

1.2.4 變形

橋梁抵抗活載的變形能力是評價橋梁正常使用階段結(jié)構(gòu)剛度特征的重要參數(shù),，主要包括主梁撓度、主塔塔頂三維變位,。變位測試方法包括接觸式撓度計,、激光撓度儀、光電撓度儀,、基于圖像識別的撓度測試系統(tǒng)等,。基于數(shù)字圖像技術(shù)的橋梁撓度測量方法通過比較未結(jié)構(gòu)變形前和變形后的數(shù)字圖像來獲得結(jié)構(gòu)變位信息,，具有遠(yuǎn)距離,、非接觸、速度快,、精度高,、方便快捷等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)成為橋梁荷載試驗和其他建筑物相對撓度變化測試的新方法,。

以上簡要介紹了橋梁外觀,、內(nèi)部缺陷檢測、幾何特征及力學(xué)特征檢測以及預(yù)應(yīng)力綜合檢測等方面的檢測手段,、原理和方法,。為了便于歸類，表2給出了目前橋梁檢測中的主要方法,。

表2 橋梁結(jié)構(gòu)主要檢測方法

2 橋梁評價技術(shù)

橋梁結(jié)構(gòu)性能隨運(yùn)營時間和交通量的增加逐漸下降,，需要采取合適的評價方法對其承載能力進(jìn)行評定，以保證橋梁結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)營,。在役橋梁承載力評定受多重因素影響,，其服役期間的技術(shù)狀況和安全性評價難度遠(yuǎn)大于新建橋梁。

2.1 在役橋梁一般評價方法

   對于服役期間的橋梁,，其技術(shù)狀況評價方法一般可分為以下7類:

2.1.1 打分排序法

技術(shù)人員通過對橋梁進(jìn)行檢查,，按照一定規(guī)則和要求，對橋梁進(jìn)行技術(shù)狀況評定。中國交通運(yùn)輸部《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》（JTGH11-2004）給出的橋梁技術(shù)狀況評定方法即打分法,。將橋梁分成部件和構(gòu)件,，根據(jù)各部件權(quán)重進(jìn)行橋梁等級評定。

2.1.2 分析檢算法

分析檢算法通過引入橋梁損傷參數(shù),，對橋梁抗力進(jìn)行折減,，并采用強(qiáng)度驗算的方法評價橋梁承載力?！豆窐蛄撼休d能力檢測評定規(guī)程》（JTG/TJ21-2011）通過引入多個檢算系數(shù)對橋梁承載力進(jìn)行量化評定,。

2.1.3 荷載試驗法

荷載試驗法是通過對橋梁直接施加相當(dāng)于設(shè)計荷載（或目標(biāo)荷載）的試驗荷載，直接測試結(jié)構(gòu)控制截面的應(yīng)力和變形,，并與理論值進(jìn)行比較,。由于荷載試驗過程中已經(jīng)綜合反映了橋梁缺陷和損傷，且能夠直接得到橋梁控制截面的力學(xué)指標(biāo),，因此,，該方法是目前唯一能夠準(zhǔn)確評價橋梁實際承載能力的方法。但是,，荷載試驗方法費(fèi)時費(fèi)力,，費(fèi)用較高，且需要臨時中斷交通,，一般是在外觀檢測和分析檢算基礎(chǔ)上,，綜合確定是否采用。

2.1.4 專家評定法

    專家評定法以專家意見調(diào)查權(quán)重及其關(guān)系為依據(jù),，采用計算機(jī)模擬專家的知識,、經(jīng)驗水平和決策機(jī)理，對損傷橋梁進(jìn)行的綜合評價方法,。但是,，由于工程問題的復(fù)雜性，許多不確定因素或理論問題無法數(shù)值化,，系統(tǒng)建立的難度較大,。因此，該方法的應(yīng)用受到限制,，目前僅用于為模糊評價法提供依據(jù),。

2.1.5 可靠度法

可靠度法是從結(jié)構(gòu)概率安全性角度出發(fā)，將結(jié)構(gòu)抗力和荷載均看作隨機(jī)過程,，考慮材料退化,，計算結(jié)構(gòu)可靠性指標(biāo)。近年來,，可靠度法成為評定橋梁承載力的研究熱點(diǎn),。但是由于橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件眾多,，系統(tǒng)復(fù)雜，最低可靠度指標(biāo)較難確定,。

2.1.6 層次分析法

層次分析法是按結(jié)構(gòu)組成的支配關(guān)系將復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)表示為有序的遞階層次結(jié)構(gòu),，通過兩兩比較確定層次中因素的相對重要性，綜合人的判斷以決定因素相對重要性順序,，統(tǒng)一處理決策中的定性與定量因素進(jìn)行評價,，是一種模糊評價方法。層次分析法只能從已知方案中優(yōu)選,，不能生成方案,，得出的結(jié)果只是粗略排序，主觀成分較大,，是一種定量與定性相結(jié)合的方法。

2.1.7 模糊綜合評價法

模糊綜合評價法將安全與不安全,、穩(wěn)定與不穩(wěn)定,、健康與不健康等不確定性現(xiàn)象及結(jié)構(gòu)量變到質(zhì)變連續(xù)過程用模糊數(shù)學(xué)來定量表示，進(jìn)而分析其綜合結(jié)果,。

除此之外,，國內(nèi)外學(xué)者還提出了灰色理論法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等評價方法,，在橋梁安全性評價方面均有所應(yīng)用,。

2.2 在役混凝土橋梁評價新方法

2.2.1 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

早期修建的大量低標(biāo)準(zhǔn)RC梁橋由于裂縫和鋼筋銹蝕，造成結(jié)構(gòu)性能嚴(yán)重下降,，急待對其進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)性能評價,，以保證橋梁安全運(yùn)營。長安大學(xué)自20世紀(jì)90年代開始,，系統(tǒng)開展了RC橋梁結(jié)構(gòu)性能評價研究工作,。通過RC板梁室內(nèi)試驗的裂縫特征，經(jīng)回歸分析及結(jié)構(gòu)非線性分析,，建立了以裂縫統(tǒng)計特征推測結(jié)構(gòu)受壓區(qū)高度,、變形曲率，進(jìn)而預(yù)測結(jié)構(gòu)配筋率的方法,，達(dá)到結(jié)構(gòu)性能進(jìn)評估評價的目的,。

RC梁裂縫的離散性較大，但從統(tǒng)計學(xué)觀點(diǎn)來看,，裂縫的某些參數(shù)又有一定規(guī)律,，且與截面的力學(xué)性能密切相關(guān)。若取出開裂梁段,，則此梁段內(nèi)裂縫統(tǒng)計參數(shù)有：裂縫的平均高度,，裂縫的總寬度和裂縫平均統(tǒng)計間距等。根據(jù)裂縫統(tǒng)計特征、彎矩M,、梁高h,、受壓區(qū)高度x及曲率特征，可得到開裂梁段的平均分析剛度,、彎矩及裂縫統(tǒng)計參數(shù)預(yù)測剛度及裂縫統(tǒng)計參數(shù)直接預(yù)測剛度,，從而實現(xiàn)RC梁剛度預(yù)測。

為了反映在役RC梁帶裂縫工作的特性,，引入一個能夠反應(yīng)結(jié)構(gòu)當(dāng)前平均工作性能的參數(shù),，即名義配筋率。它是結(jié)構(gòu)在目前狀態(tài)下綜合了各種因素,、能表示其結(jié)構(gòu)特征而預(yù)測的配筋率,，可根據(jù)結(jié)構(gòu)預(yù)測剛度結(jié)合受拉鋼筋保護(hù)層厚度推算求出。再根據(jù)RC梁名義配筋率,，按照變形控制,、裂縫控和強(qiáng)度控制要求，得到RC梁承載能力的表達(dá)式,。

2.2.2 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)

針對大跨徑PC箱梁橋出現(xiàn)的開裂與下?lián)喜『?，長安大學(xué)系統(tǒng)開展了開裂和下?lián)系念A(yù)應(yīng)力混凝土橋梁承載力和安全性評價研究，結(jié)合最新預(yù)應(yīng)力檢測手段,，提出了基于裂縫統(tǒng)計特征以及基于有限點(diǎn)預(yù)應(yīng)力測試的在役PC梁橋承載力評價方法,。

（1）基于裂縫特征的在役PC梁橋承載力評估

對于開裂損傷的在役PC梁橋，參考RC梁橋裂縫統(tǒng)計特征的建立方法,，對受彎段橫向裂縫（以下稱為正裂縫）區(qū)域建立了裂縫統(tǒng)計特征參數(shù),，從而將不規(guī)則實際裂縫特征轉(zhuǎn)變?yōu)榱芽p分布的數(shù)學(xué)模型。正裂縫區(qū)段的階梯型折減剛度及截面受力特征如圖12所示,。圖中B為混凝土梁截面剛度,，為截面曲率，x為受壓區(qū)高度,，為任意高度應(yīng)變,，為平均應(yīng)變，為應(yīng)力,。

（a）開裂后階梯型剛度分布

（b）正截面應(yīng)力分布示意

圖12  正裂縫區(qū)域單元特征簡化示意

截面平衡狀態(tài)示意如圖13所示,。其中為壓區(qū)邊緣應(yīng)變，為拉區(qū)邊緣應(yīng)變,，,、分別為受拉區(qū)、受壓區(qū)普通鋼筋應(yīng)力,，,、分別為受拉區(qū),、受壓區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力，,、分別為普通鋼筋與預(yù)應(yīng)力鋼筋彈模與混凝土彈模比,，M為截面彎矩，N為軸力,，其余與前相同,。

圖13 正裂縫區(qū)段截面應(yīng)力（應(yīng)變）平衡狀態(tài)

對于斜裂縫區(qū)段，將斜裂縫之間的混凝土部分看作受壓斜桿,，則箱梁斜裂縫以上部分可看作是形剛架,，簡化為上弦桿；斜裂縫以下部分看作槽形剛架,，簡化為下弦桿,，從而建立了斜裂縫區(qū)域平面剛架模型，如圖14所示,。其中為平均開裂高度,，為斜裂縫平均傾角，為開裂范圍,。

（a）引入裂縫統(tǒng)計特征后的斜裂縫分布

（b）單元劃分示意

圖14 平面框架模型示意

為了反映橋梁承載力和剛度下降程度，引入剛度折減系數(shù)和承載力折減系數(shù)β兩個指標(biāo),。其中為開裂后的抗彎剛度與截面初始抗彎剛度為的比值,，β為開裂前橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計荷載與開裂后橋梁結(jié)構(gòu)對應(yīng)于設(shè)計狀態(tài)的開裂服務(wù)荷載的比值。

（2）基于有限點(diǎn)預(yù)應(yīng)力的在役PC梁橋承載力評估

通過前述的預(yù)應(yīng)力鋼束張力檢測方法,，可得到有限點(diǎn)預(yù)應(yīng)力鋼束張力,。首先需要將普遍采用的組合曲線型鋼束進(jìn)行歸納，依據(jù)幾何型式抽象為一個具有代表性的統(tǒng)一數(shù)學(xué)模型,。摩阻損失沿程分布示意如圖15所示,。

圖15 摩阻損失分布示意

在得到主損失和考慮反摩阻影響的附加損失后，即可求得任意位置鋼束應(yīng)力,。采用以上方法,，通過有限點(diǎn)預(yù)應(yīng)力鋼束張力測試和預(yù)測，得到沿程預(yù)應(yīng)力損失規(guī)律與截面應(yīng)力分布和剛度狀況,，同樣可以得到結(jié)構(gòu)實際承載力狀況,。

3 結(jié)語

橋梁檢測技術(shù)和評價技術(shù)已成為多學(xué)科理論、方法,、技術(shù)相互結(jié)合的交叉研究領(lǐng)域,，其方法研究和實際應(yīng)用得到了長足的發(fā)展。本文對公路橋梁檢測和評價技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行了闡述,，重點(diǎn)論述了公路橋梁缺陷檢測技術(shù),、力學(xué)性能及幾何參數(shù)檢測技術(shù),、在役混凝土結(jié)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)橋梁評價技術(shù)的應(yīng)用及研究進(jìn)展。主要結(jié)論如下：

（1）橋梁外觀缺陷檢測是橋梁技術(shù)狀況評定的主要內(nèi)容,，傳統(tǒng)檢測方法需要借助橋梁專用檢測車或檢測支架,，檢測周期長、工作強(qiáng)度大,、費(fèi)用高,，嚴(yán)重阻礙橋梁檢測技術(shù)進(jìn)步?；趫D像識別的檢測方法具有遠(yuǎn)距離,、非接觸、高精度,、高效率的優(yōu)點(diǎn),，成為橋梁外觀檢測的發(fā)展方向。

（2）橋梁內(nèi)部缺陷檢測是檢驗橋梁施工質(zhì)量和工藝的重要依據(jù),，傳統(tǒng)超聲檢測法精度不高,，沖擊回波法又不能準(zhǔn)確反映病害深度?；诖蠊β?、高頻率和短余震的超磁致伸縮換能器，具有層析成像功能的計算機(jī)透析成像技術(shù),，可快速,、準(zhǔn)確地實現(xiàn)大體積混凝土內(nèi)部缺陷檢測和評價。

（3）混凝土橋梁預(yù)應(yīng)力檢測技術(shù)一直是PC橋梁檢測的重點(diǎn)和難點(diǎn),，本文提出的預(yù)應(yīng)力成套檢測技術(shù)可實現(xiàn)預(yù)應(yīng)力孔道定位,、管道壓漿密實度、預(yù)應(yīng)力鋼筋銹蝕和鋼束張力等4項預(yù)應(yīng)力關(guān)鍵參數(shù)的定量測試,，為PC橋梁安全性評價提供了重要依據(jù),。

（4）由于早期服役的RC橋梁經(jīng)常存在資料不全的問題，本文提出了基于裂縫統(tǒng)計特征的鋼筋混凝土承載力評價方法,，通過建立裂縫與結(jié)構(gòu)受壓區(qū)高度,、曲率的關(guān)系，提出名義配筋率概念,，進(jìn)而進(jìn)行剛度預(yù)測和承載力評價,，有效解決了基于外觀檢測手段的RC橋梁安全性評價。

（5）針對大跨PC梁橋普遍存在的開裂和下?lián)系膯栴},，一方面基于主要受力裂縫的外觀統(tǒng)計特征,，通過構(gòu)造正裂縫區(qū)損傷單元和斜裂縫區(qū)損傷單元，采用剛度折減方法,，建立了基于裂縫統(tǒng)計特征參數(shù)的損傷預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁計算模型,，實現(xiàn)了損傷預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)安全性量化評價,；另一方面，基于有限點(diǎn)預(yù)應(yīng)力鋼束應(yīng)力的直接測試,，結(jié)合預(yù)應(yīng)力損失沿程分布模型和截面非線性分析方法,，同樣可以得到橋梁剛度分布和特征，從而實現(xiàn)PC梁橋運(yùn)營階段的承載能力評價,。