桥梁养护与加固1-4

'桥梁养护与加固桥梁养护与加固（讲义）长安大学公路学院桥梁系115 桥梁养护与加固目录第一章概述2第一节国内外公路桥梁养护概述2第二节桥梁养护维修与加固改造的基本概念6第三节桥梁加固改造特点9第二章公路桥梁检查15第一节公路桥梁的检查15第二节公路桥梁的细部检查26第三节公路桥梁常见裂缝检查31第三章公路桥梁检测42第二节公路桥梁的特殊检查42第二节公路桥梁材料性能检测45第三节公路桥梁荷载试验检测78第四章公路桥梁评定92第一节公路桥梁线路整体评定92第二节公路桥梁外观调查评定94第三节公路桥梁分析计算评定99第四节公路桥梁荷载试验评定105第五节公路桥梁动力测定的快速评定法109第五节公路桥梁的专家系统评定113115 桥梁养护与加固第一章概述第一节国内外公路桥梁养护概述一、国外公路桥梁养护现状公路桥梁承载能力降低、通行能力不足，不能满足迅速发展的交通事业的需求，是世界各国普遍面临的问题。公路桥梁原设计标准低、结构构件老化，各种材料强度降低也早已引起了了世界各国的普遍关注。美国、日本、丹麦等发达国家在公路桥梁的检测、评定、技术改造及管理系统等方面作了大量的研究工作。1981年4月联合国经济合作与发展组织（OCED）主持召开了关于“道路桥梁维修与管理”的会议，会议提出了桥梁养护方面有待研究的六个问题：①如何正确评价现有桥梁的实际承载能力与安全度②如何及早检查发现桥梁产生的损坏及异常现象，正确地检定结构物的损坏程度，从而采用合理的维修加固方法③桥梁损坏与维修加固的实际应用④桥梁维修加固新技术⑤桥梁设计与维修管理的关系（如何把维修加固中发现的问题，放到今后桥梁设计中进行考虑）⑥桥梁维修加固的展望。1991年第二届混凝土耐久性国际学术会议上，METHA教授在其报告中指出：“当今世界，混凝土破坏的原因，按重要性递降顺序排列是：钢筋腐蚀、寒冷气候下的冻害、侵蚀环境下的物理化学作用”，“40年代以来，混凝土建筑工业的迅猛发展，通过硅酸盐水泥组成变化，导致坍落度大的混凝土拌合物易发生中和作用。用这种混凝土制作的构件强度能满足要求，但从钢筋保护和混凝土耐冻、耐腐蚀的角度看，则不满意，即当今更多的混凝土结构，比50年前更不耐久。”在桥梁检测方面，美国是目前世界上最发达的国家，其发展基本上代表了目前世界上的最新水平：①无损检测（NDE-NONDESTRUCTIVEEVALATION）是诸多检测方法中使用最普遍的，历史上的NDE技术主要有涡流仪，磁试验透入试验，X射线试验和超声试验五种，目前这些技术又有了新的发展：如声发射、磁分子和磁漏。BARKHAUSEN噪声、涡流、电、γ或X射线照相和层析摄像仪、全息摄影、冲击反射和回弹锤、远红外热像仪、微波吸收、中子射线照相和散射、核磁共振、光干涉、流体渗透、脉冲雷达、超声波、X射线衍射、共振超声光谱仪和振动模态分析等。②115 桥梁养护与加固对混凝土进行探伤或半探伤检测的技术也已比较成熟：如拨拉（间接抗剪、抗拉强度）、拉伸（抗拉强度）、折断（抗折模量）、WINDSON试验（抗贯入）、TESCON试验（应力—应变关系）、CORES试验（强度）、成熟度法（温度与时间关系）和渗透性试验（氯离子、电和气体渗透）等。③目前正致力于研究用超导材料技术进行混凝土结构钢筋锈蚀度的检测方法。在桥梁评定方面，各国都根据具体情况制定了分级排序的国家标准，基本方法大同小异，都是采用模糊分级的方法。美国主要采用桥梁缺陷分级标准—美国联邦公路管理局（FHWA）对每座桥梁收集90个项目的数据，将桥梁缺陷分为10级(0～9)。英国主要采用桥梁检测优先级标准—依据桥龄分级Ra、桥型分级Rf、薄弱部位分级Rd、交通量分级Rv，Ru、路线重要性分级Ri等进行整体评分分级TA（TA=4Ra+2Rf+Rd+Rv+Ru+Ri），并依据TA将检测优先级分为5级（1～5），等级数越小的桥梁越应予以优先检测。日本、加拿大主要采用了荷载效应的修正法进行承载能力评定法（目前正向专家系统评估方向发展）。前苏联在桥梁评价和寿命评估方面也作了不少研究工作，并提出了相应的评定标准。在桥梁技术改造方面，发达国家发展已趋成熟：美国及西欧的一些国家先后编制了桥梁加固与维修指南，成立了专业施工队伍，使桥梁技术改造向专业化、标准化方向发展。最常见的加固技术主有：增大截面和配筋加固②粘贴钢板(筋)加固；改变结构受力体系加固；桥面补强层加固；增加辅助构件加固；体外预应力加固；粘贴复合材料（如碳纤维）加固等。在桥梁养护管理系统方面，美国、日本、丹麦等发达国家先后建立了完善的桥梁养护管理计算机系统，并通过系统研究形成了一套完整的桥梁检测、评定与技术改造体系。二、我国公路及桥梁现状50年来，特别是改革开放以来，我国公路建设已取得巨大成就。但是，由于基础十分薄弱，我国公路建设总体上还不能适应国民经济和社会发展的需要，与发达国家的先进水平相比还有较大差距。从公路技术等级看(见表1-1)，在全国公路总里程中还有近20万公里等外公路，等外公路仍占到公路总里程的14％以上；从行政区划分布看，由于经济发展和人口分布的不平衡，公路发展在东、西部地区之间存在着较大差距。115 桥梁养护与加固上世纪末我国各地区公路里程、公路密度及公路技术等级构成表1-1　区域公路里程公路密度公路技术等级构成(%)(公里)(公里/百平方公里)合计高速一级二级三级四级五级全国总计135169114.11000.91.310.419.953.114.4东部地区47915837.21001.43.013.921.152.48.3中部地区45498116.71000.60.510.521.552.714.1西部地区4174487.91000.50.36.116.854.521.850年来，我国桥梁建设也取得了飞速发展，现有桥梁已超过了24万座。但据1999年全国桥梁普查资料，94%以上桥梁为中、小跨径桥梁，且大部分分布在技术标准低、通行能力差的县乡公路上，约有1/3处于3、4类的状况。除此而外，属荷载标准低、桥面宽度窄、不能满足通行要求的约占桥梁总长的15％。我国公路桥梁的主要技术缺陷有七个方面（见表1—2）可喜的是：多年以来特别是改革开放以来，我国的桥梁工作者对公路桥梁的检测、评定、技术改造进行了大量的研究工作，并取得了一定的成绩。在桥梁检测方面：我国在大量引进并相继开发了混凝土强度和缺陷超声波检测设备、智能化红外成像测试设备，智能钢筋及保护层测量仪和钢筋锈蚀电位测量设备等等先进设备。这些先进检测仪器的引进、研制与开发为我国公路桥梁检测，特别是钢筋混凝土桥梁材质状况的检测提供了更加先进、更加科学的保障。在桥梁评定方面：交通部于1988年颁布了《公路桥梁承载能力评定方法(试行)》，该方法主要是基于荷载试验评定方法，其对桥梁承载能力的检算基本上是按现行的有关公路桥梁设计规范进行，并根据桥梁的调查、检算及荷载试验情况，采用桥梁检算系数Z1和Z2对检算结果进行适当的修正。近年来，国内外一些学者在桥梁承载能力评定方法方面曾做过大量的潜心研究，先后提出了“以计算为主的评定方法”、“基于桥梁质量检查的评定方法”、“动态法测定桥梁承载能力”及“荷载试验与计算分析相结合的方法”等多种方法。我国学者还通过努力，使我国所特有的双曲拱桥、组合梁桥等有了专门的完整评定方法。目前交通部公路科学研究所已着手修订《公路桥梁承载能力鉴定方法（试行）》，并将在此基础之上制定《公路桥梁承载能力检测评定规程》。115 桥梁养护与加固我国桥梁七大技术缺陷表1—2缺陷一设计荷载标准偏低，承载能力不足：早期建造的桥梁，特别是60年代、70年代建造的桥梁，设计荷载大多为汽-13、拖-60或汽-15、拖-80，还有相当一部分桥梁的荷载标准仅为汽-10、履带-50，甚至低于汽车-10级。随着交通量的增加和荷载等级的提高，原有桥梁已经无法满足现今交通的需要，有的桥梁已出现严重病害，有的桥梁有出现病害的可能。缺陷二通行能力不足：桥面宽度不足；桥梁平面线形、纵断面线形标准太低。桥上通车净空或桥下通车净空不足。缺陷三人为及自然因素引起结构的损坏：超出设计的洪水、泥石流、浮冰、冰冻、地震、强风、船舶撞击，河道不恰当开挖，桥梁基础下的岩溶、矿山坑道等，引起桥梁结构的局部损害。缺陷四超期服役：这一部分桥梁并不是太多，主要是建造时期较早，如50、60年代建造的桥梁，设计使用寿命一般只有30～50年，这些桥梁目前仍在使用中。缺陷五超负荷使用：这一部分桥梁按路线等级或者预期设计荷载等级来说，设计荷载等级并不低，但由于一些特殊原因，桥梁使用荷载大大超出设计荷载，致使桥梁长期在超重荷载作用下运营。（在我省尤应引起重视）缺陷六设计、施工的先天不足：有些桥梁设计上不是很合理，结构构造处理不合理，桥梁在早期运营时其缺陷并不明显，运营一定时间后，病害逐渐显现出来。有些桥梁由于受施工质量、施工技术、施工手段等影响，存在一定的技术缺陷，随着运营时间的增加，其病害也逐渐在发展。缺陷七养护维修或加固措施不当：有些桥梁的技术缺陷则是由于养护维修不恰当引起的。如桥面维修增加过大的恒载，致使桥梁负担加重；桥面排水处理不当，桥面渗水；如支座维修不当，约束了承重结构的变形等。有些桥梁则是加固不当引起的。如加固施加的预应力大小或者位置不恰当，引起结构的二次病害；如结构体系改变不合理，致使结构的关键部位应力超限等。在桥梁加固方面，产、学、研密切合作，结合工程实践展开了大量研究工作，并取得了丰硕的理论成果：1991年中国工程建设标准协会制订颁布了《混凝土结构加固技术规范》。2004年交通部颁布了《公路桥涵养护规范》（JTGH11-2004）。交通部已着手编制《公路桥梁检算办法》、《公路混凝土桥梁加固技术规程》，该规程在规范指导公路混凝土桥梁加固方面意义重大。近年来，新材料、新工艺的大量出现也为我国桥梁技术改造提供了更加广阔的研究空间。我国在桥梁的检测、评定与加固方面取得了飞速的进步。但同西方发达国家相比在以下五个方面仍存在着较大差距：115 桥梁养护与加固1、桥梁检测手段和仪器设备的开发研制；2、桥梁检测、评定、加固的系统化及标准化；3、加固维修材料和工艺设备；5、相关技术标准、应用规程及施工指南的制定。综上，我们桥梁养护工作者仍需加倍努力，缩短差距，使我国桥梁养护早日走上可持续发展之路。第二节桥梁养护维修与加固改造的基本概念为保证桥梁的正常运营，尽量保持和延长桥梁的使用年限，对桥梁结构进行日常养护维修是非常必要的。当桥梁结构物无法满足承载能力、通行能力（如荷载标准提高、原结构严重损伤从而使承载能力降低、桥面过窄妨碍车辆畅通）、防洪等要求时，则需对桥梁结构进行必要的加固、拓宽等技术改造。因此桥梁竣工验收并交付使用后将进行两方面的工作，其一是日常的养护维修，其二是针对桥梁在运营过程中实际存在的问题与新的使用要求，进行必要加固改造。具体来说，桥梁养护的工作内容主要有以下几方面：1)技术状况检查；2)建立和健全完善的桥梁技术档案；3)桥梁构造物的安全防范；4)桥梁构造物的经常保养、维修和加固。一、桥梁的养护维修桥梁的养护维修（maintenance），是指为保持桥涵及其附属物的正常使用而进行的经常性保养及维修作业，预防和修复桥涵灾害性损坏与提高桥涵质量、服务水平而进行的改造。桥涵的养护按其工程性质、规模大小、技术难易程度应划分为小修保养、中修、大修、抢修工程四类，各类养护工程分别包括下列内容：（表1-1-5）1、小修保养（routinemaintenance）工程：对公路桥涵及其工程设施进行预防性保养和修补轻微损坏部分使其经常保持完好状态的工程项目。由基层管理机构在年度小修保养定额经费内，按月（旬）排计划，经常进行。2、中修（intermediatemaintenance）工程：对公路桥涵及其工程设施的一般性磨损和局部损坏进行定期的维修与加固，使其恢复原状的小型工程项目。由基层管理机构按年（季）安排计划并组织实施。115 桥梁养护与加固3、大修（heavymaintenance）工程：对桥涵及其工程设施的较大损坏进行周期性综合修理，以全面恢复到原设计标准,或在原技术等级范围内进行局部改善和个别增建，以逐步提高通行能力的工程项目。4、抢修（emergencyrepair）工程:当桥涵因水毁等自然灾害及超载、意外事故造成交通中断或者严重影响通行的破坏而采取迅速恢复交通的工程措施。小修保养、中修工程，主要是对危害桥梁正常运营的部分进行修缮。例如桥面照明系统、桥面铺装层、桥面伸缩缝装置、桥面防水设施、桥梁主体结构（如钢筋混凝土桥梁等的裂缝等）、桥梁支座、桥梁墩台身及基础、桥梁防护构造等的缺陷，都会影响桥梁的正常运营及使用年限，严重的甚至会导致桥梁承载能力的降低。因此，在桥梁使用过程中对其进行日常的维修养护是一项非常重要的工作，而这项工作具有普遍性，涵盖了一～五类所有的桥梁，不仅是针对技术状况较好的一～二类桥梁，也针对技术状况较差的三～五类桥梁。大修工程主要针对病害严重、技术状况较差的桥梁，比如三、四类桥梁，所以部分大修工程可归类为加固改造工程。桥梁的加固改造工作重点，往往是针对桥梁的承重结构，但同时也必须对上述影响桥梁正常使用的部分进行维修整治。桥梁涵洞养护工程分类范围见表1—3。桥梁涵洞养护工程分类范围表表1—3工程项目小修保养中修工程大修工程改建工程桥梁涵洞隧道保养：l．清除污泥、积雪、积冰、杂物，保持桥面的清洁。2．疏通涵管，疏导桥下河槽。3．伸缩缝养护，泄水孔疏通钢支座加润滑油，栏杆油漆4．桥涵的日常养护。5．保持隧道内及洞口清洁。1．修理、更换木桥的较大损坏构件及防腐。2．修理更换中小桥支座、伸缩缝及个别构件。3．大中型钢桥的全面油漆除锈和各部件的检修。4．永久性桥墩、台侧墙及桥面的修理和小型桥面的加宽5．重建、增建、接长涵洞6．桥梁河床铺底或调治构造物的修复和加固。7．隧道工程局部防护加固8．通道的修理与加固。9．排水设施的更新。10．各类排水泵站的修理1．在原技术等级内加宽、加高大中型桥梁。2．改建、增建小型桥梁和技术性简单的中桥。3．增改建较大的河床铺底和永久性调治构造物。4．吊桥。斜拉桥的修理与个别索的调整更换。5．大桥桥面铺装的更换。6．大桥支座、伸缩缝的修理更换。7．通道改建。8．隧道的通风和照明排水设施的大修或更新。9．隧道的较大防护、加固工程l．提高公路技术等级，加宽、加高大中型桥梁。2．改建，增建小型立交桥。3．增建公路通道。4、新建渡口的公路接线、码头引线。5．新建短隧道工程。小修：l．局部修理、更换桥栏杆和修理泄水孔、伸缩缝、支座和桥面的局部轻微损坏。2．修补墩、台及河床铺底和防护圬工的微小损坏。3．涵洞进出口的铺砌加固。4．通道的局部维修和疏通修理排水沟。5．清除隧道洞口碎落岩石和修理圬工接缝，处理渗漏水115 桥梁养护与加固二、桥梁的加固桥梁加固（strengthening）的含义为对有缺陷的桥梁主要承重构件进行补强，改善结构性能，恢复和提高桥梁结构的安全度，提高其承载能力通过能力，以延长桥梁的使用寿命，使整个桥梁结构可满足规定的承载力要求，并满足规定的使用功能需求。桥梁加固一般是针对三～五类桥梁，个别的是针对荷载等级的桥梁或者是临时需要通过超重车的桥梁。有些时候，加固补强和桥梁拓宽、桥梁抬高等技术改造工程同时进行的，满足并适应发展了的交通运输的要求。桥梁结构的安全性包括结构的强度、刚度、稳定性及耐久性等指标，即桥梁结构必须满足承载能力要求及正常使用功能要求：桥梁结构应具有足够的强度，以承受作用于其上的荷载，使桥梁结构的构件或其连接不致破坏；结构各部分应具有足够的刚度，以使其在荷载作用下不产生影响正常使用的变形；构件的截面必须有适当大小的尺寸，以使其在受压时不发生屈曲而丧失稳定性。对桥梁结构不仅要保证结构具有整体强度、刚度及稳定性，而且必须保证结构各组成部分具有足够的强度、刚度及稳定性，同时结构物必须具备良好的使用性能与耐久性。但是，桥梁结构由于所受荷载的随机性、材料强度的离散性、制造与安装质量的不确定性以及理论计算的近似性等原因，其实际安全度往往是一个不确定值。有的桥梁由于设计与建造年代久远，设计荷载标准偏低，而重车增多后而不适应；有的桥梁由于采用了不恰当的结构形式或采用了不合理的设计计算方法，导致桥梁结构实际受力状态与力学图式不尽相符；有的桥梁在施工时由于质量控制不严、管理不当造成不应有的缺陷；有的则因不注意日常养护维修整而导致结构产生缺陷；有的是使用不当而不能维持正常的工作条件等。三、桥梁的技术改造桥梁的技术改造（improvement）是一个综合性的概念，包括桥梁的加固补强、桥梁拓宽、桥梁抬高、桥梁平面线形改善等多项工作，凡是利用原有桥梁结构，通过特定的技术措施，使原桥梁结构荷载等级提高、通行能力增强、使用性能得到改善的，统称为桥梁技术改造。不过，桥梁技术改造的重点是指除加固补强以外的技术改善工作，本书中的含义即为此，并简称“改造”。桥梁技术改造基本上与公路养护中的桥梁“新改建工程”中的改建工程含义基本一致。115 桥梁养护与加固第三节桥梁加固改造特点桥梁加固改造是一项十分重要而又极具将专业知识灵活运用的工作，即将专业基础理论与实际已有病害的桥梁结构结合在一起，需要考虑的因素及涉及到方方面面的问题，从某种意义上讲，无论是加固改造方案的拟定与设计计算，还是加固改造的具体实施，其难度往往比新建桥梁还大。一、桥梁加固改造中的技术分类桥梁主要承重结构的加固补强的根本目的是为了恢复和提高其承载能力，改善其使用性能，防止桥梁结构的安全隐患，提高其通行能力。加固与技术改造的方法大致分以下几种类型：1、加固补强薄弱构件对于有严重缺陷或因通行重型车辆而不能满足承载力要求的薄弱构件，可以采用以新的材料（钢筋、钢板、混凝土、复合材料等），增大构件的截面尺寸、增设外部预应力钢筋或用化学粘贴剂粘贴补强材料等补强措施进行加固补强，这种方法实际上是通过增加的刚度或增加受力材料数量来提高原构件的承载能力。2、增设辅助构件在原结构基础上增加新的受力构件，如在多梁式梁桥中为增强横行联系而增设的端横梁、中横梁；又如桩基承载力不足时增设扁担桩、增设扩大承台等。3、改变结构体系不同的结构体系其受力性能不同，通过结构体系的转换来改变原有结构的受力状况，人为地改善原结构受力整体性能，以达到改善和提高桥梁承受荷载的能力目的。例如将有推力体系的拱桥改变成无推力体系的拱桥以改善拱圈、拱脚及拱顶截面的受力状态；又如将原有的多孔简支梁桥通过一定的构造措施改变为连续梁桥，利用连续体系来改善原有简支梁跨中部分的受弯等。结构体系的转变一般都能起到较好的加固补强效果，但随着体系的改变所形成的新体系中某些构件或截面的受力需按新体系进行认真的检算，并采取相应的措施。4、更换构件115 桥梁养护与加固桥梁局部构件有严重缺陷而不易修复时，也可采用新的构件替换原有结构。如斜拉桥的拉索锈蚀损坏时，可用新的拉索来替换；当桥梁支座失去功效而不能满足主梁变形受力要求时，可将主梁顶起更换支座；又如少筋微弯板梁桥的微弯板，破损后不易修复，也可考虑更换；再如双曲拱桥的拱波、刚架拱桥的桥面板等。5、桥梁拓宽当桥梁宽度不足影响到桥梁通行能力时，桥梁就需要加宽。加宽一般和提高荷载等级改善桥面线形等可能同时进行。6、其他上部结构的特殊改造方法有些加固改造方法在实际工程中应用不多，如桥梁平面线形的改善，桥梁的升高降低等。7、墩台基础处治在桥梁上部结构进行补强加固提高其承载能力的同时，对桥梁下部结构及基础是否需采取补强措施也应认真研究。如果原桥下部结构及基础具有足够的潜力，足以满足上部结构补加加固所增加的桥梁自重以及活荷载对它的要求时，则可不再采取补强措施。如果墩台基础的承载能力不足，或者上部结构缺陷、承载能力的降低等是由于墩台与基础的位移或缺陷等年引起的，则应对原桥墩台基础进行必要的补强加固。常用的方法较多，如基础灌浆，加钢筋混凝土桩，扩大承台，基础及台后打粉喷桩，基础周围抛置片石、块石（常置于钢筋笼内，主要用于防冲刷）等。8、桥台加固处治当桥台本身因其强度刚度不足时，可能发生较大的位移，可采用的方法很多，如对桥台进行顶推，改变桥台结构形式，对桥台身进行局部补强等。9、桥墩加固处治桥墩的加固补强技术，一般通过对桥墩结构的补强、限制或减小墩顶的位移、增加墩身承载能力（如改变墩身结构形式、增加墩身截面面积）等途径进行。二、加固改造的一般特点桥梁加固改造方案的拟定，首行必须根据桥梁现有的技术状况和使用荷载的要求，对加固改造的必要性和可行性做出判断，然后对各种可能的加固改造方案的技术经济效果进行分析比较，从中选择合理的改造方案，大体上应注意以下问题：1、115 桥梁养护与加固一般来说，加固改造的桥梁结构均有一定的病害，结构已处于相对危险的状态，故加固改造方案必须考虑尽可能少地扰动原结构，特别是主要承重结构，以策安全。1、桥梁的加固改造工程通常要求在不中断交通、尽量少中断交通或者有交通干扰的条件进行施工，故要求施工工艺简单且容易操作便、施工速度快、工期短。2、加固改造的施工面狭窄、拥挤，常受原有结构物的制约。3、补强加固施工往往相邻结构构件也产生影响。4、加固改造施工中对原结构的拆除、清理工作量大，工程较烦琐零碎，并常常隐含许多不安全因素，要求施工人员更加注意操作安全与施工质量，严格进行施工管理。5、加固改造的方案拟定与设计计算要充分考虑新、旧结构的强度、刚度与使用寿命的均衡，以及新、旧结构共同工作，特别应注意新增混凝土部分在达到一定的龄期前仅仅只能作为恒载来考虑。6、加固改造方案应尽可能周密考虑增加和减少对原结构的影响，旧结构的拆除与新结构的补加在有些桥梁结构形式中应考虑减载加载程序；对大多数桥梁结构，以增加最少的荷载为宜。三、加固改造的技术要求1、技术改造方案及实施应尽量减少对原有结构的损伤，并充分利用原有的结构构件的承载能力，且应保证原有结构保留部分的安全性与耐久性。对于确无利用价值的构件则予以报废、拆除，但其材料应尽可能考虑量回收。2、加固改造应做到可靠、安全、耐久，满足使用要求，这实际上是对桥梁进行技术改造的基本要求与目的。3、加固改造工程在施工过程中应尽量中断或少中断交通，改造工程的技术经济指标应包括由于交通受阻等所带来的经济损失。4、加固改造工程的施工应是技术上简易可行，施工上方便，所要求的机具设备尽量简单易操作，且应重量轻，体积小。5、加固改造应尽可能地采用轻质材料，也应尽可能的探索使用新材料。6、对于某些由于因下部结构或基础的不均匀沉降等原因而导致的上部结构的损伤，或由于其它偶然因素（如地震、强风、船舶碰撞等）所引起的结构损伤，在进行补强加固时应同时考虑采取消除、减小或抵御为这些不利因素的措施，以免在加固后结构物继续受此因素的影响。115 桥梁养护与加固四、加固改造工程必须满足的基本条件加固改造应满足以下基本条件：1、桥梁经技术改造后，其结构性能、承载能力与耐久性等都能满足使用上的要求。2、具有较明显的经济效益和社会效益。对于桥梁结构物的改造可以采用两种不同的方式，一种是废弃原有结构物进行重建，这就相当建造一座符合新的使用要求的新桥，但还要包括拆除原桥的工程；另一种是充分利用原桥，进行加固补强，若需加宽则再行拓宽。桥梁加固改造的经济效益就应反映在它的耗资明显地低于新建，否则就无法体现其优越性与基本出发点，研究表明，加固改造旧桥的投资一般应低于新建桥梁投资的40％～50％，当然，还应考虑相关社会效益及其影响。为了更好地对各种技术改造方案进行技术经济比较，对各种改造方案进行评价，从中选择合理的技术改造方案，可以用以下两个指标进行分析比较。为了更好地对各种技术改造方案进行技术经济比较，对各种改造方案进行评价，从中选择经济合理的技术改造方案，可以用以下两个指标进行分析比较。1)结构改善系数桥梁加固改造的主要目的之一就是提高桥梁的承载能力，结构改善系数就是表示经加固改造后桥梁承载能力提高的百分率，即（1－1）式中：——桥梁加固改造前通过活荷载的能力；——桥梁加固改造后通过活荷载的能力。目前对桥梁的承载能力尚缺乏更准确的、可以完全量化的评定方法，即式（1－1）中的、尚难量化。一般而言，桥梁加固改造往往是通过增强原结构的抗弯刚度来提高其承载能力的，故上述结构改善系数可以转换为加固改造前后在设计荷载作用下所产生的最大挠度值的变化来表达，即（1－2）式中：——加固改造前原结构在设计荷载作用下的最大挠度；——加固改造后同一荷载作用下的最大挠度与由加固改造所增加的恒115 桥梁养护与加固载产生的挠度之和。式中、的取值，当有试验资料时，可用实测挠度值；无试验资料时可采用理论计算值。成本效益系数F成本效益系数是指加固改造工程单位成本所得的“结构改善系数”，成本效益系数愈大，说明该桥技术改造的经济效益愈好。成本效益系数F为（1―3）式中：S——每平方米桥面所需的技术改造费用；——结构改善系数。不同的加固改造方案其技术经济效益往往会因桥而异，因为影响经济效益的因素很多，例如桥梁结构形式差异，桥梁跨径的大小，损伤程度，加固补强设施的养护费用，中断、阻塞交通的损，加固技术的耐久性，安全和环境干扰程度等。故只有对加固改造工程的技术经济效果进行全面的综合评价，方能对方案的选择做出合理的判断。五、技术改造的设计计算原则桥梁加固改造工程必需进行详细的设计计算，对关键的技术措施应尽量在事先进必要的试验，以掌握其技术要求及检验方法。一般进行加固改造设计计算应遵循以下基本原则：1、应按现行《公路桥涵设计规范》进行设计，改造后的桥梁的使用荷载作用下，原有结构及新增加结构各部分的强度、刚度及裂缝限值等均应符合规范要求。2、应明确加固改造的具体目标，以确定加固改造设计计算方法。一般的桥梁加固改造是永久性的，有一些时临时性的，如超重车过桥。不同的目标有不同的计算方法。3、当仅要求提高原桥的承载能力时，改造工程可在原有结构保持恒载应力状态下进行。此时，原有结构的全部恒载及补强加固所增加的恒载，可以考虑由原构件（截面）承受，活载则由原结构和新增构件（截面）共同承担。4、若原有结构构件的应力已接近或超过容许限值，需要减少桥梁的恒载应力时，则应采取卸载措施，使桥梁在卸载部分恒载的状态下进行加固改造工作。此时，新增构件（截面）除与原有构件共同承受活荷载外，还承受原有结构的一部分恒载，因此，新旧结构按整体受力计算。5、115 桥梁养护与加固设计时应周密考虑并采取必要措施保证新旧结构、新旧混凝土的整体性并能共同工作。新旧结构的混凝土往往会由于收缩不同而导致结构内力重分布，从而引起新旧混凝土结合面因较大的拉应力而开裂，这会影响结构的整体性。因此，在设计时应注意尽量减小混凝土收缩的不利影响而采取相应的措施，如可采用微膨胀混凝土。1、设计计算的力学图式应充分考虑已损坏结构的实际受力状态，这种力学图式不能使设计结果偏不安全。2、设计计算时应恰当考虑利用原有结构的承载能力，不易过分对其进行挖潜。六、技术改造工程设计的工作程序1、根据桥梁管理系统的资料，初步确定需要进行加固改造的桥梁（主要是三、四类桥梁）。2、实地初步调查（一般检查）上述桥梁的病害，并分析病害发生的原因；查找原桥技术资料。3、调查并确定加固改造的目的、要求及技术标准。4、原桥承载能力及技术状况的评定与理论分析，确定是否进行特殊检查，如动静载测试。5、确定测试方案，并进行特殊测试，进一步确定是进行加固改造还是将桥梁废弃。6、技术改造方案的拟定与设计计算。7、施工图绘制及工程数量与预算编制。8、加固完成后的验收和测试。115 桥梁养护与加固第二章公路桥梁检查桥梁检查是桥梁养护的基础工作。公路桥涵的检查可分为以下三个层次：1、经常检查；2、定期检查；3、特殊检查。桥梁的特殊检查即桥梁的检测与前两类检查有很大的不同，本章只介绍概念，详细的将在下一章专门论述。本章只介绍经常检查和定期检查。这里所指的检查主要是指以目测观察为主的外观检查。桥梁检查是保证桥梁正常工作的基本环节，是防止垮桥事故的第一道防线，检查不及时或不充分就有可能使桥梁病害得不到发现而潜藏着隐患；病害发现得越早，维修工作量就越小，发现得越晚，维修工作就会越大。以我国目前的人力、财力，对每座桥梁都进行详细的材料检测、荷载试验是不现实也是没有必要的，所以，桥梁检查仍是我国当前桥梁养护工作的重中之重。各级桥梁管养部门应切实贯彻桥梁检查制度，尽快建立市级桥梁巡查队伍，充分重视桥梁检查，使之向着科学化、规范化的方向不断发展第一节公路桥梁的检查桥梁的经常检查，也称为日常检查，主要指对桥面设施、上部结构、下部结构和附属构造物的技术状况进行日常巡视检查，及时发现缺损并进行小修保养工作。桥梁的定期检查是指为评定桥梁的使用功能，制定管理养护计划提供基础数据，按规定周期，对桥梁主体结构及其附属构造物的技术状况进行定期跟踪的全面检查。主要检查各部件的功能是否完善有效，构造是否合理耐用，发现需要大、中修、改善或限制交通的桥梁缺损状况；同时检查小修保养状况。定期检查还为桥梁养护管理系统提供动态数据。桥梁的特殊检查是指查清桥梁结构的病害原因、构件破损程度、承载能力、抗灾能力，确定桥梁技术状况的工作。特殊分为应急检查和专门检验。应急检查是指当桥梁遭受洪水、流冰、漂流物、船舶撞击、滑坡、地震、风灾和超重车辆自行通过等自然灾害或事故后，应立即对结构作详细检查。查明破损状况，采取应急措施，尽快恢复交通。115 桥梁养护与加固专门检查是指对需要进一步判明损坏原因、缺损程度或使用能力的桥梁，要求针对病害进行专门的现场试验检测、检算与分析等鉴定工作，以便进行有效的养护。一、经常检查经常性检查又叫日常检查或例行检查，以直接目测为主，配合简单工具量测。由县级公路管理机构专职桥梁养护工程师（或技术员）负责，旨在确保结构功能正常，使结构能得到及时的养护和保养或紧急处理，对需要检修和一些重大问题作出报告。经常检查每月至少进行一次。（在诸如大风雨、暴雨和洪水等特殊自然现象发生之后，对暴露性建筑物还应进行更大规模的经常检查）桥梁经常检查记录表表2-1(县级公路管理机构名称)路线编码路线名称桥位桩号桥梁编码桥梁名称养护单位部件名称缺损类型缺损范围养护意见桥面铺装桥头跳车仲缩缝泄水孔桥面清洁人行道、缘石栏杆、护栏照明、灯柱翼墙锥坡桥头排水沟桥头人行台阶其它负责人记录人检查日期检查时，路段检查人员或桥工班或护桥人员进行扫视性检查，需当场填写桥梁经常检查记录表（表2-1）。115 桥梁养护与加固经常检查中应特别注意的以下问题：l桥面铺装是否平整，有无裂缝，局部坑槽、积水、沉陷、波浪、碎边，混凝土桥是否有剥离、渗漏，钢筋是否锈蚀，桥头有无跳车。l排水设施是否良好，桥面泄水管是否堵塞和破损。l桥面是否清洁，有无杂物堆积，杂草蔓生。l伸缩缝是否堵塞卡死，联接部件有无松动、脱落、局部破损，支座是否完好．l人行道、缘石、栏杆、扶手和引道护栏（柱）有无撞坏、断裂、松动。错位、缺件、剥落、锈蚀等。l河床是否受到冲刷而下切以至低于设计标高。l墩台的基础是否受到冲刷变形、下沉。l墩台是否受到船只或漂浮物撞击而受损。l翼墙（侧墙、耳墙）有无开裂、风化剥落和异常变形。l锥坡、护坡有无局部塌陷，铺砌面是否塌陷、缺损，有无垃圾成堆。灌木杂草丛生。桥头排水沟和行人台阶是否完好。l交通信号、标志、标线、照明设施是否完好。l当在定期检查中发现桥梁重要（部）构件存在明显缺陷，达到三～五类技术状况（详见第三章）的病害时，应向地（市）级公路管理机构专职桥梁养护工程师及时汇报。二、定期检查（一）定期检查的目的：通过对结构物进行彻底的、视觉的和系统的检查，建立结构管理和养护档案，是桥梁养护管理系统中，采集结构技术状况动态数据的工作。通过定期检查可以对结构的损坏作出评估，评定结构构件和整体结构的技术状况，从而可以确定特别检查的需求与结构维修、加固或更换的优先排序。（二）定期检查由地（市）级公路管理机构的专职桥梁养护工程师负责，制定桥梁年度定期检查计划，组织实施辖区内桥梁定期检查工作。县级公路管理机构的桥梁养护技术人员协同实施。负责的检查工程师应根据管辖区内登记的桥梁基本数据表(桥梁卡片)，制订出年度桥梁检查实施计划。115 桥梁养护与加固（三）定期检查人员必须事先准备和携带下列文件：桥梁检查清单（表2-2）。桥梁基本数据表（附表1～桥梁健康卡片）。新建桥梁应根据技术档案事前登记好基本数据表，最近经过专门检验或维修(大、中修)、加固改善的桥梁，其内容必须事先登记在基本数据表内。桥梁定期检查记录表包括本次用的和上次(最近的)记录的检查数据表。本次用的表应事先将表头的基本数据填好。（四）定期检查以目视观察为主，必要辅以测量仪器（表2-3）。市级检查组应配备专用小型检查车（车顶装载伸缩人梯）。桥梁检查清单表2—2桥梁名称路线编号桥梁编号桥梁里程下穿通道名称养护单位编号上次□本次□定期检查日期状况评定补充检验日期维修日期桥梁定期检查用设备和器材表2-3安全、保护用品检测仪具工具、器材附加设备警告标志警告信号灯反光背心安全帽安全带工作服防滑鞋雨靴水裤救生衣救生索防护眼镜其它劳保用品照相机长焦镜头广角镜头闪光灯望远镜刻度放大镜地质罗盘100m钢卷尺2－3m钢卷尺1－2m木折尺30－50m水尺垂球测绳测量花杆水准仪及塔尺不平尺量角器(大号)测量记录本记录文件夹电筒(强光)扁刮刀地质锤地铲铁锹钢丝刷油漆刷特种铅笔喷雾筒漆彩色粉笔器具箱工具袋文件包其它文具软梯伸缩梯充气皮艇工作船拼装式悬挂作业架桥梁专用检查作业架专用检查作业车（五）定期检查必须接近或进入各部件仔细检查其功能及材料的缺损状况，并在现场完成下列工作：1、现场校核桥梁基本数据（参考附表1～桥梁健康卡片）。2、当场填写“桥梁定期检查数据表”（表2-4、2-5），记录各部件决损状况。3、根据调查作出技术状况评分（具体评定方法详见第三章）4、实地判断缺损原因，估定维修范围及方式。115 桥梁养护与加固5、对难以判断损坏原因和程度的部件，提出特殊检查（专门检验）的要求。6、对损坏严重、危及安全运行的危险桥梁，提出暂时限制交通的建议。7、根据桥梁的技术状况，确定下次检查时间。（六）定期检查的时间：按桥梁的不同情况规定如下：1、新建桥梁竣工接养一年后必须进行定期检查；2、一般桥梁检查周期不得超过三年；3、非永久性桥梁每年检查一次；4、桥梁技术状况在三类以上的，必须安排定期检查；5、定期检查一般安排在有利于检查的气候条件下进行。（七）定期检查工作流程桥梁定期检查一般工作流程如图2-1所示。维修计划图2-1公路桥梁定期检查工作流程图经常检查养护管理档案桥梁登记记录检查用器材基本数据定期检查报告现场检查与评定决策建议限、停交通特殊检查报告三、四类桥特殊检查危桥有疑问地、市级公路管理机构一、二类桥定期检查计划三、四类桥县级公路管理机构准备工作下次定期检查时间小修保养处治决策设计施工竣工验收技术文件质量评定115 桥梁养护与加固（八）定期检查的顺序与缺损位置描述规则（1）定期检查顺序规定如下：l按路线里程增长方向和从右至左的顺序检查（注意防止漏检）见图2-2。l从下往上顺序检查：首先检查下部结构和基础冲刷，同时检查上部结构的底面和侧面，然后顺序检查支座、箱梁内部，最后检查桥面系统。l桥梁主体结构检查完成后，检查调治构造物的状况。l在检查结构缺损状状过程中，同时校对桥梁结构的基本数据是否与实际相符。图2-2旧桥定期检查顺序示意简图（2）缺损位置描述规则如下：l先描述发生缺损构件所在的桥跨号和墩台号，如图2-3所示。然后再在同一墩台或桥跨中按里程增长方向从右至左对相同类型构件顺序编号，起始号一般定为1。l给定构件的的缺损位置，可以用右侧面(R)、左侧面(L)、高桩号侧面(HX)、低桩侧面(S)、上面(UP)、底面(UD)等来描述损坏出现构件在哪一个面上。l对于构件任一面上的损坏位置，可以用“跨中”、“支点处”、“中部”、“端部”、“顶部”、“底部”等来详细描述。（九）定期检查的要点桥跨结构应首先观察有否异常变形、声音、振动、摆动。如上部结构竖向曲线是否平顺，拱轴线变位状况，桥跨有无异常的竖向振动或横向摆动等；其次再检查各部件的技术状况，并查找异常原因。115 桥梁养护与加固支座主要应检查其位移是否正常、功能是否完好，组件是否完好、清洁，有无断裂、错位和脱空现象；其固定端是否松动、剪断、开裂。对于各种类型支座的检查，应注意的问题分别如下：l简易支座的油毡是否老化、破裂或失效．l钢板滑动支座和弧形支座是否干涩、锈蚀。l摆柱支座各组件相对位置是否准确，受力是否均匀。l四氟板支座是否脏污、老化。l橡胶支座是否老化、变形。l盆式橡胶支座的固定螺栓有否剪断，螺母是否松动。l辊轴支座的辊轴是否出现不允许的爬动、歪斜。l摇轴支座的辊轴是否倾斜。l活动支座是否灵活，实际位移量是否正常。l支座垫石是否破碎。图2-3旧桥定期检查构件编号示意简图墩台与基础的检查应包括下列内容：l桥墩、台及与基础有否滑动、倾斜、下沉、冻拔或冲撞损坏。l混凝土墩台及台帽有无冻胀、风化、腐蚀、开裂、剥落、空洞、露筋、变形等。l台背填土有无沉降、裂缝、挤压、受冲刷等情况。l空心墩的水下通水洞是否堵塞。l石砌墩台有无砌块断裂、通缝脱开、变形、砌体泄水孔是否堵塞，防水层是否损坏。l墩台顶面是否清洁，有无泥土杂物堆积、滋生草木，伸缩缝处是否漏水。l基础下是否发生不许可的冲刷或淘空现象。l扩大基础的地基有无侵蚀；115 桥梁养护与加固l⑨桩基顶段在水位涨落、干湿交替变化处有无冲刷磨损、颈缩、露筋，有无环状冻裂，有无受到污水、咸水或生物的腐蚀。钢筋混凝土和预应力混凝土桥跨结构的检查，包括下列内容：l混凝土有无裂缝、渗水、表面风化、剥落、露筋和钢筋锈蚀，有无活性骨料硅碱反应引起的整体龟裂现象。l预应力钢束锚固区段混凝土有无开裂，沿预应力筋的混凝土表面有无纵向裂缝。l梁（板）式结构主要检查梁（板）跨中、支点、变截面处、悬臂端牛腿或中间铰部位；刚构和桁架结构主要检查刚构固结处和桁架节点部位的混凝土开裂和钢筋锈蚀等缺损状况。l装配式梁桥应注意联结部位的缺损状况。如：组合梁的桥面板与梁的结合部位，及桥面板之间的接头处混凝土有无开裂、渗水；梁（板）接缝混凝土有无开裂和钢筋；横向联结构件是否开裂，连接钢板的焊缝有无锈蚀。断裂，边梁有否横移或向外倾斜。拱桥应主要检查主拱圈的拱脚、L/4、3/4L、拱顶处和横向联系、拱上结构的变形，及混凝土开裂与钢筋锈蚀等缺损状况。拱上立柱（或立墙）上下端、盖梁和横系梁的混凝土有无开裂、剥落、露筋和锈蚀。中下承式拱桥的吊杆上下锚固区的混凝土有无开裂、渗水，吊杆锚头附近是否有锈蚀现象。劲性骨架拱桥还要检查是否沿骨架出现纵向或横向裂缝。双曲拱桥的定期检查应特别注意：l拱脚有无压裂；拱肋L/4、3/4L处、顶部是否开裂、破损、露筋锈蚀；l拱肋间横向联结拉杆是否松动、开裂、破损；l拱波与拱肋结合处是否开裂、脱裂l拱波之间砂浆有否松散脱落，拱波顶是否开裂、渗水等。圬工拱桥的定期检查应特别注意：l主拱圈有否开裂、渗水、砂浆松动、脱落变形；砌块有无断裂、脱落；拱脚是否开裂；腹拱是否变形；拱铰功能是否正常，l实腹拱的侧墙与主拱圈间有无脱落，侧墙有无变形，拱上填土有无沉陷或开裂。l空腹拱的小拱有否变形、错位，立墙或立柱有无倾斜、开裂。l砌体表面有无苔藓，砌缝有否滋生草木。钢桥的检查，应包括下列内容：115 桥梁养护与加固l构件（特别是受压构件）是否扭曲变形、局部损伤。l铆钉和螺栓有无松动、脱落或断裂，节点是否滑动错裂。l焊缝及其边缘（热影响区）有无裂纹或脱开。l油漆层有否裂纹、起皮、脱落，构件是否腐蚀生锈。悬索桥和斜拉桥的检查，应包括下列内容：l主梁按相应的预应力混凝土或钢结构的要求进行检查。l索塔有无异常的沉降、倾斜，柱身、横系梁和锚固区有否开裂、渗水和锈蚀。l吊桥锚锭及锚杆有否异常的拔动滑移，锚锭混凝土有无开裂、渗水，锚（洞）室内的锚杆、主索锚固段和散索鞍等部件是否锈蚀、断裂。l吊杆、拉索的两端锚固部位，包括索端及锚头、主梁锚固构造有否浸水、锈蚀和开裂，吊杆上端与主缆联结的索夹（箍）紧固螺栓有否松驰和锈死。l主缆、吊杆束和拉索的防护层是否破损、老化和漏水。l斜拉桥索颤震是否明显，减震措施是否失效。l吊桥的索鞍是否工作正常，有无锈蚀、辊轴歪斜、卡死等现象。主缆索有无明显挤偏现象。钢管混凝土拱桥的定期检查应特别注意：l检查混凝土是否填充密实（通常可用敲击法检查）l钢管部分的检查参见⑹检查相关内容翼墙、侧墙、耳墙应检查其是否有开裂、倾斜、滑移、沉陷等降低或丧失挡土能力的状况。锥坡、护坡应检查其是否有冲刷、滑坍、沉陷等现象，造成坡顶高度显著下降。土质锥形护坡表面覆盖草皮是否损坏，有无沟槽和坍塌现象。铺砌面是否开裂，有无勾缝砂浆脱落、隆起或下陷、灌木杂草丛生和下滑，坡脚是否损坏。埋置式桥台台前溜坡基础埋置深度是否足够，有无冲刷损坏。桥面系构造的检查，应包括下列内容：l桥面铺装层:是否有坑槽、开裂、车辙、松散、不平、桥头跳车等现象；有无严重的裂缝（龟裂、纵横裂缝）；纵横坡是否顺适；防水层是否漏水。l伸缩缝：是否破损、结构脱落、淤塞、填料凹凸。跳车、漏水等。l人行道、栏杆：人行道有无开裂、断裂、缺损；栏杆是否松动。撞坏、锈蚀、变形。l115 桥梁养护与加固排水设施（防水层）：桥面横坡、纵坡是否顺适，有无积水；泄水管有无损坏、堵塞。泄水能力情况；防水层是否工作正常，有无渗水现象等；l桥上交通信号、标志、标线、照明设施是否腐蚀、老化需要更换，是否适用。河床及调治构造物：河床是否变迁，有无漂浮物堵塞河道，调治构造物是否发挥正常作用，有无损坏、水毁等。（十）定期检查的记录桥梁定期检查记录总表表2-41.路线编码2.路线名称3.桥位桩号4.桥梁编码5.桥梁名称6.下穿通道名7.桥长（m）8.主跨结构9.最大跨径(m)10.管养单位11.建成年月12.上次大中修日期13.上次检查日期14.本次检查日期15.气候状况16.部件号17.部件名称18.评分（0～5）19.特别检查20.维修范围21.维修方式22.维修时间23.费用(元)1翼墙2锥坡3桥台及基础4桥墩及基础5地基冲刷6支座7上部承重构件8桥面铺装9伸缩缝10人行道11栏杆、护栏12照明、标志13排水设施14调治构造物15其他24.总体状况评定等级25.全桥清洁状况评分26.保养、小修状况评分115 桥梁养护与加固27.经常性养护建议28.记录人29.负责人30.下次检查时间31.缺损说明桥梁定期检查记录分表表2-5部件号部件名称缺损位置缺损状况照片或简图（编号/年）类型性质范围程度1翼墙、耳墙2锥坡、护坡3桥台及基础4桥墩及基础5地基冲刷6支座7上部承重构件8桥面铺装9伸缩缝1O人行道11栏杆、护栏12照明、标志13排水设施14调治构造物15其他注1、定期检查中发现的各种缺损均应用油漆将其范围及日期标记清楚。2、发现属于三、四类桥的严重缺损和难以判明缺损原因及程度的病害，应照相记录，并附病害状态说明。3、缺损状态的描述，应采用专业标准术语（详见第四章）4、应附以简图和照片来阐明结构或构件典型的缺损状态。（九）定期检查提交内容桥梁定期检查后应提出下列文件：l115 桥梁养护与加固桥梁定期检查数据表。每天检查的桥梁现场记录，应在次日内整理成每座桥梁定期检查数据表。l典型缺损和病害的照片及说明。说明应对缺损的部位、类型、性质、范围、数量和程度等加以阐述。l两张总体照片。一张桥面正面照片，在低桩号侧引道中心拍摄。另一张为桥梁立面照片，在桥梁右侧拍摄。l桥梁清单。l桥梁基本数据表。定期检查完成后，应将本次检查的桥梁各部件技术状况评定结果登记在桥梁基本数据表内。（十）定期检查报告桥梁定期检查后应提交报告，定期检查报告通常包括以下内容：l本次定期检查涉及到的所有桥梁的小修保养情况。l需要大中修或改善的桥梁计划（说明大中修或改善的项目，拟用修建或改善方案、估计费用和实施时间等）。l要求特殊检查的桥梁报告，说明需要检验的项目及理由。l需限制交通或中断交通的桥梁建议报告。桥梁定期检查报告，由地(市)级公路管理机构主管领导审定后，报省级公路管理机构；同时通知有关县级公路管理机构，对一、二类的桥梁进行针对性、预防性的小修保养工作。（十一）定期检查结果的评定对桥梁定期检查结果，一般从缺损状态、结构与构件的技术状况和改进工作这三个方面，由有经验的桥梁检查工程师，依据桥梁定期检查资料，凭借自己丰富的知识经验，通过对桥梁各部件技术状况的综合评定，确定桥梁的技术等级，提出各类桥梁的改进工作措施。其为一种数量级评价，属于桥梁一般评价的范畴。在结构各部件技术状况的评定中，主要考虑缺损状况的评定结果，同时也兼顾结构各部件的功能、价值及美观要求。改进工作的评定主要决定改进时间和改进方法，一般是通过对改进工作的技术和经济分析来实现这一评定。全桥总体技术状况等级评定，主要采用考虑桥梁各部件权重的综合评定方法。第二节公路桥梁的细部检查115 桥梁养护与加固为了周密检定桥路结构的变形、位移、偏差及其存在的缺陷，细部检查是不可忽视的环节。只有经过细部检查，才能更全面地发现桥梁(现有桥梁)各部位出现的病害。所以，除了掌握全桥历史发展、概况以及相关技术资料外，尤其应对各部结构的重点部位进行检定。从而更加有针对性的确定维修、加固计划。一、细部检查的前期工作前期工作主要是收集桥梁主要技术资料和相关检测仪器的准备，桥梁技术资料搜集项目内容见表2-6桥梁技术资料搜集项目内容简表表2-6类别搜集资料的主要内容桥梁概况及历史资料1．桥梁所在公路路线名称，跨越河流名称；桥梁全长、孔数、跨径组合、桥面净宽、横坡及纵坡等2．桥梁净空与通航河流等级及其最高洪水位等3．桥梁各部分结构型式及建桥材料种类4．桥梁建造年代5．桥梁发生损伤、破坏、事故、水害等的程度及抢修、修复情况。6．建造及修复（包括加固）时所依据的设计标准（包括载重、洪水频率、地震烈度等）7．桥梁营运使用、交通量变化情况8．历年经常维修养护的一般情况，包括经常养护工作中所频繁出现的主要问题和缺陷。技术资料1．建造及加固（包括大修）时的设计资料、竣工图纸，预制梁出厂合格证明书。2．材料试验、施工记录、设计变更及隐蔽工程检验，竣工验收、总结等资料。3．桥梁定期检查的有关记录资料。4．建桥前后的水文、地质及航道交通变化等资料。二、桥梁现状的细部检查1、桥头引道、河床及桥址的检查：检查桥梁的引桥、河床和导波物时，须先根据设计资料，了解没计时的要求，然后再通过测量检查弄清：桥头引道的构造、河道变迁及河床有无冲刷淤积等情况。检查引桥时，应查明引桥路面结构、坡度及引桥路堤挡土墙的情况；记录路堤边坡和锥形护坡的状况。尤应在每端引桥上打开2～3处路面查看正桥与引桥的衔接处是否正常。检查河床时应查明两岸的斜坡有无冲刷成淤积，以及护岸建筑的状况。察看河床时应记录河流航道的改变，以及船只或木筷通过桥下时的特征。检查导流物时应查明它们在平面和横断面的形状是否正确，它的高度是否足够，坝的表面和它们的护坡的状况如何以及有无冲刷或淤积。检查时应进行必要的测量。测量项目有；引桥上应确定行车道及人行道宽度，路堤高度，边坡的坡度，挡土墙的尺寸，路面面层及基层的厚度，桥的全长，桥面车行道及人行道的宽度等。在桥下，应测定桥孔中河床的位置以及通航桥孔中的桥下净空。115 桥梁养护与加固检查桥位时，应进行河流宣泄断面的主要水位的各种测量。此外，还要测量连同引桥在内的桥址总平面团，并绘制桥址的纵断面图，其中也包括两头的引桥。在必要的情况下，还应做流速的测定，并确定河流水势。2、上部结构检查重点（表2-7）l检查圬工有无风化、剥落、破损及裂缝，注意变截面处、加固修复处及防水层的l情况。对圬工剥落、裂缝处，应注意钢筋锈蚀的状况。l钢筋混凝土梁应重点检查宽度越过0.3mm竖向裂缝，并注意检查有无斜向裂缝及l顺主筋方向的纵向裂缝。l预应力钢筋混凝土梁要观测梁的上拱度变化，并注意检查有无不容许出现的垂直于主筋的竖向裂缝。l拱桥应测量实际拱轴线和拱圈(或拱肋)尺寸．并检查拱圈(或拱助)有无横向(垂直路线方向)的裂缝发生。l测量上部结构严重裂缝的具体位置及尺寸，并绘制裂缝图（详见第四节）l桥梁上部结构检查的重点部位见表2-7。3、下部结构检查重点（表2-8）l检查墩台结构有无风化剥落、破损及裂缝。对严重的裂缝．应测量其具体位置及尺寸，并绘制裂缝图（详见第四节）l对有下沉、位移、倾侧变位等情况的墩台，应查清地基情况，并检查梁端部、支座及墩台的相对位置关系。l桥梁下部结构检查的重点部位见表2-7。4、材质及地基的检验l钢材应切取标准试件进行强度试验，决定其极限强度、屈服点、延伸率、冲击韧性等。l混凝土的实际强度宜采用非破损检验法测定，在必要时，亦可从构件上挖取试样，l然后在实验室内测定出混凝土相关力学性能（详见第五、六节）l基底地质情况根据工程复杂程度和实际要求，可查考原设计时的工程地质资料或采用钻孔取原状土样检验、钻探或触探等方法确定。桥梁结构检查的重点部位（一）表2-7115 桥梁养护与加固构造形式示意简图重点检查部位上部结构简支梁①跨中处②1/4跨径处③支座处连续梁①跨中处②反弯点处③桥墩处梁顶④支座处悬臂梁①跨中处②牛腿处③桥墩处梁顶④支座处连续刚构①跨中处②角隅处③立柱处斜腿刚构①跨中处②角隅处③斜腿处拱式①跨中处②拱肋连接处③拱脚处桥梁结构检查的重点部位（二）表2-8构造形式示意简图重点检查部位115 桥梁养护与加固下部结构重力式桥墩①支座底板②墩身③水面处单柱式桥墩①支座底板②盖梁钻孔桩桩式桥墩①支座底板②盖梁③横系梁④横系梁与桩连接处T形桥墩∏形桥墩①支座底板②悬臂根部Y形桥墩①支座底板②Y形交接处③混凝土接缝处桥梁结构检查的重点部位（三）表2-8续构造形式示意简图重点检查部位115 桥梁养护与加固下部结构轻型桥台①支座底板②支撑梁③耳墙扶壁式桥台①支座底板②台身③底板重力式桥台①支座底板②台身框架式桥台①支座底板②混凝土浇筑处③角隅处第三节公路桥梁常见裂缝检查桥梁结构在施工和营运使用过程中，常会出现各种不同形式的裂缝。对于砖、石、混凝土结构物来说，产生裂缝几乎是不可避免的；在钢筋混凝土部分预应力桥梁中允许出现裂缝；在全预应力桥梁中也有出现裂缝的可能。裂缝检查首先应判断裂缝的类型，其次在判断其是否在允许范围内，是否需要维修或加固。一、桥梁裂缝分类115 桥梁养护与加固（一）从安全性分类1．正常的工作裂缝：在设计控制范围内的裂缝2．非正常裂缝：超出规定范围的裂缝（公路桥梁裂缝限值见表2-9）各类公路桥梁裂缝限值表表2-9结构类别裂缝部位允许最大缝宽（mm）其它要求钢筋混凝土梁主筋附近竖向裂缝0.25腹板斜向裂缝0.30组合梁结合面0.50不允许贯通结合面横隔板与梁体端部0.30支座垫石0.50预应力混凝土梁梁体竖向裂缝不允许梁体纵向裂缝0.20砖、石、混凝土拱拱圈横向裂缝0.30裂缝高小于截面高一半拱圈纵向裂缝0.50裂缝长小于跨径1/8半裂缝长小于跨径“8拱波与拱肋结合处0.20墩台墩台帽0.30不允许贯通墩台身截面的一半。墩台身经常受浸蚀性环境水影响有筋0.20无筋0.30常年有水但无侵蚀性影响有筋0.25无筋0.35干沟或季节性有水河流0.40有冻结作用部份0.20注：对于潮湿地区或空气中含较多腐蚀性气体的环境，缝宽限值应更加严格（二）从客观成因分类1、先天裂缝:由于设计不当，不可避免的在结构中产生的裂缝。2、原生裂缝:由于施工工艺不当，造成的结构中原本可以避免的裂缝。3、后天裂缝：正常使用荷载造成的累积损伤裂缝，及非正常荷载造成的突损伤裂缝。（三）从力学机理来分类115 桥梁养护与加固从受力来看，裂缝可有弯曲裂缝，剪切裂缝，局部承压及伴随的劈裂和崩裂，拼接缝的分离和扩展，差动裂缝(由于外部约束或内部变形反应滞后而造成的一种混凝土裂缝)。差动是一种常见而又常常被忽略的裂缝成因，常见几种成因总结如下：1、老基础（或承台）上浇筑长条混凝土时，由于老基础的约束作用使新浇筑混凝土产生降温和收缩的裂缝；有时分层浇筑的混凝土构件也会发现这种裂缝；2、连续台座上长期存梁或长期不拆模，由于台座或模板约束了混凝土的收缩和温差变化，会导至普通钢筋混凝土梁和未及时张拉的预应力梁开裂；3、先张预应力混凝土梁放张次序或速度不当，先放松短束，或过快地放松全部预应力钢束，由于台座的约束和梁体混凝土变形反应滞后都可能造成梁体混凝土开裂；4、悬臂浇筑时，挂篮合拢段的浇筑，随着混凝土浇筑过程，悬臂挠度不断变化，下部先浇的混凝土产生裂缝；如果没有充分考虑挂篮拆除的反作用力，会使正弯矩预应力过大，导致上部混凝土裂缝；5、连续浇筑节段之间温差也可能导致裂缝。（四）从产生因素上来分类从外因来看，裂缝产生的外界因素包括：荷载和变位；成桥内力；温度变化；材料时效(如收缩、徐变)；先天和后天的截面削弱；化学、物理作用(钢筋锈蚀；预应力筋锚头锈蚀；混凝土老化；酸碱腐蚀等)。（五）从产生的时序来分类从时间来看，裂缝有早期裂缝、强度成长期裂缝和使用期裂缝。早期裂缝（在终凝之前产生的裂缝）一般在浇筑后第二天才能发现，主要有沉降缝（塑性混凝土沉降引起），早期收缩缝，模壳变形缝，振动和荷载缝等。二、公路桥梁常见裂缝及成因总结混凝土与钢筋混凝土简支梁桥常见裂缝及产生原因见表2-10预应力混凝土梁桥、悬臂梁桥及连续梁桥常见裂缝及产生原因见2-11拱桥、桁架拱桥及刚架桥常见裂缝及产生原因见2-12桥梁墩台结构的常见裂缝及产生原因见2-12混凝土与钢筋混凝土简支梁桥常见裂缝及成因表2-10序号裂缝种类发生部位示意简图主要特征及成因分析115 桥梁养护与加固1网状裂缝①发生在各种跨度的梁上②裂缝宽度约为0.03～0.05mm(细小)，用手触及有凸起感③没有固定规律④多为混凝土收缩引起的表面龟裂2下缘受拉区的裂缝①多发生于梁跨中部②梁的跨度越大，裂缝越多③自下翼缘向上发展，至翼缘与梁肋相接处停止④裂缝间距约为0.1～0.2m⑤裂缝宽度约为0.03～0.1mm⑥对跨度小于10m的梁，其裂缝少而细（宽度在0.03mm以下）⑦多因混凝土收缩和梁挠曲产生3腹板上的竖向裂缝①是最常见，也较严重的一种裂缝②当跨径大于12m时，其裂缝多处于薄腹板部分，在梁的半高线附近裂缝宽度较大（0.15～0.3mm）③当跨度小于10m时，其裂缝细小，且多数裂缝系由梁肋向上延伸，越向上裂缝越细，上端未到腹板顶部④多因设计不当，施工质量不良，养护不及时，或温度及周围环境条件不良影响所致4腹板上的斜向裂缝①在钢筋混凝土梁中出现最多②多在跨中两侧出现③离跨中越远，倾角越大④倾角大多在15º～45º之间⑤第一道裂缝多出现在距支座0.5～1.0m处⑥裂缝宽度一般均小于0.3mm⑦多系设计上的缺陷所致，主拉应力较计算大，混凝土不能负担而导致产生裂缝，施工质量不良又会加速裂缝的产生和发展5运梁不当引起的上部裂缝①随支撑点不同，裂缝位置不同②裂缝严重时应及时维修③运梁时支承点没有放在梁的两端吊点上，而是偏向跨中，使支承点处上部出现负弯距，引起开裂115 桥梁养护与加固6梁端上部裂缝①裂缝由下往上开裂②裂缝宽度严重时达0.3mm以上③墩台不均匀沉降，使梁端局部承压应力增大，产生局部应力而开裂7梁侧水平裂缝①是近似水平方向的层裂缝②多因施工不当所致：分层浇筑，间隔时间太长导致开裂8梁底纵向裂缝①是沿下翼缘主筋方向的裂缝②裂缝严重时应及时维修③混凝土保护层过薄造成④有时是因为渗入氯盐所致9梁与梁间横隔板上的裂缝①裂缝由下向上，不规则②支座设置时与桥轴垂直向有偏斜或通行重车时梁受力不均所致预应力混凝土梁桥、悬臂梁桥及连续梁桥常见裂缝及成因表2-11序号裂缝种类发生部位示意简图主要特征及成因分析1先张法梁梁端锚固处的裂缝①裂缝均起始于张拉端面，宽度约为0.1mm左右，长度一般只延伸至扩大部分的变截面处②由于在两组张拉钢筋之间梁端混凝土处于受力区使梁端易发生水平裂缝，或因锚头处应力集中和锚头产生的楔形作用而使锚头附近产生细小的水平裂缝115 桥梁养护与加固2后张法梁梁端锚固处的裂缝①通常发生在梁端或预应力筋锚固处，裂缝比较短小，发生在梁端时多与钢丝束方向一致，在锚固处时与梁纵轴多呈30º～45º②营运初期有所发展但并不严重，以后会趋于稳定③主要由于端部应力集中，混凝土质量不良所致3腹板收缩裂缝①大多在脱模后2～3天内发生，裂缝通常从上梁肋到下梁肋，整个腹板裂通，宽度一般为0.2～0.4mm，施加预应力后大多会闭合②多为混凝土收缩和温差所致，如极低的外界温度，混凝土混合料进行预热，使应力分布不均4悬臂梁的剪切裂缝①剪切裂缝多出现在腹板上，看起来近似按45º角倾斜，一般出现在支点与反弯点之间的区域②裂缝的产生主要是由于：A预应力不足B超载的永久荷载C二次应力D温度作用E设计中缺乏对多室箱梁腹板内剪力分布的认识F横截面设计未考虑横截面的实际变形G没有重复检算力筋截断处的左右截面受力情况5悬臂箱梁锚固后接缝中裂缝①悬臂箱梁在连续力筋锚固齿板后面的底板内会产生裂缝，并有可能向着腹板扩展，裂缝与梁纵轴呈30º～45º角②产生这种裂缝的原因是:预应力筋作用面很小，产生局部应力，或者由于顶底板中力筋锚具之间水平方向错开的距离太小6箱梁的底板裂缝①箱梁底板上可产生不规则裂缝②开裂原因：梁横向受力性能与横向不变形截面显得有很大的不同,即由于腹部与底板受力不均所致115 桥梁养护与加固7箱梁的弯曲裂缝①在分段式箱梁中，一般出现在接缝内或接缝附近梁底②裂缝宽度可达0.1～0.2mm③弯曲裂缝一般很小，结构不会受到损伤，但在外荷载反复作用下（如汽车动力荷载及温度梯度）裂缝有可能会扩大④产生原因：混凝土抗拉能力不足8连续梁的弯曲裂缝①这种裂缝一般出现在连续梁正弯矩区的梁底与负弯矩区的梁顶②产生弯曲裂缝的主要原因：混凝土的抗拉能力不足所致9合拢浇筑段的裂缝①一般出现在在平衡悬臂施工的跨中合拢浇筑段处，或在相邻箱梁翼极端部之间纵向合拢浇筑段处②产生合拢段裂缝的主要原因：混凝土收缩和较大的温差所致10预应力梁下翼缘的纵向裂缝①预应力梁中最严重的一种裂缝②多发生在梁端第一、二节间的下缘侧面及梁底，或腹板与下翼缘交界处，也有少数发生在腹板上③产生这类裂缝的主要原因：A下翼缘受到过高的纵向压力B保护层太薄C混凝土质量不好拱桥、桁架拱桥及刚架桥常见裂缝及成因表2-12115 桥梁养护与加固型式示意简图主要特征及成因分析拱桥石砌拱桥①石砌拱桥在拱顶附近的下部最易出现裂缝，有时可一直延伸到拱上结构②拱圈表面有时会出现与其平行的裂缝③若拱圈和边墙用不同材料砌筑，在接头处有时也会出现裂缝④裂缝最初可能很小，但会逐渐扩大空腹式钢筋混凝土拱桥空腹式钢筋混凝土拱桥裂缝多发生在其：①拱脚②立柱③立柱与拱圈相接处钢筋混凝土双曲拱桥双曲拱桥常见裂缝有：①主拱圈拱脚处上缘的横向贯穿裂缝②主拱圈跨中截面肋波结合面环向裂缝③腹拱拱板沿桥宽方向的横向裂缝④拱波的沿桥纵向裂缝⑤立柱与盖梁混凝土剥落露筋，并可能伴随有压裂现象桁架拱桥桁架拱桥常见裂缝有：①靠近桥头的桥面由于受到负弯距作用，出现沿桥宽方向的横向裂缝②立杆与上下弦杆结合处出现的裂缝③当跨径较大，架片分段预制并采用现浇混凝土接头或钢板接头时，受荷载反复作用而出现施工接头的拉裂缝刚架桥如左图所示刚架桥的两个立柱分别支承于不同的地层，且下部没有联结，由于支点的不均匀沉降，刚架各点产生附加弯距，横梁左节点处为负弯距，梁顶为受拉区，因此：①横梁左端产生从上向下展开的裂缝②横梁右端产生由下向上展开的裂缝③左支柱上侧产生由外向内水平裂缝桥梁墩台结构的常见裂缝及成因表2-13115 桥梁养护与加固序号裂缝种类发生部位示意简图主要特征及成因分析1网状裂缝①多发生在常水位以下墩身的向阳部位，裂缝宽度约为0.1～1mm，深1～1.5cm,长度不等②产生这种裂缝的主要原因：A混凝土内部水化热和外部气温的温差，或日气温变化影响和日照影响而产生的温度拉应力B混凝土干燥收缩也会引起2从基础向上发展至墩、台上部的裂缝①裂缝下宽上窄，且往往会发展②产生这种裂缝的主要原因：基础松软产生的不均匀沉降所致3墩、台身水平裂缝①裂缝呈水平层状②产生这种裂缝的主要原因：多为混凝土灌筑不良所致4翼、前墙断裂裂缝①在翼、前墙出现（如左图）②产生这种裂缝的主要原因：A墙间填土不良、冻胀B基地承载力不足A,B会引起墙体下沉或外倾而开裂5由支承垫石从上向下发展的裂缝①由支承垫石从上向下发展②产生这种裂缝的主要原因：A墩、台帽在支承垫石下未布钢筋B也可能因为受到了较大的冲击力三、裂缝的检查及观测（一）裂缝检查与观测的内容包括：1、裂缝发生的部位、走向、宽度、分布状况以及大小和长度等；115 桥梁养护与加固2、裂缝的变化发展情况。（二）裂缝检查与观测的方法：裂缝观测时一般采用的仪器有塞尺，手持式读数显微镜（刻度放大镜），长标距裂缝应变片，千分表引伸仪等。目前市场上有一种电子裂缝宽度仪，采用的是电子视频技术。现场观测裂缝变化发展情况的简单方法：在裂缝两边设置小标杆，两杆间的距离用卡尺测量(图2-4)，或用读数放大镜直接测量裂缝的宽度。设置两块金属板来量测，一块金属板盖过裂缝并与另一块刻有尺寸的金属板相接触(图2-5)，量测并记下裂缝变化的尺寸。图2-4设标杆观测裂缝法（单位：mm）图2-5设金属板观测裂缝法（单位：mm）利用水泥浆或石膏做成薄片状的标记贴在裂缝处，或用玻璃片、较牢固的纸糊在裂缝上，观察其是否继续开裂。具体做法如下：在裂缝的起点和终点划上与裂缝走向垂直的红油漆线记号，并把裂缝登记编号。观测并记下裂缝的部位、走向、宽度、分布状况和长度等。如有必要知道裂缝深度时，可用注射器在裂缝中注入有色溶液，然后开凿至显色为止，其开凿深度即为裂缝的深度。观测裂缝的变化情况，除长度可观察裂缝两端是否超出前一次油漆划线外，对裂缝是否沿宽度方向继续扩展，可做灰块或玻璃测标（图2-6）进行观测。其方法是先将安设测标部位的结构表面凿毛，然后用1：2水泥砂浆或石膏在裂缝上抹成厚10～15mm的方形或圆形灰块，也可用石膏将细条状玻璃固定在裂缝两侧结构表面上，在裂缝处玻璃截面很小，对测标编号并注明安设日期，当裂缝继续扩展时，测标就会断裂，一般裂缝宽度都较小，应尽可能采用带刻度的放大镜测量。115 桥梁养护与加固图26设砂浆块、石膏块、玻璃片划油漆观测裂缝法（单位：mm）在观测裂缝时，“要记录气温的情况，因为气温降低时，结构的外层比内层冷却的更快，因而表面收缩较快，这时裂缝显得的较大，当气温增高时则恰好相反。115 桥梁养护与加固第三章公路桥梁检测桥梁检测是指在桥梁检查基础上，借助仪器，对桥梁材料质量和工作性能等所作的更加精确的检测与试验。随着桥梁建设的不断发展，桥梁结构的形式与功能日趋复杂，经过长期使用，桥梁结构难免会发生各种各样的损伤，于是桥梁检测、监测就成为桥梁结构安全养护、正常使用的第二道保证措施。如何对桥梁结构进行质量检测和安全监测也已成为国内外学术界、工程界研究的热点。本章总结了常规桥梁结构检测方法，提出了一些新的检测思想，并讨论了桥梁检测今后可能的发展方向。第二节公路桥梁的特殊检查特殊检查包括应急检查和专门检验，主要根据桥梁破损状况和性质，采用适当的仪器设备，以及现场勘探、试验等特殊手段和科学分析方法，查明桥梁病害原因、破损程度和承载能力，依据桥梁技术状况评定标准确定桥梁的技术状况，以便采取相应的加固、改善措施。当桥梁遭受洪水、流冰、漂流物、船舶撞击、滑坡、地震、风灾和超重车辆自行通过等自然灾害或事故后，应立即对结构作详细检查（应急检查）。查明破损状况，采取应急措施，尽快恢复交通。其旨在查明缺损状况，以便采用应急措施，尽快恢复交通，通常由地(市)级公路管理机构的桥梁工程师主持。应急检查是一种扩大的日常检查，主要以视觉检查加经验判别。（同第一章所说述，在此不再赘述）专门检验是对需要进一步判明损坏原因、缺损程度或使用能力的桥梁，要求针对病害进行专门的现场试验检测、检算与分析等鉴定工作，以便进行有效的养护。专门检验通常由省级公路管理机构的总工程师或授权的桥梁检查工程师主持，委托公路桥梁检测中心或具有这种能力的科研设计单位、工程咨询单位，签订专门检查合同后实施。承担专门检验的单位及负责检查的工程师应按合同规定的内容及时间，完成检查任务，并作出检查报告。一般在下列四种情况下桥梁需作特殊检查：1、在地震、洪水、滑坡、超重车辆行驶和行船或重大漂浮物撞击之后；2、决定对单一的桥梁进行改造、加固之前；3、桥梁定期检查难以判明损坏原因、程度及整座桥的技术状况时；4、桥梁技术状况为四类、五类者。115 桥梁养护与加固桥梁特殊检查的项目见表3-1。应急检查与专门检验的项目见下表表3-1应急检查洪水滑坡地震超重车行驶(改造前）撞击上部栏杆损坏桥体位移和损坏落梁、排水设施失效因桥台推出而压屈落梁、支座损坏、错位梁、拱、桥面板裂缝、支座损坏、承载力测定被撞构件及联系部位破坏、支座破坏下部因冲刷而产生的沉陷和倾斜桥台推出胸墙破坏沉陷、倾斜位移、圬工破坏、抗震墩破坏墩台裂缝、沉陷墩台位移专门检验结构验算，水文验算桥梁静载、动载试验用精密仪器对病害进行现场调查和实验室分析应急检查的目的在于查明缺损状况，以便采用应急措施，尽快恢复交通。专门检查的目的在于找出缺损的明确原因、程度和范围，分析缺损所造成的后果以及潜在缺陷可能给结构带来的危险，为进一步评定桥梁的耐久性和承载能力以及确定加固维修工作的实施提供依据。专门检查由专家依据一定的物理、化学或无破损检测手段对桥梁一个或多个组成部分进行的全面察看、测强、测伤或测缺。桥梁特殊检查可分为现场检查与实验室测试分析两部分。现场检查可分一般检查和详细检查两个阶段。一般检查象定期检查那样对结构及其附属设施的所有构件或部位进行彻底、视觉和系统的检查，记录所有缺损的部位、范围和程度。一般检查的结果系是否进行详细检查的依据。详细检查主要是对一些重点部位或典型桥孔采用一些专门技术和检测设备进行深入而细致的检测。专门检验的前期工作——实施专门检验之前，承担单位负责检查的工程师应充分收集资料，包括计算资料(计算所用的程序、方法及计算结果)、竣工图、材料试验报告、施工记录、历次桥梁定期检查和特殊检查报告，以及历次维修资料等。地(市)级公路管理机构的桥梁检查工程师应予以必要协助。原资料如有不全或疑问时可现场测绘构造尺寸，测试构件材料组成及性能，勘察水文地质情况。专门检验工作，由地(市)级公路管理机构的桥梁检查工程师负责协调监督。省公路管理机构的总工程师或授权的桥梁检查工程师负责组织有关技术人员对检查报告进行审定。专门检验的内容大致上可分为如下两个方面：1、结构材料缺损状况诊断：材料损坏程度检测，材料物理、化学、力学性能测试，缺损原因的分析判断等。2、结构整体性能、功能状况鉴定:结构承载能力(强度、刚度和稳定性等)鉴定，桥梁抗洪能力的鉴定等。115 桥梁养护与加固材料缺损诊断可根据缺损的类型、位置和检测的要求，选择表面测量、无破损检测技术和半破损检测技术(如局部取试样等)等。从结构上钻取或截取的试样宜在有代表性构件的次要部位获取。检测与评定依照相应的试验标准进行。采用没有标准依据的检测技术，应事先通过模拟试验，制定适用的检测细则，保证检测结果具有一定的可靠性。收集资料取样无损或半破损检测结构实地考察（快速扫视检查）照相动态调查确定检查目的制定检查计划建立检查组织准备检查设备一般检查详细检查样品分析室内试验耐久性分析结构评定损坏原因评估材料实际强度缺陷、损坏评估损坏发展趋势研究维修处治加固改善检查报告确认效果图3-1桥梁特殊检查流程图准备工作现场检查实验室测定评定加固桥梁特殊检查的一般流程如图3-1所示。桥梁特殊检查报告应包括下列主要内容：1、概述检查的一般情况，包括桥梁的基本情况、检查的组织、时间、背景和工作过程等；115 桥梁养护与加固2、目前桥梁技术状况的描述，包括现场调查、试验与检测项目及方法、检测数据与分析结果和桥梁技术状况评价等；3、详细阐述检查部位的损坏程度及原因，并提出结构部件和总体的修理、加固或改善的建议方案。第二节公路桥梁材料性能检测自从水泥问世以来，桥梁建设出现了一个飞跃的发展。钢筋水泥混凝土的价格低廉。成形容易、经久耐用等优点，使之几乎取代了其他所有的桥梁建筑材料。但随着时间的推移，号称“永久结构”的钢筋水泥混凝土出现了一些原先人们所没有认识到的危害，如混凝土的老化、碳化以及钢筋的锈蚀等许多不可逆的物理、化学变化，使钢筋混凝土的寿命大大地打了折扣。公路桥梁材料性能检测是对其结构及部件的材料质量所存在的缺损状况进行详细检测、试验、判断的过程。是对桥梁的专门检验，属于桥梁诊断的范畴。根据缺损的类型、位置和检测要求可选择①表面测量②无破损检测③半破损检测等公路桥梁材料性能检测主要内容见图3-2：A混凝土现场检测A1混凝土强度检测回弹法、超声法、超声回弹综合法钻芯法、贯入法、拔拉法、拉脱法B钢筋锈蚀检测A2碳化深度检测A3缺陷损伤检测超声波探伤法(是最常用的)目测法声波检测法声发射检测开裂活动射线照相法放射测定法红外线热测法雷达检测法均匀性检测结合面检测表面损伤检测不密实区检测浅裂缝检测深裂缝检测B1直接检测B2间接检测图3-2旧桥材料性能检测内容一、混凝土强度的现场检测检测、评定没有或缺乏技术资料的桥梁时，需真接测定实桥结构材料的机械力学性能。即使技术资料较为完整，为了检验结构材料的实际情况是否与资料相符，也需测定桥梁材料的机械力学性能。因此，混凝土强度的现场检测也很重要。115 桥梁养护与加固混凝土强度的现场检测方法目前主要有：非破损检测法和半（微）破损检测法。非破损检测法主要有回弹法、超声波法、超声-回弹综合法等；半（微）破损检测法主要有拔出法、钻芯法、拔脱法、射击法等；其中最常用的方法有回弹法、钻芯法、超声-回弹综合法、拔出法等。（一）钻芯法检测混凝土强度钻芯法检测混凝土强度是指利用特点设备，从混凝土结构中钻取芯样，以测定普通混凝土强度的方法。这是一种直观准确的方法，其使用原则是：1、对试块抗压强度的测试法具有怀凝时；2、因故发生混凝土质量问题；3、混凝土受到损害；4、需经检测很多年使用的结构物如旧桥。钻芯取样检测混凝土强度应注意以下几个问题：1、有些情况下不宜采用回弹、超声等非破损方法检测混凝土强度时，可采用钻芯取样法。如混凝土内外质量不一致；混凝土变化可腐蚀或火灾；混凝土在硬化过程中冻伤等。2、结合非破损检测技术，通过钻取少量芯样，以提高非破损检测的测试精度。如非破损测强曲线技术条件差异较大，又如旧混凝土结构等。3、对于强度等级小于C10的混凝土，钻芯过程易破坏砂浆与骨料的粘结力，测试结果不准，不易采用钻芯法。4、对于正在工作中的结构，特别是经使用多年的旧结构应尽量采用非破损检测技术，必须采用钻心法时，对取样位置、取样数量等应严格控制。5、钻取芯样后的构件应及时对孔洞进行修补，修补可采用树脂完成微膨胀细骨料混凝土。钻苡取样的设备主要包括：1、钻取芯样的钻芯机；2、加工芯样或符合试验尺寸要求的锯切机；3、加工芯样消面的研磨机；4、探测钢筋位置的磁感仪、雷达等。芯样钻取应符合以下要求：1、芯样钻取位置应尽量选在结构或构件管力较小的部位；选取混凝土强度有代表性的部位；取芯位置应尽量避开钢筋、管线；用钻芯法与非破损法综合测定强度时，应与非破损法取同一测区。2、按单个构件检测时，每个构件的芯样数不应少于3个，较小构件可取2个。115 桥梁养护与加固3、芯样直径不宜小于骨料最大粒径的3倍，并不得小于骨料最大粒径的2倍。芯样直径一般为100mm或150mm，芯样的高度直径比应在1～2的范围内。影响芯样强度的因素很多，主要影响因素如下：1、芯样尺寸，特别是芯样高度对其抗压强度影响较大。一般来说芯样高度与直径均为100mm时与150mm立方体试件强度相当。2、芯样含筋率对其强度有一定影响。有螺纹筋的芯样会提高强度，有光圆钢筋的芯样会降低强度，故芯样钻取时应尽可能地避开钢筋。3、芯样的含水量对强度影响明显。一般而言，含水量含多则强度含低故按自然干燥状态试验时，芯样应在室内自然干燥3d；按潮湿状态试验时，芯样应在水中泡40～48h。芯样强度的换算值系指芯样将实测强度换算成150mm，立方体试件的抗压强度值。换算值按下式计算：式中：——试件混凝土强度换算值（MPa），精确至0.1；——试验时施加的最大压力（N）；——芯样平均直径（mm）；——高径比换算系数，按表3-2采用。强度换算系数表3-2高径比(h/d)1.01.11.21.31.41.51.61.71.81.92.0系数1.001.041.071.101.131.151.171.191.211.221.24强度和直径均为100mm或150mm的芯样试验值可直接作为其强度换算值。单个构件或其层部区域，芯样强度换算值中的最小值为其代表值。（二）回弹法现场检测混凝土强度回弹法主要测试仪器是回弹仪（机械式无损检测仪器）。因混凝土的抗压强度与其表面硬度之间存在一定的关系，而回弹仪的弹击锤被一定的弹力打击在混凝土表面上；其回弹高度（即回弹值）与混凝土表面硬度有一定的比例关系。因此以回弹值反映混凝土表面硬度，从而推出混凝土的抗压强度。115 桥梁养护与加固回弹法在我国的使已用40余年的历史。国外使用回弹法的精度不高，有的只能定性判断混凝土的质量，但回弹法在我国应用相当广泛，这不仅是由于回弹法设备简单、操作方便、测试迅速，更是我国已经解决了回弹法使用精度不高和不能推广的关键问题。回弹值影响因素（操作方法、仪器性能、气候条件等）较多，使用不当会产生较大的误差。故须正确掌握操作方法，回弹法检测具体步骤如下：1、测区、测点的选择单个检测时，应在每个构件上均匀布置测区——对一个方向的尺寸不小于4.5，另一个方向的尺寸不小于0.3m的构件，测区数不应少于10个；当不满足上述条件时，测区数不应少于5个。批量检测时，抽检数量不得少于同批构件总数的30％，且不少于10件，每个构件测区数量不应少于10个（抽检构件应具一定代表性）。测区应选在使回弹仪处于水平方向检测混凝土浇筑侧面，当不满足这一要求时，可使回弹仪处于非水平方向的混凝土浇筑侧面、表面、底面。测区表面应清洁、平整、干燥，不应有接缝、饰面层、粉刷层、油垢、蜂窝、麻面等（否则所测回弹值会偏低），必要时可用砂轮、粗砂纸等清除杂物，磨平不平整处，并擦去残留粉尘、灰屑。相邻两测区的间距应控制在2m以内，测区离构件边缘的距离不宜大于0.5m。测区宜在构件的可测表面上均匀分布，并直避开位于混凝土内保护层附近设置的钢筋和预埋铁件；测区宜在构件的两相对表面上有两个基本对称的测试面（测面），如不能满足这一要求时，一个测区允许只有一个测面；测区的面积不宜大于0.04m2；测点宜在测区范围内均匀分布，相邻两测点的间距一般不小于20mm。测点距构件边缘或外露钢筋、铁件的距离一般不小于30mm。测点不应在气孔和外露石子上。同一测点只能弹击一次，每个测区应记取16个回弹值。2、测区平均回弹值的计算①当回弹仪水平方向测试混凝土浇灌方向的侧面时，应从测区两个相对测试面的16个回弹值中，分别去除3个最大值与最小值，剩余的10个回弹值按下式计算：(3-1)式中——测区平均回弹值（计算精确至一位小数）115 桥梁养护与加固——第i个测点的回弹值②当回弹仪处于非水平方向测试时，应根据回弹仪轴线与水平方向的角度α（图3-3），将测得数据按式2-3-1求出测区平均回弹值，再按式3-2修正：图3-3回弹法测试角α示意简图=+(3-2)式中——回弹仪与水平方向成角测试时测区的平均回弹值——按表2-3-1查出不同测试角度的回弹修正值③当回弹仪处于水平方向测试时，应将测得数据按式（3-1）式求出测区平均回弹值，再按式式（3-3）、式（3-4）修正：=+(3-3)=+(3-4)式中、—水平方向检测混凝土浇筑表面底面时测区平均回弹值；、—表面、底面回弹值的修正值（表3-3）当回弹仪为非水平方向且为非浇筑侧面时，应先进行角度修正，再进行浇筑面修正（表3-4）。不同测试角度的回弹修正值表3-3测试角度+90º+60º+45º+30º-30º-45º-60º-90º115 桥梁养护与加固20304050-6.0-5.0-4.0-3.5-5.0-4.0-3.5-3.0-4.0-3.5-3.0-2.5-3.0-2.5-2.0-1.5+2.5+2.0+1.5+1.0+3.0+2.5+2.0+1.5+3.5+3.0+2.5+2.0+4.0+3.5+3.0+2.5不同浇筑面的回弹修正值、表3-4、20253035404550+2.5+2.0+1.5+1.0+0.500-3.0-2.5-2.0-1.5-1.0-0.503、平均碳化深度的计算混凝土碳化深度会直接影响混凝土表面硬度，故应考虑混凝土碳化深度对混凝土强度的影响。回弹法测量完成后，选取有代表性的位置测量碳化深度，测点不应少于构件测区数量的30％，且不应少于3次，当出现测区碳化深度值极差大于2.0mm时，预示混凝土强度不均匀，要求要求每一测区测量碳化深度。测量碳化深度值时，可用钻头、凿子等合适的工具在测区表面凿成直径约15mm的孔洞，其深度大于混凝土的碳化深度（一般取为保护层厚度）。然后除净孔洞中的粉末和碎屑（不得用水冲洗），立即用浓度为1％酚酞酒精溶液滴在孔洞内壁的边缘处，再用深度测量工具测量已碳化与未碳化混凝土交界面（颜色变化处）到混凝土土表面的垂直距离多次，取其平均值。该距离即为混凝土的碳化深度值。每次读数精确至0.5mm。在测区中选取n个碳化深度测点，得到相应碳化深度测量值，即可进行平均碳化深度值的计算，公式如下：(3-5)式中——测区混凝土的平均碳化深度值（mm），计算至0.5mm；——第i个测点的混凝土碳化深度测量值（mm）；n——测区的碳化深度测点数。根据测区混凝土碳化深度值依附录－1查混凝土强度。4、测区混凝土强度值计算构件第i个测区混凝土强度换算值可由平均回弹值和平均碳化深度值115 桥梁养护与加固查测区混凝土强度换算表（JGJ/T23-2001的附录A）可得。构件混凝土强度平均值依据下式计算：(3-6)式中——构件混凝土强度平均值(MPa),精确至0.1MPa.n——单个检测时，为构件上测区的总和；抽样检测时，为各抽检构件测区数之和。标准差按下式计算：(3-7)结构或者构件的混凝土强度推定值应按下列公式确定：当结构或者构件测区数少于10个时：＝式中－构件中最小的测区混凝土强度换算值。当结构或者构件测区强度值中出现小于10.0MPa时：＝10.0MPa当结构或者构件测区数不少于10个或者按批量检测时：＝－1.645对于按批量检测的构件，当标准差出现下列其中之一的情况时，则该批构件全部按单个构件检测：该批构件混凝土强度平均值小于25MPa时，＞4.5MPa；该批构件混凝土强度平均值不小于25MPa时，＞5.5MPa。5、测强曲线在进行测区强度换算时，要用到测强曲线。测强曲线有统一测强曲线、地区测强曲线和专业测强曲线。统一测强曲线是由全国代表性的材料、成型养护工艺配制的混凝土试件，通过试验所建立的回弹代表值与测区混凝土强度的关系曲线。统一测强曲线已经使用了近20年，效果较好，《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》（JGJ/T115 桥梁养护与加固23-2001）中的测区混凝土强度换算表是据统一曲线绘制的，抗压强度适用范围为10～60MPa，详见附录－1。地区测强曲线已通过本地区常用的材料、成型养护工艺建立的曲线。专用测强曲线是由与结构或构件混凝土相同的材料、成型养护工艺所建立的曲线。强度换算时应按专用测强曲线，地区测强曲线，统一测强曲线的次序选用。当检测条件与测强曲线的适用条件有较大差异时，可采用同条件试件或钻取混凝土芯样进行修正，试件或芯样数量不少于6个。钻取芯样时每个部位应钻取一个芯样，计算时，测区混凝土强度换算值应乘以修正系数。修正系数按下列公式进行计算：（3-8）或（3-9）式中：——修正系数，精确至0.01；——第个150mm立方体混凝土试件抗压强度值，精确至0.1MPa；——第个混凝土芯样试件抗压强度值，精确至0.1MPa；——对应于第个试件或芯样部位回弹值和碳化深度值的混凝土强度换算值。（三）超声回弹综合法法检测混凝土强度无损检测，还有一种常用的方法是用超声波的方法来检测混凝土强度，当声波在混凝土中传波时，其纵波波速的平方与混凝土的弹模成正比，与密度成反比，而混凝土的强度又与其密度有关，一般言，声波在混凝土传波速度越快，其强度就越高。正是利用声速与混凝土强度的关系检测混凝土强度的方法即为超声法。单独采用回弹法和超声法均有其缺陷。对回弹法来说，如果检测条件与测强曲线的适用条件差异较大，且又未能以钻芯取样法时，此时精度就不高。采用超声法时，其精度也在很大程度上取决于检测条件与测强曲线所适用条件之间的差异。所以工程中很少单独采用超声法来测混凝土强度。超声回弹综合法是以超声波穿透试件内部的声速值和试件表面硬度的回弹值来综合检测结构混凝土的抗压强度的方法。这一方法是，20世纪60年代研究开发出的一种无损检测法，与单一方法比较，其精度高，适应范围广，在我国建工、公路、铁路系统已广泛应用。115 桥梁养护与加固综合法中超声波检测仪合格工作频率为10～500kHz的模拟式或数字式低频超声仪。换转器的工作频率一般为50～100kHz，常用的换转器具有厚度振动方式和径向振动方式两类。换转器的布置方式以测试位置的不同可有三种方法：对测法；角测法；平侧法。换转器布置如图3-4所示。图3-4换能器探头的布置方法综合法的测区及其尺寸等相关要求与回弹法基本相同，但应注意以下几点：1、采用平测法，测区宜为400mm×400mm；2、对于每一测区，应先回弹测试，后超声测试；3、计算混凝土强度时，非同一测区内的回弹值和声速值不得混用。在进行超声测试时，声速代表值应根据测区中3个测点，按下式计算的声速值式中：——修正后的测区声速代表值（km/s）；——测试面声速修正系数；——测试方法修正系数；——第个测点的超声测距（mm）；——第个测点的声时读数（）；——声时初读数（）。对测或斜测时，。平测时，宜采用同一构件的对测声速与平测声速之比求得修正系数；当被测结构或构件不能进行对测与平测对比时，宜选取代表性的部位，以测距，以50mm为一级，逐点测读相应的声时值，用回归法求出直线方程，以回归系数代替。在混凝土浇筑顶面或底面对测或斜测时，；顶面平测时，，底面平测时，。115 桥梁养护与加固按前一节中回弹法求出回弹代表值和声速代表值后，应优先采用专用测强曲线或地区测强曲线，进行强度换算。当无专用和地区测强曲线时，可按《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》（CECS02：2005）规定的方法进行验证后，按《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》的统一测区混凝土抗压强度换算表换算，也可按下式公式进行强度换算：1、当粗骨料为卵石时（3-10）2、当粗骨料为碎石时（3-11）式中：——第个测区混凝土抗压强度换算值（MPa），精确至0.1MPa。测区混凝土强度的计算、修正及评定基本同回弹法，所不同的是，当一批构件的抗压强度平均值时，标准差。同时采用钻芯取样修正时，综合法要求芯样数量可比回弹法少2个。（四）拔出法检测混凝土强度拔出法属于微破损检测范畴。它具有精度高，破损程度小、使用方便适用范围广等特点。这一方法就是在硬化混凝土表面钻孔、磨槽、嵌入锚固件，使用拔出仪进行拔出试验，测定极限拔出力，并根据预先建立的拔出力与混凝土强度之间的相关关系检测混凝土强度。拔出法有两种，其一是在浇筑混凝土时预先埋入锚固件，待混凝土硬化后进行拔出试验，称为预埋拔出法；其二是在硬化的混凝土构件上嵌入锚固件后进行拔出试验。试验装置见图3-5。图中三点式拔出试验装置适用于粗骨料最大粒径不大于60mm的混凝土，圆环式试验装置适用于粗骨料最大粒径不大于40mm的混凝土。115 桥梁养护与加固图3-5拔出法检测混凝土强度装置简图1、拔出法测试要求单个构件检测时，应在构件上均匀布置3个测点。当3个拔出力中的最大拔出力和最小拔出力与中间值之差均小于中间值的15％时，布置3个测点即可；当最大拔出力或最小拔出力与中间值之差大于中间值的15％（包括两者均大于中间值的15％）时，应在最小拔出力测点附近再加测2个测点。当同批构件按批抽样检测时，抽检数量应不少于同批构件总数的30％，且不少于10件，每个构件不应少于3个测点。测点宜布置在构件混凝土成型的侧面，如不能满足该要求，可布置在混凝土成型的表面或底面。构件受力较大及薄弱部位应布置测点相邻测点不应小于10h，测点距构件边缘的距离不应小于4h。测点应避开接缝、蜂窝、麻面部位和混凝土表层的钢筋、预埋件等。测试面应平整、清洁、干燥，对饰面层、浮浆等应清除，必要时进行磨平处理。结构或构件的测点应标有编号，并应描绘测点布置的示意图。在钻孔过程中，钻头应始终与混凝土表面保持垂直，垂直度偏差不应大3°。在混凝土孔壁磨环形槽时，磨槽机的定位圆盘应始终紧靠混凝土表面回转，磨出的环形槽形状应规整。成孔尺寸应满足下列要求：l钻孔直径d1应比规定值大0.1mm，且不宜大于1.0mm；l钻孔深度h1应比锚固深度h深20～30mm；l锚固深度h应符合规定，允许误差为0.8mm；115 桥梁养护与加固l环形槽深度c应为3.6～4.5mm。2、混凝土强度换算及推定混凝土强度换算值根据汇总后的回归方程式（3-12）计算（3-12）——混凝土强度换算值，MPa,精确至0.1MPa；——拔出力，kN,精确至0.1kN；、——测强公式回归系数。当被测结构所用混凝土的材料与制定测强曲线所用材料有较大差异时，可在被测结构上钻取混凝土芯样，根据芯样强度对混凝土强度换算值进行修正。芯样数量应不少于3个，在每个钻取芯样附近3个测点的拔出试验，取3个拔出力的平均值代入式3-13计算每个芯样对应的混凝土强度换算值。修正系数如下式：(3-13)式中——修正系数，精确至小数点后两位；——第i个混凝土芯样试件抗压强度值，MPa，精确至0.1MPa；——对应于第个混凝土芯样试件的3个拔出力平均值的混凝土强度换算值，MPa，精确至0.1MPa；——芯样试件数。单个构件的拔出力计算值按下列规定取值：当构件3个拔出力中的最大或最小拔出力与中间值之差均小于中间值的15％时，取小值作为该构件拔出力计算值；当加测时，加测的2个拔出力值和最小拔出力值一起取平均值，再与前一次的拔出力中间值比较，取小值作为该构件拔出力计算值。将单个构件拔出力计算值代入式（3-13）计算强度换算值（或者用乘以强度换算值）作为单个构件混凝土强度推定值，即(3-14)将同批构件抽样检测的每个拔出力按式3-13计算强度换算值（或用修正系数乘以强度换算值）。混凝土强度的推定值按下列公式计算：=(3-15)(3-16)115 桥梁养护与加固(3-17)(3-18)式中——批抽检构件混凝土强度换算值的平均值，精确至0.1MPa；——该批构件中最小的测区混凝土强度换算值的平均值，精确至0.1MPa；——第个构件中的最小测区混凝土强度换算值，精确至0.1MPa；——对应于第个测点的混凝土强度换算值；——批抽检构件混凝土强度换算值的标准差，精确至0.1MPa；——批抽检的构件数；——批抽检构件的测点总数。取式（3-15）、（3-16）中的较大值作为该批构件混凝土强度的推定值。对于按批量检测的构件，当全部测点的强度标准差出现下列其中之一的情况时，则该批构件全部按单个构件检测：该批构件混凝土强度平均值小于25MPa时，＞4.5MPa；该批构件混凝土强度平均值不小于25MPa时，＞5.5MPa。二、混凝土缺陷损伤的检测桥梁的施工、使用过程中，往往会产生一些缺陷和损伤。混凝土构件中常见的缺损有裂缝、碎裂、剥落、层离、蜂窝、空洞、腐蚀和钢筋锈蚀等。钢构件中常见的的缺损主要有锈蚀、裂缝（包括由于应力集中和疲劳等引起的裂缝）、机械损伤、局部变形、焊缝缺陷和防护层损坏等。这些缺陷和损伤往往会严重影响结构物的承载能力和耐久性，因此是桥梁养护工作中必须检测的项目。形成这些缺陷和损伤的主要原因：因施工不当造成内部孔洞、不密实区、蜂窝及保护层不足、钢筋外露等；因混凝土非外力作用裂缝；外力作用形成裂缝；因长期腐蚀或冻融造成构件由表及里的层状疏松。115 桥梁养护与加固混凝土探伤以无损检测的手段，确定混凝土内部缺陷的存在、大小、位置和性质。可用于探伤的无损检测手段有：超声脉冲法；射线法；声波检测法；射线照相法；红外线检测法；雷达检测法。其中超声法是目前使用最多、最有效的探伤方法（金属探伤也利用超声波在内部缺陷界面上的反射特性判断内部缺陷状态）。超声探伤法常用来探查钢材、焊缝和混凝土中存在的裂缝、空洞、夹渣及火灾损伤等。由于混凝土是非匀质材料，必须用方向性弱的低频脉冲（20～150KHZ），且传递距离不大于80cm；平行于脉冲方向的钢筋对探测结果影响很大，故配筋多的混凝土构件测试方法会有所限制；窄的裂缝会通过接触点或钢筋传递脉冲。所以，超声探伤法最好用来探测较大的空洞和裂缝。混凝土超声探伤的依据有：因低频超声在混凝土中遇到缺陷时发生绕射，故可按声时、声程的变化，判别和计算缺陷的大小；因超声波在缺陷界面上产生反射，故可按到达接收探头时能量显著衰减的现象判断缺陷的存在及大小；因超声脉冲各频率成分在遇到缺陷时衰减程度不同，故可按接收频率明显降低，或接收波频谱产生差异来判别内部缺陷；因超声波在缺陷处波形转换和叠加，故可按其造成的接收波形畸变现象判别缺陷。超声法混凝土缺陷检测主要有以下几方面的内容:混凝土均匀性检测；混凝土结合面质量检测；混凝土表面损伤层检测；混凝土不密实区和空洞检测；裂缝检测。这里只介绍一些常用的检测方法，详细内容可参照超声法检测混凝土缺陷技术规程（CECS21:2000）。1、混凝土均匀性检测混凝土的不均匀性可引起脉冲速度的差别，这种差别和质量差别相关。脉冲速度的测量可以用来研究混凝土的均匀性，为达此目的，应选定足够均匀地布置该混凝土结构的若干测点，测点间距一般为200～500mm，测点布置时应避开与声波传播方向一致的钢筋（这种平行方向的钢筋对探测结果影响很大）。各测点的声速值按下式计算：(3-19)式中：——第i点混凝土声速值，km/s；——第i点声径长度或称测距值，mm；——第i点混凝土的声时值，。各测点混凝土的声速平均值和标准差及离差系数按下式计算：(3-20)115 桥梁养护与加固(3-21)(3-22)式中：——声速平均值，km/s；n——测点数；——第i点的声这值，km/s；——声速标准差；——声速离差系数。根据、，比较相同测距的同类结构或各部位混凝土均匀性的优劣。2、混凝土结合面质量检测测试前应确定结合面的位置及走向，以正确确定需测部位及布置测点；结构的被测部位应具有使声波垂直或斜穿结合面的一对平行测试面；布置测点应避开平行声波传播方向的主钢筋或预埋铁件。测点也可采用斜测法布置测点（如图3-6）测点应使测试范围覆盖全部结合面或有怀疑的部位。各对T、R换能器连线的倾斜角及测距应相等。测点的间距视结构尺寸和结合面外观质量情况而定，可控制在100～300mm。在测出各测点的声时、波幅和频率值后，对某一测区各测点声时、波幅和频率值分别进行统计和异常值判断。当通过结合面的某些测点的数据异常，并可排除其它因素影响时，可判定混凝土结合面在该处结合不良。3、混凝土表面损伤层检测根据结构的损伤情况和外观质量选取有代表性的部位布置测区；结构被测表面应平整并处于自然干燥状态，且无接缝和饰面层；测点布置时应避免R、T换能器的连线方向与附近主钢筋的轴线平行。115 桥梁养护与加固图3-7结合面斜测法换能器布置图表面损伤层检测应选用低频的厚度振动式换能器。测试时T换能器应耦合保持不动，然后将R换能器依次耦合在测点l、2、3、……位置上，如图3-7，读取相应的声时值、、……，并测量每次R、T换能器之间的距离、、……。R换能器每次移动的距离不宜大于100mm，每一测区的测点数不得少于5个。当结构的损伤层厚度不均匀时，应适当增加测区数。以各测点的声时值与相应测距值；绘制“声时—测距”坐标图，如图3-8,可得到声速改变所形成的拐点，并按下式算出损伤混凝土的声速和未损伤混凝土的声速。(3-23)(3-24)4、裂缝检测超声法除了可用来检测混凝土强度外，还可用来检测混凝土病害，如混凝土的空洞、混凝土损伤等缺陷，也可用来探测钢筋钢束位置。由于裂缝是常见的病害，前述的方法只能检测裂缝宽度而不能测其深度，而超声法就可以解决这一问题。当结构的裂缝部位只有一个可测表面且估计的裂缝深度又不大于500mm时，可采用单面平测法。测量时应在裂缝处以不同的测距，按跨缝和不跨缝布置测点（避开钢筋），其步骤为：1）不跨缝声时测量：如图3-10所示，将发射声波的换能器T和按超声波的换能器R置于裂缝附近图例，以T、R内边缘间距（）从100mm开始，以50mm为一级递增，分别读取声时值（），绘制时距坐标图（如图3-9）或用用回归分析法求出声时与测距之间的回归方程。声波实际传播距离为：式中：——第点的超声波实际传播距离（mm）；115 桥梁养护与加固——T、R内缘间距（mm）；——回归方程的常数项；则回归系数b即为不跨缝平测时混凝土的声速值。图3-9浅裂缝平测时距图图3-10平测法跨缝测试图2）跨缝声时测量：如图3-10所示，属T、R换能器分别置于裂缝两侧，从100mm起，以50mm为级数增加，分别读取声时值，同时观察管波相位的变化。根据如图3-10所示的几何关系，裂缝深度依下式计算：（3-25）（3-26）式中：——不跨缝平测时第点的超声波实际传播距离（mm）；——第点计算的裂缝深度值（mm）；——第点跨缝平测声时值（）；——各测点计算裂缝深度的平均值（mm）；——测点数。实验证明，跨缝测量时，管波反相与裂缝深度有关，当在某测距发现管波反相时，可用该测距及两个相邻测距计算值，取此三点的平均值为裂缝深度值。有时候由于管钢筋或裂缝中局部连通影响而难以发现反相管波，所以不同的测距计算和，当和时，应剔除该数据。115 桥梁养护与加固当结构的裂缝部位具有两个相互平行的测试表面时，可采用双面穿透斜测法。测点布置如图3-11所示，将T、R换能器分别置于两个测试表面对应测点1、2、3……的位置读取相应声时值、波幅值及主频。图3-11裂缝斜测法示意当T、R换能器的连线通过裂缝，根据波幅、声时和主频突变可以评定裂缝深度以及是否在所处断面内贯通。钻孔对测法适用于大体积混凝土，预计深度在500mm以上的裂缝检测。被检测混凝土应满足：允许在裂缝两旁钻测试孔，裂缝中不应有水或泥浆。被测结构上钻取的测试孔应满足下列要求：l孔径应至少比裂缝预计深度深700mm，经测试如浅于裂缝深度，则应加深钻孔。l对应的两个测试孔，必须始终位于裂缝两侧，其轴线应保持平行。l两个对应测试孔的间距宜为2000mm,同一结构的各对应测孔间距应相同。l若条件允许，最好在裂缝一侧多钻一个较浅的辅测孔，测试无缝混凝土的声学参数，供对比判别之用（图3-12A）。裂缝检测应选用频率为20～60kHz的径向振动式换能器，并在其接线上作出等距离标志（一般间隔100～400mm）。测试前先向测试孔中注满清水，然后将R、T换能器分别置于裂缝两侧的对应孔中，以相同高程等间距从上至下同步移动，逐点读取声时值、波幅值和换能器所处的深度（图3-12B）。115 桥梁养护与加固图3-12B深裂缝钻孔检测立面示意图3-12A深裂缝钻孔检测辅助孔示意以换能器所处深度d与对应的波幅A图3-13d-A坐标图绘制d—A坐标图(如图3-13)。从图中亦可看出：随着换能器的下移，波幅逐渐增大，当换能器下移至某一位置后，波幅达到最大值继而稳定，该位置所对应的深度即为裂缝深度。三、钢筋锈蚀的直（间）接检测钢筋混凝土构件中钢筋的锈蚀往往与混凝土的病害相互联系。一方面，混凝土的密实度、渗水性、含水量、含氯盐量、碳化深度、保护层厚度不足和开裂等等诸多因素导致钢筋锈蚀；一方面，钢筋的锈蚀又促使了混凝土的进一步破损。依据是否通过检验混凝土的质量状况来检测钢筋锈蚀状况，对钢筋锈蚀的评定技术可分为直接评定和间接评定两种。直接检测钢筋锈蚀技术主要有：1、半电池电位检测法——利用与一已知的、并保持常量的基准电极的极电位相比较，有效地测量混凝土中钢筋的极电位，从而判定钢筋是否锈蚀。该法虽然不能提供锈蚀速率的具体数据，但它是目前唯一可用于现有桥梁直接检测混凝土锈蚀程度的非破损技术。该检测技术设备简单，便于现场检测，在钢筋混凝土桥梁结构的耐久性评定中广泛应用。2、重量损失法与截面损失法——这两种方法都需要在桥梁构件上截取已锈蚀钢筋的试件进行检测（局部破损检测），缺点是仅能反映桥梁构件局部的锈蚀率。间接评定钢筋锈蚀技术主要有：1、混凝土碳化深度的现场检测——用2%的酚酞酒精溶液喷洒在混凝土的新鲜断口处。PH≥10时显示紫红色，说明未碳化；PH＜10时为无色，说明己碳化。若碳化深度到达钢筋部位，混凝土失去保护作用，则钢筋可能被锈蚀。2、混凝土保护层厚度现场检测——115 桥梁养护与加固利用保护层测定仪检测钢筋的混凝土保护层厚度是否足够。当取芯或钻孔时，也用来探测钢筋位置。在评价缺乏资料的桥梁时，可用其估测钢筋直径。目前产品的检测深度达220～250mm，精确度为5%。3、混凝土电阻率检测——混凝土的电阻率与其含水量有关，是控制钢筋锈蚀的因素之一，电阻率越高，锈蚀电流越弱。当电阻率超过12000.cm时，钢筋不大可能锈蚀；当电阻率低于500.cm时，钢筋肯定锈蚀。4、混凝土中氯离子含量检测——用来评定氯盐对钢筋的锈蚀。5、混凝土气透性检测——通过其对碳化和有害离子侵蚀的抵抗力，间接评定钢筋。（一）钢筋锈蚀自然电位的检测钢筋锈蚀是一个电化学过程，钢筋锈蚀电位的测量是把钢筋与混凝土看作一个半电池，通过检测与参考电极的电位差，来作为钢筋锈蚀电位的量度。该方法是检测钢筋锈蚀的常用的方法，方法简便，对结构无损伤，易于现场实施，结果明确，适用于混凝土构件寿命期间的任何期间，不受构件尺寸，钢筋保护层厚度的限制。1、钢筋锈蚀电位检测仪的技术要求1）钢筋锈蚀电位测量仪应通过技术鉴定，必须具有产品合格证。2）仪器的技术性能要求主要有以下10点：l测量范围大于1V；l准确度优于0.5%±1mv；l输出电阻大于1010Ω；l半电池参考电极为铜/硫酸铜电极，温度系数0.9mv/℃；l显示方式为数字显示；l数据输出有标准打印机输出口，按矩阵或序列形成输出电位值并绘制等电位图；l数据可存贮且内存不断电；l电源为直流电，连续正常工作时间不小于6小时；l仪器使用环境条件为环境温度0～+40℃，相对温度≥85%；l测量联接导线：导线长不应超过150m，截面积大于0.75mm2。2、钢筋锈蚀电位检测仪的使用、维护与保管仪器的使用、日常维护与保管应按相应的说明书规定进行；对于充电电池供电的仪器，应注意每1～2个月充放电一次，以保持电池的活性。3、钢筋锈蚀电位检测仪的校准115 桥梁养护与加固铜/硫酸铜电极的校准可使用甘汞电极。将铜/硫酸铜参考电极接于测量仪正极，甘汞电极接于负极，并把两电极同时接触于一块润湿的棉花上，在22℃时两电极之间的电位差在68±10mv之间，则铜/硫酸铜电极就是可用的。每次检测之前应对电极进行校准。二次仪表的校准一般应每年进行一次，当检查测量系统各环节时，4、钢筋锈蚀电位的测试方法①铜/硫酸铜参考电极的准备：饱和硫酸铜溶液用试剂级硫酸铜晶体溶解在蒸馏水中制成，当有多余的未溶解硫酸铜晶体积于溶液底部时，可认为该溶液是饱和的。电极铜棒应清洁，无明显缺陷，否则需用稀释盐酸溶液清洁铜棒，并用蒸馏水彻底冲净。硫酸溶液每月更换，长时间不用再用时也应更换，以保持溶液清洁。溶液应充满电极。②测区与测点布置:l测区应根据构件的环境差异，外观检查的结果来确定，应有各种程度和差异的代表，每一种测区数量不宜少于3。l在测区上布置测试网格，网格节点为测点，网格间距可选20×20cm，30×30cm，20×10cm等，根据构件尺寸而定，测点位置距构件边缘应大于5Cm，测点数可根据仪器功能要求确定，但一般不宜少于20个测点。l当一个测区内存在相邻测点的读数超过150mv，通常应减小测点的间距。l测区应统一编号，注明位置，并描述外观情况。③混凝土表面处理：用钢丝刷、砂纸打磨测区混凝土表面，去除涂料、浮浆、污迹、尘土等，并将表面润湿。润湿用电接触液可以用水或加入适最液态洗涤剂的水溶液。④钢筋锈蚀电位测量系统按要求正确连接、正确操作：l现场检测，铜/硫酸铜电极一般接二次仪表的正输入端，钢筋接二次仪表的负输入端。l局部打开混凝土，在钢筋上钻一小孔并拧上自攻螺钉，用加压型接线夹夹在钉帽上，保证有良好的电联接。若在远离钢筋连接点的测区进行测量，必须用万用表检查内部钢筋的连续性，如不连续，应重新进行钢筋的连接。l铜/硫酸铜参考电极与测点的接触:测量前应预先将电极前端多孔塞充分浸湿，以保证良好的导电性，正式测读前应再次用喷雾器将混凝土表面润湿，但应注意两个测点之间不应留有自由表面水。5、钢筋锈蚀电位测量值的采集115 桥梁养护与加固测点读数变动不超过2mv，可视为稳定。在同一测点，同一支参考电极，重复测读的差异不超过10mv；不同的电极重复测读的差异不超过20mv。若不符合稳定要求，应检查测试系统的各个环节。数据按测量仪器的操作要求存入内存，并于每一工作日之后及时输出处理数据。6、测量时应注意的问题与数据的修正①混凝土含水量对测量值有明显影响，因此测量时构件应在自然状态，含水量约为2～3%，否则不能使用本指南给出的判据。②如果环境温度在22±5℃范围之外，要对铜/硫酸铜电极做温度修正。③各种外界因素产生的杂散电流，影响测量值，特别是靠近地面的测区。应避免各种电磁场的干扰。④混凝土保护层电阻对测量值产生影响，除测区表面处理要符合规定外，仪器的输入阻抗要符合技术要求。7、测试结果的记录格式与评定根据电化学原理，钢筋锈蚀自然电位相对于铜/硫酸铜参考电极应为负值，为了提高现场测试的稳定性，本文介绍的方法测得的读数为正值，评定时按惯例将数据加上负号。数据格式：a)按一定的比例绘出测区平面图，标出相应测点位置的钢筋锈蚀电们，得到数据阵列。b)绘出电位等值线图。通过数值相等各点或内插各等值点绘出等值线，等值线差值宜为100mv。8、钢筋锈蚀电位测试的改善措施：钢筋锈蚀自然电位的检测，会受到多种因素的干扰，为了提高现场检测结果判读与评定的准确性，可进行少量的现场比较性试验。对于需进行钢筋锈蚀评定的构件，有时已有钢筋暴露或很容易暴露，只要测其周围的锈蚀电位，比较这些钢筋的锈蚀程度和相应的测量值，就可缩小判据的范围，提高准确。通过大面积的检测评定整个被测结构的钢筋锈蚀状态。(二)混凝土碳化深度检测法钢筋混凝土结构物中，钢筋处于混凝土的碱性保护之中，混凝土碳化深度一旦到达钢筋，钢筋就失去保护，当外部条件成熟，就会发生锈蚀，因此检测混凝土碳化深度对判断钢筋状态也是很重要的。1、混凝土碳化深度的检测方法115 桥梁养护与加固混凝土碳化深度的检测一般使用酸碱指示剂喷在混凝土的新鲜破损面，根据指示剂颜色的变化，可测量混凝土的碳化深度。2、混凝土碳化深度检测前的准备:①目前常用的指示剂为酚酞试剂，配制方法为：75%的酒精溶液与白色酚酞粉末配置成酚酞浓度为1～2%的酚酞溶剂,装入喷雾器备用。溶剂应为无色透明的液体。②测区位置的选择原则可参照钢筋锈蚀自然电位测试的要求，若在同一测区，应先进行保护层和锈蚀电位、电阻率的测量，再进行碳化深度的测量。③结构外侧面应布置测区。④每一测区应布置测试孔三个，成“品”字排列，孔距应根据构件尺寸大小，但应大于2倍孔径。⑤测孔距构件边角的距离大于2.5倍保护层厚度。3、碳化深度测量的操作过程①用装有20mm直径钻头的冲击钻在测点位置钻孔。②成孔后用园形毛刷将孔中碎屑、粉末清除，并用皮老虎吹净，露出混凝土新茬。③将酚酞指示剂喷到测孔壁上。④待酚酞指示剂变色后，用测深卡尺测量混凝土表面至酚酞变色交界处的深度，准确至1mm。酚酞指示剂从无色变为紫色时混凝土未碳化，酚酞指示剂未改变颜色处的混凝土已经碳化。⑤将测区、测孔统一编号，并画出示意图，标上测量结果。⑥测量值的整理应列出最大值、最小值和平均值。4、混凝土碳化对钢筋的影响若混凝土碳化深度已达到钢筋保护层的厚度，则钢筋失去保护已有锈蚀的危险。（三）混凝土中氯离子含量测定法有害物质侵入混凝土，将会影响结构的耐久性。混凝土中氯离子可引起并加速钢筋的锈蚀；硫酸盐(SO42-)的侵入可使混凝土成为易碎松散状态，强度下降；碱的侵入(K+、Na+)在骨料具有碱活性时，可能引起碱－骨料反应破坏。因此在进行结构耐久性评定时，根据需要应对混凝土中cl－、SO42-、Na+、K+含量进行测定。目前，对混凝土中氯离子含量的测定方法比较成熟，已被普遍应用于现在结构。115 桥梁养护与加固氯离子含量的测定方法分析主要有两种：滴定条法——这种方法比较简便，可在现场完成；实验室化学分析法——这种方法结果准确，但对操作人员要求较高；1、滴定条法测定氯离子含量（1）混凝土粉末分析样品的取样部位和数量：①分析样品的取样部位可参照方法1及方法3的测量原则确定②测区的数量应根据结构的工作环境条件及构件本身的质量状况确定，在工作环境条件、质量状况有明显差异的部位布置测区③每一测区取粉的钻孔数量不宜少于3个，取粉孔可与碳化深度测量孔合并使用。④测区、测孔应统一编号（2）混凝土取样方法：①使用直径20mm以上的冲击钻在混凝土表面钻孔，钻孔前应先确定钢筋位置；②钻孔取粉应分层收集，一般深度间隔可取3mm、5mm、100mm、15mm、20mm、25mm、50mm………。若需指定深度处的钢筋周围氯离子含量，取粉间隔可进行调整；③钻孔深度使用附在钻头侧面的标尺杆控制；④用一硬塑料管和塑料袋收集粉末,对每一深度应使用一个新的塑料袋收集粉末，每次采集后，钻头、硬塑料管及钻孔内都应用毛刷将残留粉末清理干净，以免不同深度粉末混杂；⑤同一测区不同孔相同深度的粉末可收集在一个塑料袋内,重量不应少于25克，若不够可增加同一测区测孔数量。不同测区测孔相同深度的粉末不应混合在一起。⑥采集粉末后，塑料袋应立即封口保存，注册测区、测孔编号及深度。（3）滴定条法分析步骤:①将采回的样品过筛，去掉其中较大的颗粒；②将样品置于105±5℃烘箱内烘2时后，冷却至室温；③称取5g样品粉末(准确度优于±0.1g)放入烧杯中；④缓慢加入50ml(1.0m，HNO3)并彻底搅拌直至嘶嘶声停止；⑤先用石蕊试纸检查溶液是否呈酸性(石蕊试纸变红)，如果不呈酸性，再加入适量硝酸；最后加入约5g无水碳酸钠(Na2CO3)⑥115 桥梁养护与加固用石蕊试纸检查深溶液是否呈中性，否则再加入少量无水碳酸钠直至溶液呈中性⑦用过滤纸作一锥斗压入液体，当纯净的溶液渗入锥头后，把滴定条插入液体中；⑧待滴定条顶端水平黄色细条变成蓝色，取出滴定条并沿由上至下的方向将其擦干⑨读取滴定条颜色变化处的最高值，然后，在该批滴定条表中查出所对应的氯离子含量值，此值是以百万分之几(PPM)表示的。若分析过程取样5g，加硝酸50ml，则将查表所得的值除以1000即为百分比含量；⑩若使用样品重量不是5g或使用过量的硝酸，则按式（3-27）修正其百分比含量(3-27)式中：a——查表所得的值(ppm)b——硝酸体积(ml)c——样品质量(g)2、试验室化学分析法测定氯离子含量（1）混凝土中游离氯离子含量的测定:该试验目的:测定硬化混凝土中砂浆的游离氯离子含量，为查明钢筋锈蚀原因提供依据。试验设备包括：托盘天平(称量100g，感量10mg)；分析天平(称量200g，感量1mg,称量200g，感量0.1mg各一台)；棕色滴定管(25ml或50ml)；三角烧瓶(250ml)；容量瓶(100ml、1000ml)；移液管(20ml)；标准筛(孔径0.63mm)。化学药品包括：硫酸(比重1.84)；酒精(95%)；硝酸银；铬酸钾；酚酞；氯化钠。试剂的配制：①配制浓度约5%铬酸钾指标剂:称取5g铬酸钾溶于少量蒸馏水中，加入少量硝酸银溶液使出现微红，摇匀后放置过夜，过滤并移入100ml容量瓶中，按要求稀释。②配置浓度约0.5%酚酞溶液：称取0.5g酚酞，溶于7ml酒精和25ml蒸馏水中。③配置稀硫酸溶液:以1份体积硫酸倒入20体积的蒸馏水中。④配置0.02N氯化钠标准溶液：把分析纯氯化纳置于瓷坩埚中加热(115 桥梁养护与加固以玻璃棒搅拌)，一直到不再有盐的爆裂声为止。冷却后称取1.2g左右(精确至0.1mg)，用蒸馏水溶解后移入1000ml容量瓶，并稀释至刻度。氯化钠当量浓度按式3-28计算：(3-28)式中：N——氯化钠溶液的当量深度；W——氯化钠重(克)；58.45——氯化钠的克当量。0.02N硝酸银溶液(视所测的氯离子含量，也可配成浓度略高的硝酸银溶液):秤取硝酸银3.4g左右溶于蒸馏水中并稀释至1000ml，置于棕色瓶中保存。用移液管吸取氯化钠标准溶液20ml(V1)于三角烧瓶中，加入10-20滴铬酸钾指示剂，用于配制的硝酸银溶液滴定至溶液刚呈砖红色。记录所消耗的硝酸银毫升数(V2)。(3-29)式中：N2——硝酸银溶液的当量浓度N1——氯化钠标准溶液的当量浓度V1——氯化纳标准溶液的毫升数V2——消耗硝酸银溶液的毫升数试验步骤包括：①样品处理：取混凝土中的砂浆约30克，研磨至全部通过0.63毫米筛，然后置于烘箱中加热(105±5℃)2小时，取出后放入干燥器冷却至室温。称取20g(精确至0.01g)，重量为G，置于三角烧瓶中并加入200ml(V3)蒸馏水，塞紧瓶塞，剧烈振荡1-2分钟，浸泡24小时。②将上述试样过滤。用移认管分别吸取滤液20ml(V4),置于二个三角烧瓶中，各加2滴酚酞，使溶液呈微红色，再用稀硫酸中和至无色后，加铬酸钾指示剂10-20滴，立即用硝酸银溶液滴定至呈砖红色。记录所消耗的硝酸银毫升数(V5)。游离氯离子含量按式（3-30）计算：(3-30)式中：P——砂浆样品游离氯离子含量(%)N2——硝酸银标准溶液的当量浓度G——砂浆样品重(g)115 桥梁养护与加固V3——浸样品的水重(ml)V4——每次滴定时提取的滤液量(ml)V5——每次滴定时消耗的硝酸银溶液(ml)0.03545——氯离子的毫克当量（2）混凝土中氯离子总含量（包括已和水泥结合的氯离子量）的测定:该试验目的:测定混凝土中砂浆的氯离子总含量，为查明钢筋锈蚀原因提供依据。试验设备包括：恒温烘箱；分析天平(称量100g，感量0.1mg)；天平(感量0.01g)；酸式滴定管(10ml)两支；容量瓶(100ml和1000ml)；三角锥瓶(250ml)；试剂瓶(1000ml)；移液管(20ml)；玻璃干燥器；研钵；表面皿。化学药品包括：氯化钠；硝酸银；硫氰酸钾；硝酸；铁矾；铬酸钾；氯化钠。试剂配置步骤为：①0.02N氯化钠标准溶液的配制：按相关规定执行。②0.02N硝酸银溶液配制与标定：按相关规定执行。③6N硝酸溶液的配制：取含量65～68%的化学纯浓硝酸(HNO3)25.8ml置于容量瓶中，按要求用蒸馏水稀释。④10%铁矾溶液：用10g化学纯铁矾溶于90g蒸馏水配成；⑤0.02N硫氰酸钾标准溶液:用天平称取化学纯硫氰酸钾晶体约1.95g左右，溶于100ml蒸馏水，充分摇匀，装在瓶内配成硫氰酸钾溶液并用硝酸银标准溶液进行标定。将硝酸银标准溶液装入滴定管，从滴定管放出硝酸银标准溶液约25ml，加6N硝酸5ml和10%铁矾溶液4ml，然后用硫氰酸钾标准溶液滴定，滴定时，激烈摇动溶液，当滴至红色维持5-10秒不褪时即为终点。硫氰酸钾标准溶液的当量浓度按式3-31计算：（3-31)式中：N1——硫氰酸钾标准溶液的当量浓度；V1——滴定时消耗的硫氰酸钾标准溶液(ml)；N2——硝酸银标准溶液的当量浓度；V2——硝酸银标准溶液(ml)。试验步骤为：①取适量的混凝土试样(约40g左右)，用小锤仔细除去混凝土试样中石子部分，保存砂浆，把砂浆研碎成粉状，置于105±5℃烘箱中烘2115 桥梁养护与加固小时。取出放入干燥器内冷却至室温，用感量为0.01g天平称取10～20g砂浆试样倒入三角锥瓶。②用容量瓶盛100ml稀硝酸(浓硝酸与蒸馏水体积比为15:85)倒入盛有硝浆试样的三角锥瓶内，盖上瓶塞，防止蒸发。③砂浆试样浸泡一昼夜左右(以水泥全部溶解为度)，其间应摇动三角锥瓶，然后用滤纸过滤，除去沉淀。④用移液管准确量取滤液20毫升两份，置于三角锥瓶，每份由滴定管加入硝酸银溶液约20ml(可估算氯离子含量的多少而酌量增减)，分别用硫氰酸钾溶液滴定。滴定时激烈摇动溶液，当滴至红色能维持5-10秒不褪时即为终点。必要时可加入3～5滴10%铁矾溶液以增加水泥含有的Fe3+。氯离子总含量按式3-32计算：(3-32)式中：P——砂浆样品中氯离子总含量(%)N——硝酸银标准溶液的当量浓度V——加入滤液试样中的硝酸银标准溶液(毫升)N——硫氰酸钾标准溶液的当量深度V2——每次滴定时提取的滤液量(毫升)V3——浸样品的水量(毫升)G——砂浆样品重(克)0.03545——氯离子的毫克当量。3、分析结果的评定：氯化物浸入混凝土引起钢筋的锈蚀，其锈蚀危险性受到多种因素的影响，如碳化深度、混凝土含水量、混凝土质量等，因此应进行综合的分析。因氯离子含量引起钢筋锈蚀的危险性可分为三个等级，见表3-5氯离子含量(占水泥含量的百分比)0.4以下0.4～1.01.0以上钢筋锈蚀危险性低中高钢筋锈蚀危险程度划分表3-5根据每一取样层氯离子含量的测定值，做出氯离子含量深度的分布线，从而可判断氯化物是混凝土生成时已有的，还是结构使用过程中由外界渗入的以及浸入的深度。115 桥梁养护与加固（四）钢筋保护层厚度及分布检测法混凝土保护层为钢筋提供了良好的保护，其厚度和分布的均匀性是影响钢筋耐久性的重要因素，在结构质量检测中必须进行该项目的测量钢筋保护层的测量是通常使用钢筋保护层测量仪器，其工作原理为电磁感应。当探测传感器靠近钢筋时，传感器的电感量发生变化，两端电压发生变化，从而可测定钢筋的位置、直径和保护层厚度。1、钢筋保护层测试仪的技术要求：①钢筋保护层测试仪应通过技术鉴定，必须具有产品合格证。②仪器的保护层测量范围应大于120mm。③仪器的准确度应满足：a）0～60mm，±1mmb）60～120mm，±3mmc）>120mm，±10%④可适用钢筋直径范围φ6～φ50，不少于符合有关钢筋直径系列规定的12个档次。⑤仪器应具有在未知保护层厚度的情况下，测量钢筋直径的功能。⑥仪器适用于常用的碳素钢、低合金钢钢筋和普通水泥。当出现超出仪器适用的钢材、水泥品种范围时，仪器仍能工作，但需做专门的校准以修正测读值。⑦仪器应能适用于温度0℃～40℃，相对湿度≤85%，无强磁场干扰的环境条件。⑧仪器工作时应为直流供电，连续正常工作时间不小于6h。2、钢筋保护层测试仪的使用、维护与保管：①仪器的使用、维护与保管应遵照说明书进行。②仪器接通电源后宜预热10分钟，再进行正式测读。③在测量的整个过程中，应随时检查和调节仪器的零点。④测量时应避免强磁场的干扰，两台仪器同时使用相距应大于2米。⑤对于充电电池供电的仪器，应每1～2个月充放电一次，以保持电池的活性。3、钢筋保护层测试仪的标定：①保护层测试仪使用期间的标定校准，使用专用的标定块。当测量标定块所给定的保护层厚度时，测读值应在仪器说明书所给定的准确度范围之内。②标定块由一根φ16的普通碳素钢筋垂直浇铸在长方体无磁性的塑料块内，使钢筋距四个侧面分别为15mm、30mm、60mm、90mm。③标定应在无外界磁场干扰的环境中进行。115 桥梁养护与加固④每次检测前均应对仪器进行标定，若达不到应有准确度，应送专门机构维修。4、钢筋保护层测量的一般原则要求:①测区布置原则l按单个构件检测时，应根据尺寸大小，在构件上均匀布置测区，每个构件上的测区数不应少于3个lb)对于最大尺寸大于5m的构件，应适当增加测区数量；lc)测区应均匀分布，相邻两测区的间距不宜小于2m；ld)测区表面应清洁、平整、避开接缝、蜂窝、麻面、予埋件等部位。②测区应注明编号，并记录测区位置和外观情况。③测点数量及要求：l构件上每一测区测点不少于10个。l测点间距应小于保护层测试仪传感器长度。④对某一类构件的检测，可采取抽样的方法，抽样数不少于同类构件数的30%，且不少于3件，每个构件测区布置按单个构件要求进行。⑤对结构整体的检测，可先按构件类型分类，再按类型进行检测。5、钢筋保护层测量的试验步骤:①测试前应了解有关图纸资料，以确定钢筋的种类和直径。②进行保护层厚度测读前，应先在测区内确定钢筋的位置与走向，做法如下：l将保护层测试仪传感器在构件表面平行移动，当仪器显示值最小时，传感器正下方即是所测钢筋的位置。l找到钢筋位置后，将传感器在原处左右转动一定角度，仪器显示最小值时传感器长轴线的方向即为钢筋的走向。l在构件测区表面画出钢筋位置与走向。③保护层厚度的测读：l将传感器置于钢筋所在位置正上方，并左右稍稍移动，读取仪器显示最小值即为该处保护层厚度；l每一测点值宜读取2～3次稳定读数，取其平均值，准确至1mm；l应避免在钢筋交叉位置进行测量。④对于缺少资料，无法确定钢筋直径的构件，应首先测量钢筋直径。对钢筋直径的测量宜采用5～10次测读，剔除异常数据，求其平均值的测量方法。115 桥梁养护与加固6、影响试验准确度的因素及修正：1）影响测量准确度的因素有：l外加磁场(应予以避免)l混凝土具有磁性（测量值应予以修正）l钢筋品种(主要是高强钢筋,应加以修正)l不同的布筋状况，钢筋间距当时，需修正测量值。其中：D为钢筋净间距，S为保护层厚度2）保护层测量值的修正：实际测量时，钢筋直径、材质、布筋状况，混凝土的性质等往往都是未知的，为了准确测量保护层厚度，应予以修正：l钢筋不同位置时的等效直径修正l模型修正法（只能在试验室内完成）：根据图纸资料，用与实际构件相同的材料制成小尺寸模型，通过检测已知的保护层厚度，获得修正系数K（式3-33）(3-33)式中——仪器读数值——保护层厚度实际值l标准垫块综合修正（常用于现场检测）：标准垫块用硬质无磁性材料制成，如：工程塑料或电工用绝缘板，平面尺寸与仪器传感器底面相同，厚度为10mm或20mm,修正系数K计算方法如下（式3-34）：将传感器直接置于混凝土表面已标好的钢筋位置正上方,读取测量值将标准垫块置于传感器原在混凝土表面位置，将传感器置于其上，读取测量值(3-34)对于不同钢筋种类和直径应确定各自的修正系数，均应采用3次平均求得。l校准孔进行综合修正（常用于现场检测）:用6mm钻头在钢筋位置正上方，垂直于构件表面打孔，手感觉碰到钢筋立即停止，用深度长尺量测钻孔深度，即为实际的保护层厚度，其修正系数见式2-3-46：注：对于不同钢种和直径应打各自的校准孔，一般应不少于2个，求其平均值。115 桥梁养护与加固3）现场检测的准确度：经过修正后确定的保护层厚度值，准确度可在10%以内，因混凝土表面的平整度及各种影响因素仍会给测量带来误差。（五）结构混凝土中钢筋腐蚀的检测技术小结目前混凝土中钢筋腐蚀的检测技术多种多样，很难笼统地说哪一种好，哪一种不好。表3-6中对于它们所提供的信息可否定量，对钢筋腐蚀过程有无干扰，对结构有无损伤（有干扰、有损伤时，就不能重复检测、连续检测），对钢筋腐蚀是否敏感，检测是否简捷可靠，检测设备是否复杂、昂贵等方面进行了综合比较，并就目前是否值得推荐应用于试验室内和工程现场作出了建议。钢筋腐蚀检测技术表3-6类别所检测的信息定量无损便捷对腐蚀无扰动对腐蚀敏感经济数据易处理推荐室内现场物理方法外观检查定性表面缺陷×√√√×√√√√定量腐蚀量√×××××√√△称量(探头)腐蚀量√××△××√√×电阻探头腐蚀量△√△√×△√△×声发射腐蚀危险×√△√√××△×涡流腐蚀量√√√√√△√△√磁通减量腐蚀量√√√√√√√△√膨胀应变探头腐蚀量△√√△√√√△√电化学方法半电池电位图腐蚀危险×√√√√√√√△极化电阻腐蚀速度√√√√√△√√√交流阻抗谱腐蚀机理、速度√√×√△××××电阻率混凝土电阻率/腐蚀危险√√√√√√√√△恒流脉冲腐蚀速度√√√√√△△√√电化学噪声腐蚀机理、速度△√×√√××××极化曲线腐蚀机理、速度××△×√△△△×电偶探头宏观电偶腐蚀速度√√√√△△√√注：√极好；△尚好；×不好。四、公路桥梁构件材料性能检测方法小结本单元对检测桥梁钢筋混凝土结构材料状况各类方法作一小结，见表3-7：检测钢筋混凝土构件材料状况的各种方法表3-7材料缺陷混凝土评定钢筋锈蚀评定对构件的损伤运用对象115 桥梁养护与加固检测方法强度开裂层离灌浆空洞化学侵蚀直接间接速率探测缺陷预计原因无破损半破损破损现有结构新建结构目视检测☆☆☆☆☆☆☆硬度法☆☆☆☆☆Wndsor探针☆☆☆☆☆CAPO拔拉法☆☆☆☆☆LOK拔拉法☆☆☆☆☆超声波☆☆☆☆☆声波☆☆☆☆☆☆声发射☆☆☆红外线☆☆☆☆雷达☆☆☆射线照相☆☆☆☆保护层测定☆☆☆碳化深度☆☆☆☆☆氯离子分析☆☆☆☆☆水泥含量☆☆☆☆吸水性☆☆☆半电池电位☆☆☆☆电阻率☆☆☆☆含水量☆☆☆☆电阻探测器☆☆☆☆线性极化☆☆☆☆重量损失☆☆☆☆凹良深度☆☆☆☆取芯试验☆☆☆☆☆☆染色渗透法☆☆☆气渗性试验☆☆☆115 桥梁养护与加固第三节公路桥梁荷载试验检测公路桥梁结构性能检测对其结构及部件的工作性能所存在的缺损状况进行详细检测、试验、判断，是对桥梁的专门检验。结构承载能力（强度、刚度、稳定性等）鉴定是结构性能鉴定的主要内容，包括承载能力检测与承载能力评价两方面。出现以下情况之一需对桥梁进行结构性能鉴定：1、桥梁主要承重构件的材料缺损严重影响结构的承载能力；2、桥梁的荷载等级需要提高；3、桥梁需要通过超重车辆；4、桥梁经过重大的加固改建后需要验收；桥梁承载能力鉴定的主要途径是荷载试验。荷载试验是鉴定桥梁承载能力的一种最直接、最有效的方法。其包括静力荷载试验与动力荷载试验两部分。一般只做静载试验，必要时（如特大桥桥梁检测）增做动载试验，提供辅助性评定指标。一、静力荷载试验公路桥梁的静力荷载试验（静载试验）——将静止荷载作用于桥梁上指定位置，以便测试出结构的静应变、静位移以及裂缝等，从而推断桥梁结构在荷载作用下的工作状态和使用能力。一般以缓速行驶到桥上特定载重级别的车辆荷载作为静载，在某些情况下也可施加荷重（堆置铁块、水泥、预制块件、水箱等）或者以液压千斤顶装置施力等方式来模拟车载，以达到试验目的。桥梁静载试验的目的是检验桥梁结构设计与施工质量，验证桥梁结构设计理论和计算方法，直接了解桥梁结构承载情况，借以判断桥梁结构实际承载能力，为桥梁养护、维修及加固改造提供基础技术资料，充实与发展桥梁养护技术。（一）桥梁静载试验的方案1、加载方案当加载分级较为方便时，一般按最大控制截面内力平均分为3～4级。当使用重车加载，车辆的加载、卸载、称重有困难时也可分为2～3级。当前期工作不充分，或桥梁状况较差时，应尽量增多加载分级。如限于条件而加载分级较少时，应在每级加载时，使车辆逐辆缓缓驶人预定的加载位置，以确保试验安全。分级加载,最好每级加载后卸载，也可逐级加载达最大荷载后再逐级卸载。加载时间要求—为减少温度变化对静载试验的影响，加载试验时间以晚10时至晨6时为宜。当采用加卸载迅速的车辆进行试验时，亦可安排在白昼温差较小的时段。115 桥梁养护与加固加载物可选用装载重物的汽车或平板车，或就近利用施工机械车辆。采用车辆加载便于调运和加载布置，加卸载迅速。采用车载既能作静载试验又能作动载试验。加载也可采用重物，按控制荷载的着地轮迹先搭设承载架，再在架上堆放重物或设置水箱进行加载。若加载仅为满足控制截面内力要求，也可采用直接在桥面堆放重物或设置水箱加载。重物加载准备工作量大，加卸、载所需周期较长，交通中断时间亦较长，且试验时温度变化对测点的影响较大，因此宜安排在夜间进行。加载物应进行称重，可直接称重，由体积换算成重量，也可根据车辆出厂规格确定空车轴重，再根据装载重物的重量及其重心将其分配至各轴，称重误差最大不得超过5%。加载方案最重要的工作是根据桥梁现有的状况进行结构分析计算。加载的总量与加载位置即要保证桥梁的绝对安全，又要能测试出桥梁的实际受力和变形状况。对于新建桥梁加载的效率系数一般为0.8～1.05。对于旧桥加载多少不能一概而论，具体应参考《公路旧桥承载力评定》。2、检测方案公路桥梁荷载试验主测点包括应变测点和位移（挠度）测点，分布在结构受力和变形较大的部位，如弯矩最大、挠度最大、主应力最大的部位。测点的布设如表3-8所示：公路桥梁荷载试验主测点布置表3-8截面应力（变）挠度沉降水平位移简支梁桥跨中跨中支点墩、台连续梁桥跨中、支点跨中支点悬臂梁桥支点、牛腿悬臂端部支点拱桥拱顶、四分点、拱脚跨中、四分点墩、台墩、台斜拉桥跨中、支点截面应变最外排斜拉索索力索塔下端截面应变加劲梁跨中悬浮式梁端索塔吊桥加劲梁跨中截面应变加劲梁四分点截面应变吊杆、主索的拉力索塔下端截面应变索塔依据桥梁调查、检算工作的深度，综合考虑结构特点和桥梁状况等，可加设测点，测点布置如表3-9所示。公路桥梁荷载试验增设测点表3-9115 桥梁养护与加固测点加设具体相关内容应变①应变沿控制截面桥宽方向的分布②应变沿截面高的分布③组合构件的结构面上、下缘应变④剪切应变测点——可设置应变花检测梁桥的剪应力也可在截面中性轴处主应力方向设置单一应变测点来进行观测。梁桥的实际最大剪应力截面应设置在支座附近而不是支座上⑤结构薄弱部位的应变挠度①沿桥长方向的分布②沿控制截面桥宽方向的分布其它①墩台的沉降、水平位移与转角（连拱桥多个墩台的水平位移）②温度测点——选择与大多数测点较接近的部位，设置l～2处．可根据需要在桥梁主要测点部位设置一些构件表面温度观测点③裂缝监测测点——观测结构承受拉力较大部位及原有裂缝较长、较宽部位加载过程中应观测裂缝长度与宽度的变化情况及新增裂缝的情况（二）桥梁静载试验的准备1、试验孔（墩）的选择多孔桥若结构相同，跨径相等，可选择1～2个具有代表性的孔（墩）作加载试验。选择时应综合考虑该孔（墩）计算受力是否最不利，该孔（墩）施工是否质量较差，缺陷较多或病害较严重，该孔（或墩）是否便于搭设脚手架与设置测点，是否在试验时便于加载等。2、搭设试验支架试验支架应根据测试断面、测试内容进行搭设。支架搭设要因地制宜、就地取材，需方便观测仪表的设置、需保证安全。当桥下净空较高不便设置固定脚步手架时，可采用轻便活动吊架。随着生产的发展，桥梁检测车的应用越来越广泛，有取代支架的趋势。3、试验位置放样静载试验前应在桥面上对加载位置和测点位置进行放样。4、其他其他工作包括准备试验的安全设施、提供电照明设施、通讯联络设施。若检测时需要交通管制的，应根据需要提前申报、准备。（三）桥梁静载试验的仪器设备115 桥梁养护与加固桥梁静载试验时需测结构的反力、应变、位移、倾角、裂缝等物理量。静载试验前应首先对测试值进行理论分析估计，选择仪器的精度与量测范围从而选择适当的仪器进行量测。测试仪器按其工作原理可分为机械测试仪器、电测仪器、光测仪器等等。常用仪器有百分表，千分表，位移计，应变仪，应变计（应变片），精密水准仪，经纬仪，倾角仪，刻度放大镜等等，详见表3-10。桥梁结构力学性能参数现场测试设备表3-10参数测试设备适用性线位移非接触式精密水准仪竖向位移测量用于50～200mm内的近距测量精密经纬仪水平位移测量近景摄影测量系统需专门的分析设备激光测量系统避免环境干扰电子测距仅用大跨径或长大型结构连通管水平测量装置装置附着于结构，用于长期观测接触式钢丝挠度计需要在桥下搭设专用的仪表架适用于无水或浅水的低矮中小跨径结构百分表各类电学位移传感器转角两个定距的线位移计水准式倾角仪各类电学倾角传感器应变及应力机械式杠杆引伸仪量测表面应变可用于中长期观测刻痕应变仪手持应交仪千分表电学的振弦式传感器本身的温度效应小卡尔逊差动电阻传感器能校正本身的温度效应电阻丝、半导体应变计量测表面应变、要求严格防潮其它电学的应变计压力机械式拉（压）力计用于外部量测液压扁千斤顶各类电学的力传感器温度普通液体、双金属温度计量测表面温度、气温热电偶、热敏电阻量测内部温度分布其它电学的温度传感器115 桥梁养护与加固（四）试验过程首先依测点位置实施打磨找平，清洗干净，再粘贴应变片，并作防潮处理，焊接电线；接线；将所有测点编号接入接线箱。为了排除测试过程中大气温度变化带来的影响，每一断面设置处于同一温度场而不受加荷影响的补偿应变片，一并接入接线箱。接线联机后，进行试调工作，检查各个应变片，电路通畅，处于良好的可靠状态。开始进行预压，进一步检查应变片读数，反应正常、灵敏，一切无误后，正式按工况位置加载试验。试验中为尽可能减少混凝土流变特性的影响，采用加载到位后，关闭汽车发动机，持续5分钟以上，待数据完全稳定之后再进行记录；卸载后10分钟以上，再进行一次重复加载，以便使结构恢复弹性变形，消除塑性残余变形。在正式加载前先以一辆车应进行预压，以检验设备是否正常，一切反应良好后卸载，10min后进行正式加载。加载为分级试加，以防意外。每一个工况重复三次，若前两次读数基本相同时，亦可不重复第三次。使每一工况获取可靠的数据。（五）桥梁静载试验的报告试验报告是荷载试验的重要内容。在试验资料整理、分析基础上，提交桥梁静载试验报告,内容如下：1、试验概况：介绍试验桥的结构形式、构造特点、施工概况。对于鉴定性试验，应说明在施工或设计中存在的技术问题，以及其对承载能力的影响等。对于科研性试验，应说明研究中需解决的问题。2、试验的目的：介绍桥梁静载实验应达到要求与应完成的任务。3、试验方案设计：确定测试项目、测试方法，仪器配备、测点布置（附简图）；说明试验荷载情况、加载的情况。4、试验过程：桥梁静载试验的起止日期，试验各阶段详细情况描述，试验日志等。5、试验记录摘记：将有代表性的实测数据、以表格或曲线的形式表达出来。115 桥梁养护与加固6、试验结果与分析：按桥梁结构静载试验项目，将理论计算值、实测值以及有关的参考限值进行对比、分析，说明理论、实践值的符合程度，从中推断桥梁结构所具有的实际承载能力、抗裂性及安全度等。从试验中所发现的新问题。从现场检查的综合情况，说明试验结构的施工质量。对于科研性试验，还要从综合分析中说明设计计算理论的正确程度和实用程度，以及尚待解决的问题。通过实践，有所创新，甚至总结出相关分析的简化计算公式。7、桥梁承载能力的技术评价：根据综合分析的结果，得出最后的技术结论，对桥梁承载能力做出科学的评价。同时根据问题，提出桥梁养护加固建议。8、经验及教训：对试验中的成功经验及不足之处做出客观总结。二、动力荷载试验公路桥梁的动力荷载试验（动载试验）是将动力荷载（行驶的汽车荷载等）作用于桥梁结构上，以便测出桥梁结构的某些动力特性，从而推断出桥梁结构在动载作用下受冲击、振动影响的特性。桥梁动载试验的目的是测定动载的动力特性（引起结构产生振动的作用力的数值、方向、频率和规律等），测定桥梁结构的动力特性（自振频率，阻尼特性、固有振型等），测定桥梁结构在动载作用下强迫振动的响应（振幅、动应力、冲击系数、疲劳性能）等。（一）桥梁动载试验的激振方法桥梁动载试验的激振方法主要包括自振法、共振法和脉动法。自振法主要有冲击法（突然加载法）、位移激振法（突然卸载法）。自振法就是使桥梁产生有阻尼的自由衰减振动，记录的振动图形是桥梁的衰减振动曲线的方法。为使桥梁产生自振，可用突加荷载法和突卸荷载法。115 桥梁养护与加固突加荷载法（冲击法）是在被测结构上快速地施加一个冲击作用力，由于施加冲击作用的时间很短，故施加于结构的作用实际是一个冲击脉冲作用。由振动理论可知，冲击脉冲动能传递到结构振动系统的时间，要小于振动系统的自振周期，且冲击脉冲一般都包含了从零到无限大的所有频率的能量，其频谱是连续谱，只有被测结构的固有频率与之相同或很接近时，冲击脉冲的频率分量才对结构起作用，才能激起结构以其固有频率作自由振动。对于中、小型桥梁结构，可用落锤激振器垂直地冲击桥梁，激起桥梁竖直方向的自由振动。如果水平方向冲击桥面缘石，则可激起横向振动。动载试验中也常用到试验车辆，使其在桥面上驶过三角垫木，利用车轮的突然下落对桥梁产生冲击作用，激起桥梁的竖向振动（此时所测得的结构固有频率包括了试验车辆这一附加质量的影响）。采用突加荷载法时，应注意冲击荷载的大小及其作用位置。如果要激起结构的整体振动，则必须在桥梁的主要受力构件上施加足够的冲击力，冲击荷载的位置可按所测结构的振型来确定。冲击引起得自由振动，至少可记录到第一固有频率的震动图形。（用磁带记录仪，通过频谱分析，可获得多阶固有频率参数）突卸荷载法（位移激振法是在结构上预先施加一个荷载作用，使结构产生一个初位移，然后突然卸载，利用结构的弹性使其产生自由振动。共振法（强迫振动法）是利用激振器，对结构施加激振力，使结构产生强迫振动。改变激振力的频率使结构产生共振现象并依据共振现象来确定结构的动力特性。常用激振器有机械式激振器、电磁式激振器和电气液压式振动台等。激振器的安装位置和激振方向根据试验目的而定；使用时，激振器需牢固地固定在结构上，由底座将激振器产生的交变激振力传给结构；将两台激振器安放于结构适当位置，反向激振，则可进行扭转振动试验；连续改变激振器频率，当激振力频率与结构固有频率相等时，结构出现共振现象，此时，所记录的频率即为结构的固有频率。对于复杂的结构，有时需知道基频以后的几个频率。此时可以连续改变激振力的频率，进行“频率扫描”，使结构连续出现第一次共振，第二次共振，……等等，同时图3-14频率扫描中结构振动图记录结构的振动图形，由此可得到结构的基频、第二频率、……等等。（图3-14）然后在共振频率附近进行稳定的激振试验，可准确地测定结构的固有频率与振型。在频率扫描试验时，同时记录结构的振幅变化情况，则可作出共振曲线，即频率———振幅关系曲线，从而确定结构的阻尼特性。桥梁动载试验中，常由载重车队按从低到高的不同速度驶过桥梁，使结构产生不同程度的强迫振动。在若干次运行车载试验中，当某一行驶速度产生的激振力的频率的频率与结构的固有频率相接近时，结构便产生共振现象，此时结构各部位的振动响应达最大值。在车辆驶离桥跨以后，结构作自由衰减振动，此时可由记录到的波形曲线分析得出结构的动力特性（固有频率、阻尼特性等）对于刚度较大大跨度桥梁结构可采用脉动法，即利用结构由于外界因（如附近车辆、机器等的振动）引起的微小而不规则的振动（脉动）来测试桥梁结构的动力特性。脉动可以明显地反映出结构的固有频率。如图3-15所示结构脉动记录曲线，振幅呈现有规律的增减现象（凡振幅大波形光滑之处的频率都相同，而且多次重复出现，此频率即为结构的基频）。若在结构不同部位同时进行检测，同时记录，读出同一瞬时各测点的振幅值，分析它们之间的相位关系，则可得某一固有频率的振型。115 桥梁养护与加固图3-15结构脉动记录曲线（二）桥梁动载试验的仪器设备动载主要仪器测试有测振传感器、光线示波器、磁带记录仪、数字信号处理系统等。1、测振传感器测振传感器由惯性质量、阻尼和弹簧组成，该动力系统固定在振动体上与振动体一起振动。测量惯性质量相对于传感器外壳的运动，可以得到振动体的振动。由于是非直接检测，所以，该传感器动力系统的动力特性对测量结构具有重要影响。测振传感器感受到的振动信号要通过各种转换方式（磁电式、压电式、电阻应变式等）转换成电信号，依据转换方式和所测振动量的不同，测振传感器可分为磁电式速度传感器、磁电摆式传感器和)压电式加速度传感器等（图3-16）图3-16几种常见测振传感器的结构简图2、光线示波器光线示波器是常用的模拟式记录器，一般用于记录振动测量的数据，它将电信号转为光信号并记录在感光纸或胶片上，得到试验变量与时间的关系曲线。如图3-17：当振动的信号电流输人振动子线圈时，在固定磁场内的振动子线圈就发生偏转，与线圈连着的小镜片及其反射的光线也随之偏转，偏转的角度大小和方向与输人的信号电流相对应，光线射在前进着的感光记录纸上即留下所测信图3-17光线示波器原理图号的波形，与此同时在感光记录纸上用频闪灯打上时间标记。光线示波器可以同时记录若干条波形曲线，还可用于静载试验的数据记录。对光线示波器记录的试验结果进115 桥梁养护与加固行数据处理时，用直尺在曲线上直接量取大小，根据标定值按比例换算得到代表试验结果的数值；关于时间数值，可用记录纸上的时间标记按同样方法进行换算。3、磁带记录仪常用于动载试验的振动测量和静力试验的数据记录，它将电信号转换成磁信号并记录在磁带上，得到的是试验变量与时间的变化关系。如图3-18所示，其由磁带、磁头、磁带传动机构、放大器和调制器等组成，记录时，从传感器传来的信号输入到磁带记录仪，经过放大器和调制器的处理，图3-188磁带记录仪原理图通过记录磁头把电信号转换成磁信号，记录在以规定速度作匀速运动的磁带上。重放时，使记录有信号的磁带按原来记录时的速度（也可以改变速度）作匀速运动，通过重放磁头从磁带“读出”磁信号，并转换成电信号，经过放大器和调制器的处理，输出给其他仪器。磁带记录仪的优点有工作频带宽，可同时进行多道记录，并保持多道信号间正确的时间与相位关系，可快(慢)速记录慢(快)速重放,使数据记录和分析更加方便，通过重放可以方便地将磁信号还原为电信号，输送给各种仪器分析等。4、信号处理系统信号处理系统的作用是将输入信号通过低通抗混淆滤波器和前置放大器后，经过模数转换器，将模拟电信号转换成数字信号输入给计算机。这些数字信号在相关硬件和软件的支持下得到处理，其结果显示在屏幕上或被打印出来。功能更全的数据处理机应配备磁盘驱动器、输入和输出接口，及特殊语言编制的专用程序。现在还有集数据采集和分析为一体化智能仪器，可以进行实时数据采集分析，并能实现数据储存，兼顾磁带记录仪和信号处理机二者之长处。5、动载试验测试系统的组成动载试验测试系统一般由传感器、放大器和记录仪构成，组成方式主要有三种：电磁式、压电式和电阻应变式。电磁式测试系统由电磁式传感器、信号放大器和记录仪器构成；压电式测试系统由压电式传感器、电压(荷)放大器和光线示波器或磁带记录仪构成；电阻应变式测试系统由电阻式传感器、电阻应变仪和光线示波器或磁带记录仪构成。115 桥梁养护与加固电磁式测试系统在桥梁动力测试中常常用到，它通过仪器的组合变换可测位移、速度和加速度。其优点是输出信号强、灵敏度高、稳定性好、抗干扰性好。压电式测试系统的输出阻抗很高，必须与输入阻抗很高的放大器相连。其自振频率较高，可测频响较宽。其最主要的缺点是抗干扰性差。电阻应变式测试系统在桥梁动载试验中也常常使用。其传感器可供选择种类较多，如应变计、位移计、加速度计等；所对应的放大器是各类动态电阻应变仪。其优点是：通用性强、应用方便、低频响应好（可从零赫兹开始）；其缺点是：易受温度的影响，抗干扰性较差。事实上，目前采用的测试系统已经很少由单独的示波器、磁带记录仪和数据分析系统。除了测振传感器如加速度传感器、电阻应变片、机电千分表为发生质的变化外，数据采集系统和分析系统均发生了质的变化，主要表现在现在的测试系统高度集成化，即信号采集、数据分析集成在一起。整套测试体系由传感器、测试系统和计算机构成，数据的记录、分析由计算机完成。（四）桥梁动载试验数据的测试与分析动载试验的难点在数据分析方面，这方面的内容很多，在这里主要讨论、固有频率、阻尼、振型、动挠度和冲击系数。1、固有频率桥梁结构固有频率的测定有两种方法：衰减振动波形法和共振波形法。结构被激振后，桥梁结构产生自由振动，通过测试系统实测记录结构的衰减振动波形。如图3-19，在记录的振动波形曲线上，依照下式计算出结构的固有频率f（为消除冲击荷载影响，舍弃开始的一、二个波形，从第三个波形开始计算）（3-35）——结构的固有频率（次/s）——记录纸速（mm/s）n——波数——n个波长的距离（mm）使用激振器时，使结构产生连续的周期性强迫振动。在激振器振动频率与结构的固有频率一致时，结构出现共振现象，振幅达到最大值，共振波峰处的频率即为结构的固有频率，如图3-20所示（其中A为振幅；ω为激振器的频率）115 桥梁养护与加固图3-20由共振曲线求固有频率图3-19由衰减振动曲线求固有频率2、阻尼比桥梁结构阻尼的测定有两种方法：衰减振动波形法和共振波形法。桥梁梁结构的阻尼特性，可用对数衰减率、阻尼比D、阻尼系数n等来表示。实测振动衰减曲线如图3-21所示，由振动理论知，对数衰减率为（3-36），——相邻两个波的振幅值，可直接从衰减曲线上量取在衰减曲线上量取n个波形，可求得平均衰减率（3-37）因为由振动理论，对数衰减率与阻尼比D的关系为（3-38）且一般材料的阻尼比D都很小，故得阻尼比计算式（3-39）类似地，可利用共振曲线求阻尼系数n、阻尼比D,如图3-22（即结构固有频率）（3-40）（3-41）115 桥梁养护与加固图3-21由衰减振动曲线求阻尼特性图3-22由共振曲线求阻尼特性3、结构振型结构的振型是其相应于各阶固有频率的振动形式，一个振动系统振型的数目与其自由度数目相等。桥梁结构是一个具有连续分布质量的体系。也就是说，桥梁是一无限多自由度体系，故其固有频率及相应振型也有无限多个。对于一般桥梁结构而言，仅分析其基频（即第一固有频率）即可。对于较复杂的动力问题，也仅需前面几个固有频率。即一般情况下，一次低阶振型才是最重要的。表3-11总结了几种有分布质量的梁的振型。采用共振法测定振型时，将若干传感器安装在桥梁结构各有关部位，当激振装置激发桥梁结构共振时，记录结构各部位的振幅和相位，比较各测点的振幅及相位，即可绘出振型曲线。振型测试时，传感器测点的布置根据具体结构而定，一般应先根据理论分析，估计振型的大致形状，然后在变位较大的部位布点，连接出振型曲线。桥梁结构振型的测定可采用多传感器法和单传感器法。多传感器法是在桥梁结构上同时安装许多传感器。该法必须保证预先精确标定所有传感器的灵敏度，在用多路放大器时，还要求放大器特性相同。单传感器法：在桥梁结构只安装一个传感器，但测试时不断改变它的位置，以便测出各点的振幅。该法需对传感器进行多次拆卸和安装，需要有一个作用参考点不能移动的传感器，各次测定值均应同参考点对应比较。现代大型桥梁测试时，常采用个传感器。由于传感器导线有信号衰减问题，长大桥梁试验时要采用多组多个传感器，同时也要设置参考点。具有分布质量几种梁的振型图表3-11115 桥梁养护与加固4、冲击系数115 桥梁养护与加固桥梁动载试验时，某些部位振动参数如振幅、频率、位移、应力等的测定，可根据试验的具体要求和结构的具体型式布置测点，采用适当的仪表测试。动载作用在结构上产生的动挠度，一般比同样的静载所产生的相应静挠度要大。用动挠度除以静挠度，所得比值即为活载的冲击系数。因挠度反映了桥跨结构的整体变形，是衡量结构刚度的主要指标，故活载冲击系数综合反映了荷载对桥梁的动力作用。冲击系数与结构型式、车辆速度、桥面平整度等因素有关，故测定时，应使车辆荷载以不同的速度驶过桥梁，并逐次记录跨中挠度的时历曲线，如图3-23所示，可求出冲击系数：图3-23动载作用下结构变形曲线（3-42）、——最大动挠度值、最大静挠度值115 桥梁养护与加固第四章公路桥梁评定公路桥梁评定是对桥梁的使用功能(宏观)、使用价值(微观)、承载能力(微观)进行的综合评价。通过桥梁评定，可鉴定其是否仍具有原设计的工作性能及承载能力，进而为桥梁的维修、改造、加固提供决策性的意见。公路桥梁评定是一个综合评价的问题，涉及到评定方法与评定标准(依据相关标准、规范、试验结果及专家经验等所制定的分类等级)。桥梁状况评定，涉及到许多相关因素：一条线路包括许多桥梁；一座桥梁包括上部、下部和基础，每部分又包含许多基本构件；一个基本构件，因设计、施工、使用中的多种原因可能存在一种或多种缺损。可见，公路桥梁评定是十分复杂的。现有公路桥梁的评定，通常包括以下方法，见图4-1。A线路评定A1使用价值评定A3通行能力评定图4-1公路旧桥评定方法分类A2承载能力评定A4泄洪能力评定公路旧桥评定B单桥评定B1外观调查评定B3荷载试验评定B2分析计算评定B4专家系统评定现行的桥梁养护规范将桥梁评定分为一般评定和适应性评定。一般评定是依据桥梁定期检查资料，通过对桥梁各部件技术状况的综合评定，确定桥梁技术状况等级。桥梁适应性评定主要包括：依据桥梁定期检查和特殊检查质量，结合试验与结构分析，评定桥梁的实际承载能力，通行能力，抗洪能力。第一节公路桥梁线路整体评定1、公路桥梁线路使用价值评定普通公路的规划使用期限一般为20年而高速公路的一般为30年。公路桥梁在规划使用期限内的使用价值一般按式（4-1）进行评估：115 桥梁养护与加固(4-1)其中：——规划期限内利用桥梁路线的总收益；——改建新桥路线在规划期内的总收益；——规划期限内桥梁加固改造总支出；——规划期限内桥梁路线养护总支出；——新建桥梁的总支出；——改建新桥路线养护的总支出。当桥梁使用价值系数K＞1时，桥梁具有宏观使用价值，有必要进行加固改造。2、公路桥梁线路承载能力评定对线路上定期检查中确定为四类的桥梁，均应进行承载能力的评定（详见第四节）其承载能力评定，可分线路依据表4-1规定，以承载能力适应率为指标进行考核。各级公路对应车辆荷载表4-1公路等级汽车专用公路一般公路高速公路一级公路二级公路二级公路三级公路四级公路计算荷载汽-超20汽-超20、20汽-20汽-20汽-20汽-10验算荷载挂-120挂-120、100挂-100挂-100挂-100履带-50（4-2）式中：———桥梁线路承载能力适应率；———考查线路上符合表4-1要求的桥梁座数；———考查线路上总的桥梁座数。当90≤≤100时，线路承载能力评定等级为“良好”；当70≤＜90时，线路承载能力评定等级为“适应”；当＜70时，线路承载能力评定等级为“不适应”。3、公路桥梁线路通行能力评定桥梁线路通行能力适应率计算公式如下：（4-3）式中：———桥梁线路通行能力适应率；115 桥梁养护与加固———考查线路上计算通行能力满足交通量要求的桥梁座数；———考查线路上总的桥梁座数。当90≤≤100时，线路通行能力评定等级为“良好”；当70≤＜90时，线路通行能力评定等级为“适应”；当＜70时，线路通行能力评定等级为“不适应”。4、公路桥梁线路泄洪能力评定桥梁线路泄洪能力适应率计算公式如下：（4-4）式中：———桥梁线路泄洪能力适应率；———考查线路上计算泄洪能力可满足要求的桥梁座数；———考查线路上总的桥梁座数。当90≤≤100时，线路泄洪能力评定等级为“良好”；当70≤＜90时，线路泄洪能力评定等级为“适应”；当＜70时，线路泄洪能力评定等级为“不适应”。第二节公路桥梁外观调查评定公路桥梁外观调查评定，由有经验的桥梁检查工程师负责，依据桥梁调查资料（以定期检查结果为主），从缺损状况、技术状况、养护对策等方面，对桥梁质量作出综合评定。1、桥梁部件缺损状况评定（累加评分）根据缺损程度（大小、多少、轻重）、缺损对结构使用功能的影响程度（无、小、大）和缺损发展变化状况（趋向稳定、发展缓慢、发展较快）等三个方面，以累加评分方法对各部件缺损状况作出等级评定，详见表4-2。对重要部件（墩台、基础、上部承重构件、支座等），以其中缺损最严重的构件评分；其它部件，根据多数构件缺损状况评分。2、桥梁部件权重及综合评定采用考虑桥梁各部件权重的综合评定方法，或以重要部件最差的缺损状况评定，对全桥技术状况等级作出评定。推荐的桥梁各部件权重及算式见表4-3。3、全桥技术状况综合评定115 桥梁养护与加固全桥技术状况评定等级，可分为一类、二类、三类、四类和五类，详见表4-4。根据桥梁技术状况分类，确定相应的养护措施是：一类桥梁进行正常保养；二类桥梁需进行小修；三类桥梁需进行中修，酌情进行交通管制；四类桥梁需进行大修或改造，及时进行交通管制，如限载、限速通过，当缺损较严重时应关闭交通；五类桥梁需要进行改建或重建，及时关闭交通。桥梁部件缺损状况评定方法表4-2缺损状况及标度组合评定标度缺损程度及标度程度小→大少→多轻度→严重标度012缺损对结构使用功能的影响程度无、不重要小、次要大、重要012012123234以上两项评定组合标度01234缺损发展变化状况的修正趋向稳定发展缓慢发展较快一10十101230123412345最终评定结果012345桥梁技术状况及分类完良较较坏危好好好差的险一二三四五类类类类类注：“0”表示完好状态，或表示没有设置的构造部件，如调治构造物“5”表示危险状态，或表示原无设置，而调查表明需要补设的结构部件推荐的桥梁各部位权重及综合评定方法表4-3部件部件名称权重Wi桥梁技术状况评定办法l翼墙、耳墙1（1）综合评定采用下列计算式：—依据桥梁部件缺损状况评定方法所得各部件的评定标度（0～5）—各部件权重，D—全桥结构技术状况评分（0～100）；评分高表示结构状况好，缺损少。评定分类采用下列界限≥88　　一类88＞≥60　二类60＞≥40　三类40＞　　　　四类、五类注：≥60的桥梁，并不排除其中有评定标度≥3的部件，仍有维修的需求。2锥坡、护坡13桥台及基础234桥墩及基础245地基冲刷86支座37上部主要承重构件208上部一般承重构件59桥面铺装110桥头与路堤连接部311伸缩缝12人行道113栏杆、护栏114灯具、标志115排水设施116调治构造物317其它1115 桥梁养护与加固桥梁技术状况评定标准表4-4一类二类三类四类五类完好良好状态较好状态较差状态差的状态危险状态总体评定①重要部件材料均良好②次要部件功能良好，材料有少量(3％以内)轻度缺损或污染。③承载能力与桥面行车条件符合设计指标④只需日常清洁保养。①重要部件功能良好，材料有局部（3％以内）轻度缺损或污染，裂缝小于限值②次要部件有较多（10％以内）中等缺损或污染③承载能力和桥面行车条件达到设计指标。④需要小修保养①重要部件材料有较多(10％以内)中等缺损，裂缝缝宽超限，或出现轻度功能性病害，但发展缓慢，尚能维持正常使用能。②次要部件有大量的(10％～20％)严重缺损，功能降低，继续恶化将不利于重要部件和影响正常交通③承载能力比设计降低10％以内，桥面行车不舒适。④需要进行中修。①重要部件材料有大量（10％～20％）严重缺损，裂缝宽度超限值，裂缝间距小于计算值，风化、剥落、露筋、锈蚀严重；或出现中等功能性性病害，且发展较快。结构变形小于或等于规范值功能明显降低②次要部件有20％以上严重缺损，失去应有功能，严重影响正常交通③承载能力比设计降低10％～25％，必要时限速或限载通行④要通过特殊检查，确定大修、加固或更换构件的措施。①重要部件出现严重的功能性病害，且有继续扩展现象；关键部位的部分材料强度达到极限，出现部分钢筋断裂、混凝土压碎或压杆失稳变形的破损现象，变形大于规范值，结构的强度、刚度、稳定性和动力响应不能达到平时交通安全通行要求②承载能力比设计降低25％以上，必须降低通行荷载与车速，或封闭交通。③要通过特殊检查，确定处治对策。墩台与基础①墩台各部分完好。②基础及地基状况良好。①墩台基本完好。②3％以内的表面有风化麻面、短细裂缝，缝宽小于限值，砌体灰缝脱落。③表面长有苔藓、杂草。④基础无冲蚀①墩台3％～10％的表面有各种缺损，裂缝宽度超限值，有风化、剥落、露筋、锈蚀现象；砌体灰缝脱落，局部变形等。②出现轻微的下沉、倾斜滑动等现象，发展缓慢或趋向稳定。③基础有局部冲蚀现象，桩基顶段被磨损①墩台10％～20％的表面有各种缺损，裂缝宽而密，剥落、露筋、锈蚀严重，砌体大面积的松动、变形。②墩台出现下沉、倾斜、滑动、冻起现象，台背填土有沉降裂缝或挤压隆起变形发展较快，变形小于或等于规范值。③基础冲刷大于设计值基底冲空面在10～20％内。桩基顶段被侵蚀、露筋、颈缩，或有环状冻裂，木桩腐蛀蚀严重①墩台不稳定，下沉、倾斜、滑动。冻起现象严重，变形大于规范值，造成上部结构和桥面变形过大，不能正常行车。②墩台、桩基出现结构性断裂缝，裂缝有开合现象。③基底冲刷面达20％以上，冲刷深度大于设计值，地基失效，承载力降低，桥台岸坡滑移。支座①各部分清洁，完好无缺，位置正确。②活动支座伸缩与转动正常。①支座有尘土堆积略有腐蚀②支座滑动面干涩。①钢支座固定螺栓松动，锈蚀严重。②橡胶支座开始老化③混凝土支座有剥落、露筋、锈蚀现象。①钢支座组件出现断裂②橡胶支座老化开裂。③混凝土支座碎裂。④活动支座坏死。⑤支座上下错位过大，有倾倒脱落的危险。支座错位、变形。破损严重，已失去正常支承功能，使上下部结构受到异常约束，造成支承部位的缺损和桥面的不平顺。表4-4续115 桥梁养护与加固一类二类三类四类五类完好良好状态较好状态较差状态差的状态危险状态砖石混凝土上部结构①结构完好，无渗水，无污染②次要部位有少量短细裂纹，裂纹宽度小于限值。①结构基本完好②3％以内的表面有风化、麻面短细裂缝，缝宽小于限值，砌体灰缝脱落。③上、下游侧表面有水迹污染，砌体滋生草木。①结构3％～10％的表面有各种缺损，裂缝缝定超限值，有风化。剥落、露筋、锈蚀，桥面板裂缝渗水。②石砌拱桥砌体砌体灰缝脱落，局部松动、外鼓。③横向联接件断裂、脱焊或松动，边梁或边拱肋有横移或外倾迹象。①结构10％～20％的表面有各种缺损，重点部位出现接近全截面的开裂，裂缝缝宽超限值，间距小于计算值，顺主筋方向有纵向裂缝，钢筋锈蚀和混凝土剥落严重，桥面开裂渗水严重，砌体有较大松动、变形。②结构存在永久变形，变形小于或等于规范值，桥面竖向成波形③支座脱落，桥面呈锯齿状①结构永久变形大于规范值②重点部位出现全截面开裂，部分钢筋屈服或断裂，混凝土压碎。主拱圈出现四铰不稳定结构③受压构件有严重的横向扭曲变形④结构的振动或摆动过大，行车和行人有不安全感⑤承载能力比设计降低25％以上。钢结构①各部件及焊缝均完好。②各节点铆钉、螺栓无松动③各部分油漆均匀平光、完整，色泽鲜明。①各部件完好，焊缝无开焊。②少数节点有个别铆钉、螺栓松动变形。③油漆变色、起泡剥落，面积在10％以内。①个别次要构件有局部变形，焊缝有裂纹。②联结铆钉、螺栓损坏在10％以内。③油漆失效面积在10％～20％之间。①个别主要构件有扭曲变形、损伤裂纹。开焊、严重锈蚀。②联结铆钉、螺栓损坏在10％～20％之间。③油漆失效面积在20％以上。①主要构件有严重扭曲变形、开焊，锈蚀削弱截面10％以上，钢材变质，强度性能恶化。油漆失效面积在50％以上②节点板及联结铆钉、螺栓损坏在20％以上。③结构永久变形大于规范值④结构振动或摆动过大，行车和行人有不安全感。木桥①各部构件完好无缺。②防腐、防蚁效果良好。①基本完好，少数联接点松动，小件脱落。②结构有泥土、杂草堆积①主要构件结合部位和木桩干湿交替部位等出现腐朽松动、局部脱落。②墩台开始变形、结构出现轻度不稳固现象。①10％～20％的主要构件和20％以上的次要构件有腐朽、松动、脱落。②墩台、结构变形小于或等于规范值，结构有明显的不稳固现象。①结构全面严重腐朽、脱落。②墩台不稳定，下沉、倾斜、冻拔严重，变形大于规范值。③桥面起伏和摆动过大，结构极不稳定。人行道栏杆完整清洁，无松动，少数构件局部有细裂纹、麻面。个别构件破损、脱落，3％以内构件有松动、裂缝、剥落和污染。10％以内构件有松动、开裂、剥落、露筋、锈蚀、破损、脱落。10％～20％构件严重损坏、错位、变形、脱落、残缺。20％以上构件残缺115 桥梁养护与加固表4-4续一类二类三类四类五类完好良好状态较好状态较差状态坏的状态危险状态桥面铺装伸缩缝①铺装层完好平整、清洁，或有个别细裂缝。②防水层完好、泄水管完好畅通。③伸缩缝完好、清洁。④桥头平顺，无跳车现象。①铺装层10%以内的表面有纵横裂缝，间距大于1.5m，浅坑槽、波浪②防水层基本完好，泄水管堵塞，周围渗水。③伸缩缝局部螺帽松动，钢桥开焊，铺装碎边缝内堵塞卡死。④桥头轻度跳车，台背路面下沉在2cm以内。①铺装层10％～20％的表面有严重的龟裂、深坑槽、波浪②桥面板接缝处防水层断裂渗水，泄水管破损、脱落。③伸缩缝普遍缺损，铺装碎边严重，出现跳车现象。④桥头跳车明显，台背路面下沉2～5cm。①铺装层20％以上表面有严重的破碎、坑槽，桥面普遍坑洼不平、积水。②防水层老化失效，普遍断裂、渗水、泄水管脱落，孔堵塞。③伸缩缝严重破损、失效，难以修补。④桥头跳车严重，台背路面下沉大于5cm。翼墙耳墙；锥坡护坡①翼墙完好无损、清洁。②锥坡完好，无垃圾堆积，无草木滋生。③桥头排水沟和行人台阶完好。①翼墙出现个别裂缝，缝宽小于限值，局部剥落，砌体灰缝脱落面积在10％以内。②锥坡局部塌陷，铺砌缺损，垃圾堆积，草木丛生。③桥头排水沟堵塞不畅通，行人台阶局部塌落。①翼墙断裂与桥台前墙脱开，但无明显外倾、下沉、砌体灰缝脱落、局部松动外鼓，面积小于20％。②锥坡出现大面积塌陷，铺砌缺损，形成冲沟或积水坑，坡脚有局部冲蚀。③桥头排水沟和行人台阶损坏，功能降低。①翼墙断裂、下沉、外倾失稳，砌体变形，严重部分倒塌。②锥坡体和坡脚冲蚀严重，有滑坡。坍塌，坡顶下降较大，护坡作用明显减小。③桥头排水沟和行人台阶全部损坏，几乎消失。调治构造物①构造设置合理，功能正常。②构造物完好，无存留漂浮物。①构造物功能基本正常。②构造物局部断裂，砌体松动、变形。①构造本身抗洪能力不足，基础局部冲蚀。②构造物20％以内出现下沉、倾斜、局部坍塌。①构造本身抗洪能力太低，基础冲蚀严重。②构造物20％以上被破坏，部分丧失功能或功能下降。①构造物大范围毁坏，失去功能，或设置不合理，未达到预期效果。②原未设置而调查表明需要补充设置者。照明标志完好无缺，布置合理。照明灯泡坏，灯柱锈蚀，标志不正、脱落。灯柱歪斜不正，灯具损坏，标志倾斜损坏。照明线路老化断路或短路，灯柱、灯具残缺不齐，标志损失严重。115 桥梁养护与加固第三节公路桥梁分析计算评定分析计算评定法建立在桥梁外观调查的基础之上，依据调查到的资料，利用桥梁结构理论加以分析、计算。评价采用桥梁设计规范中的各等级荷载或被控制车辆的荷载。评价时采用极限状态计算分析，各系数宜根据详细检测的结构状况分别选定，使计算分析结果能真实地评价结构承载能力。评定具体方法如下：1、桥梁检查后确定出桥梁检算承载能力的折减或提高系数（即确定桥梁检算系数）2、接现行的桥梁设计规范，根据检查所得桥梁基础位移、结构变形、构件开裂、破损等情况，对结构抗力效应考虑引入不大于1.2的结构检算系数进行结构强度和稳定性检算，检算公式如下：()≤　　　　　　　　　（4-5）=(,)　　　　　　（4-6）式中—桥梁结构的重要性系数；—作用效应的组合设计值；—构件承载力设计值；—构件承载力函数；—材料强度设计值；—几何参数设计值。如果是按原规范（JTJ023-85），则应采用如下公式：1）砖、石、混凝土结构的承载能力检算公式为()≤(,)　　　　　（4-7）2）钢筋混凝土及预应力混凝土结构的承载能力检算公式为(；)≤(,)（4-8）由于现行规范与原规范有较大差异，计算时应该注意。根据不同桥型及桥梁的实际情况而定。梁桥、拱桥两种主要桥型的取值参见表4-5梁桥、拱桥的值表表4-5值桥梁状况梁桥拱桥115 桥梁养护与加固1.1～1.2地基良好；墩、台基础未发生位移；拱轴线与设计值吻合；主拱圈未发生风化、蜂窝、开裂现象；无裂缝或裂缝发展轻微1.0～1.1桥梁各构件混凝土质量良好；裂缝宽度未超过表2-4-1限值；桥梁未产生病害，桥梁各部分均能正常工作墩、台基础未发生明显位移；拱轴线偏离设计值较少；主拱圈发生轻微的风化、蜂窝、开裂等现象；有裂缝但宽度未超过表2-4-1限值0.9～1.0桥梁各构件混凝土质量较差；少数裂缝宽度超过了表2-4-1限值；桥梁产生一般病害，桥梁各部分工作基本正常墩、台基础未位移较小；拱轴线偏离设计值较多；主拱圈发生轻严重的风化、蜂窝、开裂等现象；裂缝宽度超过了表2-4-1限值0.9以下桥梁各构件混凝土及钢筋出现严重的质量问题；较多裂缝宽度超过了表2-4-1限值或裂缝仍在发展；桥梁产生严重病害，带病工作墩、台产生了较大的位移或转角，转角仍在发展；主拱圈发生明显的不均匀沉陷，风化、蜂窝现象严重；裂缝很严重，组合拱圈联结部件松散3、依据检算的主要指标超限情况,确定是否需要进一步进行荷载试验，对于需要作荷载试验的桥梁，需根据荷载试验的结果重新确定桥梁检算系数（详见第四节），再进行结构强度和稳定性的校核。4、在桥梁检查基础上，按上一节方法，认真进行桥梁缺损状况评分，确定桥梁承重构件的技术状态，更加规范的确定桥梁检算系数（表4-6）更加规范的确定值表表4-6缺损状况评分技术状态桥梁检算系数0～1完好1.1～1.21～2较好1.0～1.12～3正常0.9～1.03～4可恢复0.75～0.94～5危险0.75以下依据桥梁结构主要承重构件控制部位强度的实测结果、结构固有模态参数测定结果，以及其与设计计算值的比较，按表4-7确定桥梁检验系数的修正值、混凝土构件强度变异修正值与模态修正值表4-7混凝土构件强度变异修正值Z1’=(αΔRa)/Ra模态修正值Z2’T形截面α矩形截面α特征频率变化幅度Z2’0.90.730%0.160.80.620%0.110.90.715%0.08115 桥梁养护与加固0.70.4510%0.05最终确定桥梁检算系数，并对桥梁结构的强度及稳定性检算校核：1）砖、石、混凝土结构的承载能力检算公式：()≤(,)　　　　　（4-9）2）钢筋混凝土及预应力混凝土结构的承载能力检算公式：(；)≤(,)（4-10）、、分别为活载影响系数、耐久性恶化系数、截面损伤折减系数（详见后述）。若检算校核结果为结构荷载效应小于抗力效应，则可得出结论：桥梁承载能力满足检算荷载要求。若检算校核结果为结构的荷载效应大于抗力效应，但超出幅度在30％以下时，则需对桥梁作进一步荷载试验评定其承载能力。5、因我国存在超限超重运输问题，桥梁疲劳损伤问题突出，对经常通过超重车辆或大吨位车辆的桥梁，在承载能力检算时，应引入一个活载影响系数。超载情况一般可通过活载重量频遇值来反应，荷载频遇值指桥梁上出现的荷载较大的车辆，通常表示荷载跨越某一水平的频繁程度。由车辆荷载重量分布函数0.95分位值可得到车辆荷载的频遇值。通过比较标准荷载分布和实际活载分布的频遇值，可得活载影响系数：（3-4-5）根据适当调整荷载效应组合及活载效应的分项系数，以反映桥梁活载实际情况。钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土构件耐久性和使用寿命的重要因素，钢筋锈蚀可以造成桥梁承载能力严重下降，可见耐久性损伤对桥梁承载能力的影响主要取决与钢筋的腐蚀程度。因此，可以通过分析钢筋的锈蚀程度来评价桥梁结构耐久性的恶化情况。而对桥梁钢筋锈蚀状况的整体评价，可通过对其影响因素（氯离子含量、锈蚀电位、混凝土电阻率、混凝土碳化深度等）的检测来进行。钢筋锈蚀是一个随时间不断发展的化学过程，必须根据上述四个方面的检测结果，确定钢筋的初始锈蚀时间115 桥梁养护与加固，综合评价钢筋锈蚀对桥梁结构承载力的影响。确定钢筋的初始锈蚀时间可从两点入手：⑴混凝土保护层碳化到一定程度的时间；⑵当氯离子和氧分子含量达到某定值所需的时间。通过试验确定锈蚀速度与混凝土电阻率、锈蚀电位、氯离子含量、碳化深度间的关系：（4-8）锈蚀不均匀系数取值表4-11氯离子含量（%）0.40.60.81.01.4锈蚀不均匀系数1.01.21.41.82.5的取值表4-12R＜50005000≤R＜1000010000≤R＜2000020000≤R-200＜U0.050.040.030.02-350＜U＜-2000.100.080.060.05-500＜U＜-3500.300.200.150.10U＜-5000.500.400.350.30式中—锈蚀不均匀系数，见表4-11；—锈蚀电位及混凝土电阻率与钢筋锈蚀速度之间的关系，见表4-12；U——锈蚀电位（单位mv）；R——混凝土电阻率（单位Ω.cm）。因此，T时刻钢筋锈蚀程度的表达式为（4-9）式中为钢筋锈蚀前的直径（mm）。耐久性恶化系数可以通过钢筋锈蚀程度函数来表达，见表4-13耐久性恶化系数表4-13锈蚀程度（%）510152025耐久性恶化系数0.050.080.120.150.20折减系数可反映桥梁构件截面在使用过程中被削弱的程度。截面被削弱的原因主要有：混凝土碳化、机械磨损、裂缝等。相应的截面损伤折减系数可表示为：（4-10）式中——混凝土碳化引起的截面削弱折减系数；——表面机械损伤折减系数。115 桥梁养护与加固根据检测所得混凝土碳化深度及混凝土截面特征计算出截面损失率。为此将混凝土截面分为：矩形截面、T形截面、圆形截面。对于矩形截面、T形截面（箱形截面根据规范规定可折合成T形截面）应分为全预应力和部分预应力两种情况。圆形截面一般应用在下部结构。故混凝土构件碳化引起的截面削弱折减系数可表示为：全预应力构件矩形截面：（4-11）T形截面：（4-12）圆形截面：（4-13）部分预应力构件矩形截面：（4-14）T形截面：（4-15）对于受负弯距的截面受压区在构件截面下部，此时矩形截面：（4-16）T形截面：（4-17）式中———碳化深度；———受压区高度；———截面高度；———截面有效高度；———腹板厚度；———混凝土的设计强度；———混凝土碳化后的强度。115 桥梁养护与加固结构机械损伤是由非结构受力所造成的损伤，主要是由于施工不当或一些突发性事件所造成的，主要表现在外观上的缺损。表面机械损伤折减就是考虑外观上缺损所造成的截面损失。经过对不同面积和深度的表面机械损伤所造成的截面折减的统计、分析、总结，结论见表4-14。混凝土表面损伤截面折减系数表4-14损伤面积（m²）损伤深度（cm）1230.30.020.030.040.3～0.60.040.060.080.6～1.00.080.100.121.0～1.50.120.140.16115 桥梁养护与加固第四节公路桥梁荷载试验评定荷载试验后，应根据试验资料分析桥梁结构的工作状况，从而进一步评定桥梁承载能力。1、桥梁结构的工作状况根据试验测得的变位或者应变与理论计算值比较，得到结构的校验系数：＝（4-18）式中—试验荷载作用下的变位或者应变值；—试验作用下相应的理论计算值。校验系数是评定结构工作状况，确定桥梁承载能力的一个重要指标。不同结构形式的桥梁的值常不相同。值常见的范围可参考表4-15。桥梁校验系数常值表表4-15桥梁类型应变（或应力）校验系数挠度校验系数钢筋混凝土拱桥0.20～0.400.20～0.50钢筋混凝土梁桥0.40～0.800.50～0.90预应力混凝土桥0.60～0.900.70～1.00圬工拱桥0.70～1.000.80～1.00一般要求值不大于1，值越小结构的安全储备越大，值过大或过小都应该从多方面分析原因。若值过大，原因可能为：⑴组成结构的材料强度较低⑵结构各部分联结性能较差⑶刚度较低；若值过小，原因可能为：材料的实际强度及弹性模量较高；梁桥的混凝土桥面铺装及人行道等与梁共同受力；拱桥拱上建筑与拱圈共同作用；支座摩阻力对结构受力的有利影响⑸计算理论或简化的算图式偏于安全；此外，试验时加载物的称量误差，仪表的观测误差等对也值有一定影响。因理论的变位（或应变）一般按线性关系计算，故若测点实测弹性变位（或应变）与理论计算值成正比（其关系曲线接近于直线）说明结构处于良好的弹性工作状况。测点在控制加载程序时的相对残余变位（或应变）/越小说明结构越接近弹性工作状况，一般要求/值不大于20%，当其大于20%时，应查明原因，若确系桥梁强度不足，应在评定时酌情降低承载能力。动载试验的效率也是一个重要指标，可表是为：115 桥梁养护与加固＝4-19式中—动荷载作用下的变形或应力值；—设计标准荷载作用下的变形或应力计算值。当动载试验的效率接近1时，不同车速下实测的冲击系数最大值可用于结构的强度及稳定性检算。实测的冲击系数应满足下列条件：（4-20）式中：——设计时采用的冲击数；——实测的冲击数；当式（4-20）不被满足时，应按实测的值来考虑设计标准中汽车荷载的冲击作用。从前面的分析可以看出，是反映结构在行车荷载作用下的动力响应，很显然与桥面平整度有关，与行车速度有关。对评定而言，只能描述桥梁平整度，不能对全结构进行描述。的意义在于，有了实测的冲击数据之后，在进行旧桥理论分析计算时，应以实测为依据。而不宜采用规范的值。一般而言，40~120kN载重汽车行车激振试验测得的垂直振幅标准值（等于局部离差平方的二次方根）宜小于表4-16所列的评定指标。振幅标准值评定指标表4-16桥型及跨度容许振幅标准值跨度为20m以下的钢筋混凝土梁桥0.3跨度为20~45m的预应力混凝土梁桥1.0跨度为60~70m的连续梁桥和T型刚构桥3.0~5.0跨度为30~124m的钢梁桥和组合梁桥2.0~3.0一阶自振频率中小跨径桥梁的一阶自振频率测定一般应大于4.0Hz，否则认为桥梁的总体刚度较差。桥梁的自振频率可按下式计算：1）简支梁桥（4-21）2）悬臂梁桥（4-22）3）等跨连续梁桥同简支梁桥式中——结构每延米质量——支端点距离或跨径——结构构件的截面惯矩115 桥梁养护与加固——动弹性模量。有关简支梁桥的试验表明，实测值为1.23～10.4Hz，平均3.62Hz，一阶固有频率与跨径有关，即（4-23）故对简支梁桥而言，宜按式（4-23）来评定。对于其它形式的桥梁，由于实验数据不足，宜按下式进行评定。（4-24）式中，为频率校验系数，为实测一阶频率，f为计算频率。很显然，当>1时，说明桥梁有缺损或病害，达不到原设计所具备的动刚度。计算f时，应遵循静载试验计算时的原则，特别应注意：1)上部结构均应同时纳入计算范围之内；2)充分考虑支座，特别是橡胶支座的影响。根据实测计算的阻尼比率按表4-17可以判断桥梁的开裂状况。值与裂缝相关性表表4-17材料裂缝的相应值素混凝土及钢筋混凝土无裂缝有裂缝<0.5>1.0~2.0预应力混凝土无裂缝有裂缝<1.01.0~2.0桥梁阻尼是一个重要的、又十分复杂的参数，它由构成桥梁的材料阻尼，结构阻力和系统阻尼所构成，阻尼比只能通过试验获得。以表3-4-4值来判断结构是否开裂的条件过宽。有关梁式桥试验表明，出现率频率最高的桥梁集中在=0.78%。最长≥125m直线、窄的和闭口横截面的长桥中，=0.786%；总长<75m曲线、宽的和开口截面短桥中，=16%。2、桥梁结构的强度及稳定性当荷载试验项目比较全面时，可采用荷载试验主要挠度测点的校验系数来评定桥梁结构的强度和稳定性。检算时用荷载试验后的桥梁检算系数115 桥梁养护与加固代替前述的桥梁检算系数，对桥梁结构抗力效应予以提高或折减。1）砖、石、混凝土桥梁：()≤(,)　　　　　（4-25）2）钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁：(；)≤(,)（4-26）根据值由表4-18查取的取值范围，再根据下列条件确定值。符合下列条件时，值可取高限，否则应酌减，直至取低限。1）加载内力与总内力（加载内力+恒载内力）的比值较大，荷载试验效果较好。2）实测值与理论值线性关系较好，相对残余变位（或应变）较小。3）桥梁结构各部分无损伤，风化、锈蚀、裂缝等较轻微。值应取控制截面内力最不利程序时最大挠度测值进行计算。对梁桥可采用跨中最大正弯矩加载程序的跨中挠度；对拱桥检算拱顶截面时可采用拱顶最大正弯矩加载程序时跨中挠度；检算拱脚截面时可采用拱脚最大负弯矩加载程序时L/4截面处挠度；检算L/4截面时则可用上两者平均值，如已安排L/4截面最大正、负弯矩加载程序，则可采用该程序时L/4截面挠度。但拱桥在采用值根据表4-18进行检算时，可不再另行考虑拱上建筑的联合作用。经过荷载试验的桥梁检算系数值表表4-18校验系数检算系数0.4及以下1.20～1.300.51.15～1.250.61.10～1.200.71.05～1.150.81.00～1.100.90.97～1.071.00.95～1.05注：①值应经校核确保计算及实测无误；②值在表列数值之间时可内插；③当值大于1时应查明原因，若确系结构本身强度不够应适当降低检算承载能力。当采用值根据公式检算不符合要求，但采用值根据公式检算符合要求时，可评定桥梁承载能力满足检算荷载要求。115 桥梁养护与加固3、地基与基础当试验荷载作用下墩台沉降、水平位移及倾角较小，符合上部结构检算要求，卸载后变位基本恢复时，可认为地基与基础在检算荷载作用下能正常工作。当试验荷载作用下墩台沉降、水平位移及倾角较大或不稳定，卸载后变位不能恢复时，应进一步对地基、基础进行探查、检算，评价地基基础是否需进行加固。4、结构的刚度要求试验荷载作用下，主要测点挠度校验系数应不大于1，各点的挠度应不超过规范规定的允许值，即：1）圬工拱桥：全桥范围内正负挠度最大绝对值之和不大于L/1000，履带车和挂车验算时提高20%。2)钢筋混凝土桥：梁桥主梁跨中挠度不超过L/600；梁桥主梁悬臂端L/300；桁架拱桥不超过L/300。5、裂缝试验荷载作用下绝大部分裂缝宽度应不大于表2-9规定的允许值，荷载试验后所有裂缝应不大于表2-9规定的允许值。第五节公路桥梁动力测定的快速评定法荷载试验评定桥梁，可全面地反映了结构的实际状况。但是荷载试验要耗费大量的人力、物力和财力，需要较长时间中断交通。近年来广为研究的动力测定试验的快速评定方法即为其中一种。动力法评估结构性能是近三十年来国内外研究非常活跃的领域之一。该方法具有简便、快速、无损等优点，同时具有显著的经济效益和社会效益。动力评估方法适用于航天、航空、机械、造船、土木工程等多个领域。但在这些领域中，其研究水平发展并不平衡，如航天、航空和机械领域中已有部分研究成果应用于故障监测中，用某个振动特性参数或模式识别，对飞船、飞机或正在运转的机械进行在线故障监测，对早期故障进行预测。而在土木工程领域中，除动测法进行桩基质量检测有部分应用外，其余尚处于理论和试验研究阶段，远未达到工程应用的程度。由于桥梁总是处于受活载作用下的运营状态，用动力法评估钢筋混凝土结构性能更能真实反映其结构在移动活载作用下的实际工作状况，对结构承载能力给出恰当的评估，研究与应用前景广阔。115 桥梁养护与加固结构在各种激励下的动力响应是其整体状况的一种量度。当结构的质量、刚度和阻尼特性因结构损伤（质量退化）而发生变化，其振动响应也必将发生变化，而这一变化是可以通过振动测试方法量测得到的。利用振动（动力）试验分析进行结构安全监测正是基于这一原理。近十年来，人们对利用试验模态分析技术进行结构安全评估的方法展开了广泛学入的研究，这些研究工作主要包括：对试验模型或真实结构基于动力测试方法的实测调查研究的可行性和潜力；寻求可用于结构状态指标的敏感参数、研究各种损伤检测和定位技术。结构动力特性是结构本身所固有，可以看作为结构的“指纹”（振动特征码），通过结构初始（安全）状态及以后不同时期的指纹的比较，即可诊断出结构的整本安全状况。桥梁结构指纹可以是频率、阻尼、振型形式，也可以是频响函数功率谱等。较早利用动力测试进行土木结构的检测时间是20世纪80年代，当时主要是研究频率的变化对结构安全性能的影响，并发展了结构评估的“频率淘汰法（FSM）”。1990年，Salane对公路桥梁和桥梁模型进行疲劳试验以监测结构动力特性的变化后发现，杆件的刚度与裂缝开展存在一定关系，模态参数的变化与观测到的质量退化有关；Maznrek等通过研究发现结构损伤后，会产生新的振型，频率也相应减小，Salawu在1995年对多跨公路桥梁修缮前后进行振动试验，发现阻尼的变化没有确定方向，但振型变化比较明显。近十年来，国内研究人员对振动测试的方法也进行了大量研究。1986年，西安公路研究所用动测法确定简支梁抗弯刚度与静力测试进行了比较；1988年，成都市城市建设科学研究所和华中理工大学通过模型试验，以模态分析方法对桥梁动力参数进行非线性分析，外推极限承载力；1997年湖南大学以实测频率为基础识别桥梁刚度分布情况，从而评估桥梁的承载能力。但是利用系统识别方法进行结构安全快速检测评定，直面临着测量噪声干扰、量测自由度不足，实测模态集不完备、结构理论模型误差，可获得的响应量测值对感兴趣的结构参数不敏感等许多困难。尽管如此，随着桥梁的发展，目前一般的检测方法已不能适应其安全性能和耐久性维护的迫切需要。基于动力测试方法和系统识别理论进行桥梁结构安全性能快速评定，具有广阔的应用前景。对于一个桥梁结构来讲，它的几何尺寸、材料和边界条件是确定的，那么它的结构静力特性就唯一确定了。随着桥梁的使用，其结构工作性能会发生变化，反映出来的现象是裂缝的出现和扩展、刚度降低、变形增大。同样的，结构的各参数一经确定，其结构动力特性也唯一地确定了，随着桥梁结构工作性能的变化，它的结构动力性能的变化表现出频率和动刚度的下降、阻尼增加，振幅加大等等。因此，可以象静载试验通过桥梁的静力特性来认识结构那样，也可以通过动力试验，由桥梁的结构的动力特性来认识结构，找出其内部联系，建立一套识别方法，进而对桥梁进行评定。115 桥梁养护与加固对于这种快速评定方法的研究关键是桥梁结构的动力特性与其承载能力之间存在着什么样的相关关系。研究的困难首先在于混凝土结构在使用中容许开裂，从不开裂到开裂，从微小裂缝到开展较大的裂缝，结构的动力特性有较大变化，并且全桥各梁的开裂情况不一样。其次是在桥梁的使用中，随着时间的推移，结构的动力特征也会有所变化。此外，桥梁边界条件的变化（例如简支梁桥主梁支座变位受到某些约束）也会影响桥梁结构的动力特性，加之关于桥梁结构动态工作机理还未得到透彻提示，因而直接寻找桥梁结构动力特征与其承载能力的关系比较困难。已进行的研究基本上是对一座桥梁（或试验梁）分别采用静载试验和动力标定试验，然后将试验结果进行对比分析研究，主要寻找桥梁的抗弯动刚度与抗弯静刚度B之间的关系，借助于抗弯静刚度来得到对桥梁各主梁在使用阶段的承载力评定。由于桥梁的抗弯动刚度与其自振频率有关，对于钢筋混凝土简支梁桥，可表是为（4-25）对于桥梁跨上作用如图3-4的汽车荷载的简支梁桥，桥梁的整体抗弯静刚度为（4-26）式中—主梁数；—汽车轴数；—实测荷载横向分布系数；—试验静载作用下主梁跨中挠度—计算跨径；、、—见图4-2。图4-2、、的意义一阶自振频率可以分别由动载试验和静载试验中获得，故可由式（4-25）和式（4-26）分别求得和B。已有的试验研究表明：1）按照钢筋混凝土梁的受力阶段，即整体工作阶段、带裂缝工作阶段和破坏阶段，试验梁的固有频率随荷载阶段的递进而降低。在带裂缝工作阶段，梁的固有频率变化不大。2）在使用阶段（带裂缝工作阶段），梁的抗弯静刚度B与之间关系可用B=来表达，其中大约在1.1~1.4范围内。115 桥梁养护与加固3）实际旧钢筋混凝土简支梁桥的静载试验与采用跑车的动载试验表明，行车荷载作用下各主梁静挠度分量与汽车静载作用时测量的静挠度值很接近；行车荷载作用下实测载横向分布系数与汽车静载作用下实测荷载横向分布系数十分接近，相差在10%以内。在此基础上，文献[9]提出了由车载试验检测旧钢筋混凝土简支梁桥使用承载力的方法：1）由跑车试验测得各主梁在荷载作用下跨中的静挠度分量和动挠度分量；2）由于静挠度分量接近于静载时的静挠度，以静挠度分量挖计算得到静刚度B，而动刚度可由动挠度分量按（4-25）计算得到，经统计处理分析得到静动刚度的关系；3）由挠度实测值计算车辆对桥梁的冲击系数值及桥梁荷载横向分布系数mi；4）按桥梁处于正常使用状态下，选取容许的挠度[]；5）对各主梁的使用承载力进行评价。文献[10]的思路与文献[9]有所不同，提出了一种动力分解法的概念，即通过动力分解，将单梁动刚度从整体结构中分解出来，再建立单梁动刚度与单梁静刚度的关系，以此进行整体结构的评估。基本思路如图4－3所示。模型桥梁试验验单梁模型试验固有频率及动力参数应力应变规律及理论分析裂缝与刚度B的关系静刚度B、动刚度Bd与频率等动力参数的关系动力分解单梁静刚度B单梁动刚度Bd承载能力图4－3动力分解法的基本思路115 桥梁养护与加固用动力测定试验快速评定桥梁还处于研究阶段，国内的研究很热，但据实际应用还有很长的路要走。第五节公路桥梁的专家系统评定桥梁的评定，涉及到许多因素的复杂影响。在评定时，应兼顾各个方面，要做出任何一个决策，都必须对诸多相关因素综合考虑。故若要对桥梁进行定量的综合评价，则必须建立一个非常复杂的数学模型，而目前我们对于桥梁结构的养护知识还远不足以建立这样一个完善的模型。故以分析计算为主的评定方法目前只能做到对桥梁某些基本构件使用状况的定量分析，而且在分析中还引入了比较粗糙的修正系数。如今，对于桥梁的综合评价引入了一种新的方法——专家系统评定方法，该方法的出发点是专家对桥梁评估时的思路。专家对于桥梁的评定，主要是依靠其经验（依据和思路）。当专家们对一座桥梁进行评估时，他们往往首先选择一些对整个桥梁结构有着关键影响的构件、节点进行检查与评估。如主梁是影响钢筋混凝土简支梁桥结构的主要构件之一，在具体评估主梁时，尽管可以量到钢筋混凝土主梁的某条裂缝的具体尺寸，但仍然很难由此找到这条裂缝尺寸与主梁安全之间的解析关系。但专家往往能够首先由裂缝尺寸及其它相关信息；借助丰富经验，可以得到裂缝状况是“好”或“坏”的概念。接着再综合桥梁整体结构形式、技术档案资料和现场调查所得各种实测数据，对桥梁状况得出“好”或“差”，“安全”或“不安全”等结论。专家系统评定可归于模糊评价的范畴。专家对于桥梁的决策性评价，避开了定量分析，使用了模糊的语言变量，利用模糊概念来处理复杂问题（复杂性越高，有意义的精确化能力一般便越低即意味着系统具有的模糊性越强）。因而，用模糊概念辨别复杂事物本质，往往反而利于辨清真相，这种思路最终发展为评定方法。专家咨询系统（EXPERTCONSULTINGSYSTEM）或专家系统（EXPERTSYSTEM），就是与专家经验的水平相当，解决专门问题的计算机软件系统。其主要特点有：1、主要用于知识信息处理，依靠知识来表达技术而非简单的数学描述；2、通过知识的获取、表达、存储和编排建立知识库及相应管理系统以备随时调用；3、系统在环境模式下进行推理；而非在固定程序控制下单纯的执行指令。4、不仅解答用户的提问，而且对推理过程出解释，并提供答案的可信度估计。专家系统的示意简图见图4-4。系统主要由七部分组成。115 桥梁养护与加固1、知识库是系统的核心部分，是解决问题的基础。其储藏了某些专家或专家集体在桥梁养护某些领域的宝贵知识（包括事实、经验、判断等）。知识库应由熟悉专家系统的人工智能工程师与桥梁养护领域资深专家合作建立。可通过“人工移植”、“专题面谈”、“口语记录分析”等方法获取知识，经整理后，输入知识库。2、推理机构是系统的重要部分，亦是解决问题的基础。其具有推理能力，能理解问题，并把知识和问题相互对应起来进行推理，最后解决问题；3、输入接口包括键盘、数字化仪等；4、输出接口包括显示器、打印机、绘图仪等；5、编辑程序：使用户对知识库中的事实与规则进行补充、修改或删除；6、黑板：用于记录推理过程的中间结果；7、解释程序：为用户查询系统的工作状态和推理过程提供各种查询命令。输出接口用户输入接口推理机构黑板编辑程序解释程序知识表示专家知识库图4-4专家系统结构简图专家系统是基于计算机软件的知识工程系统，其设计、开发一般步骤如下：1、确定问题阶段——人工智能工程师与桥梁养护专家应明确待开发专家系统要解决的问题，并且制订出研究计划。这样可以大致估计出系统的框架规模，并且依此有针对性的确定研究方法、步骤及可能出现的问题。2、概念化阶段——桥梁养护专家向人工智能工程师阐明解决该问题所需要的关键概念和关系等，并将复杂问题分层、分单元概念化表述，得到一些因素关系图式及相应的非正式说明。例如在评价钢筋混凝土结构的可靠性时，可由桥梁养护专家利用层次分析法，将抽象化的、难以定量测量的钢筋混凝土构件的可靠性逐层分解为可以利用现代化的检测技术和手段进行现场检测的各种指标，建立钢筋混凝土构件可靠性评价层次图（图4-5），层次结构划分如下：TO(总目标层)——以钢筋混凝土桥梁构件可靠性为评估总目标，提供决策性依据；SO（子目标层）——对钢筋混凝土构件安全性、适用性和耐久性进行评估；R（准则层）——对隶属于评估子目标的影响指标的分类；115 桥梁养护与加固I（指标层）——子目标中便于直接检测、量化和定性描述的评估指标。C结构可靠性图4-5钢筋混凝土构件可靠性评价层次图A适用性S安全性D耐久性S1承载能力S2构件和连结A1工作能力D1钢筋工况D2混凝土工况D3护筋能力混凝土强度钢筋锈蚀率截面尺寸受力裂缝宽度预埋构件和节点相对挠度相对转角混凝土密实度内部缺陷空洞、鼓起剥落、蜂窝麻面等裂缝工况保护层厚度保护层均质性碳化深度氯离子含量钢筋锈蚀程度3、形象化阶段——人工智能工程师组织知识结构，确定知识表示和推理方法。4、实现阶段——人工智能工程师先把形象化的知识编写成程序形式的知识库，然后设计推理机制和人机对话系统（即编写一个原型专家系统）5、测试阶段——人工智能工程师和桥梁养护专家一起评价原型专家系统的性能并进行修改以满足用专家水平解决问题的要求。一般通过许多由桥梁养护专家选择的例子来测试，力图暴露专家系统的弱点和错误，最后制成实用的专家系统。注：实际运作中，以上步骤是灵活的，交叉的、反复的，有反馈的闭环过程。115'