賀拴海，工學(xué)博士、二級(jí)教授、博士生導(dǎo)師，長(zhǎng)安大學(xué)副校長(zhǎng)。國(guó)際橋梁與結(jié)構(gòu)工程學(xué)會(huì)會(huì)員，中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)橋梁與結(jié)構(gòu)工程分會(huì)理事，中國(guó)公路學(xué)會(huì)橋梁與結(jié)構(gòu)工程學(xué)會(huì)常務(wù)理事，陜西省公路學(xué)會(huì)常務(wù)理事、副秘書長(zhǎng)兼學(xué)術(shù)委員會(huì)主任委員，茅以升教育基金會(huì)橋梁委員會(huì)委員，陜西省建設(shè)科學(xué)技術(shù)委員會(huì)委員?！吨袊?guó)公路學(xué)報(bào)》、《長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)（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(guó)已建公路橋梁約80.53萬(wàn)座，并且以每年2～3萬(wàn)的數(shù)量在不斷增加。隨著時(shí)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(huì)出現(xiàn)不同程度的損傷和病害，如開裂、下?lián)稀P蝕等。需要采取定期檢測(cè)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(píng)價(jià)提供依據(jù)。

   公路橋梁檢測(cè)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(cè)等。目前，外觀損傷仍以人工目測(cè)為主，工作強(qiáng)度大、效率低，需要借助檢測(cè)支架或檢測(cè)車等設(shè)備接近結(jié)構(gòu)表面，對(duì)檢測(cè)人員的專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)要求較高。非接觸式檢測(cè)方法近年來有了較大發(fā)展，在結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷檢測(cè)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(cè)難度更大，但其對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安全性評(píng)價(jià)起著重要的作用。近年來，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者基于不同理論和方法提出了多種檢測(cè)手段，有力地推動(dòng)了橋梁檢測(cè)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(shí)別法等在不同的檢測(cè)領(lǐng)域都有一定的應(yīng)用。與此同時(shí)，在役橋梁的評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)方法，有力推動(dòng)了中國(guó)在役混凝土橋梁及鋼橋運(yùn)營(yíng)期間安全性評(píng)價(jià)技術(shù)的發(fā)展。

本文對(duì)公路橋梁檢測(cè)和評(píng)價(jià)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(cè)技術(shù)、在役混凝土橋梁及鋼橋評(píng)價(jià)技術(shù)的應(yīng)用及研究進(jìn)展，指出公路橋梁檢測(cè)及評(píng)價(jià)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

1 橋梁檢測(cè)技術(shù)

1.1 結(jié)構(gòu)缺陷檢測(cè)

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?！豆窐蛄杭夹g(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG/TH21-2011)對(duì)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(duì)評(píng)價(jià)橋梁結(jié)構(gòu)安全性能有重要作用。常規(guī)檢測(cè)中，一般是借助檢測(cè)支架、專用檢測(cè)車等輔助設(shè)備，配合小型裂縫測(cè)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(cè)、記錄裂縫分布和特征。該方法需投入較多的人力、物力，檢測(cè)周期長(zhǎng)、強(qiáng)度大、費(fèi)用高，大量的檢測(cè)記錄還需人工進(jìn)行整理和匯總。因此，該檢測(cè)方法嚴(yán)重制約著橋梁外觀缺陷檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展。

近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在外觀缺陷的無損檢測(cè)方面做了大量研究。圖像識(shí)別技術(shù)由于其遠(yuǎn)距離、非接觸的檢測(cè)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(cè)領(lǐng)域，成為橋梁外觀檢測(cè)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(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行處理和分析，以識(shí)別檢測(cè)目標(biāo)和對(duì)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(yàn)梁裂縫識(shí)別示意見圖1。

（a）模型梁裂縫特征示意

（b）識(shí)別后的裂縫特征示意

圖1 裂縫圖像檢測(cè)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(duì)結(jié)構(gòu)安全運(yùn)營(yíng)帶來隱患。目前鋼橋缺陷檢測(cè)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(cè)的主要方法，并寫入中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)《焊縫無損檢測(cè)超聲檢測(cè)技術(shù)、檢測(cè)等級(jí)和評(píng)定》（GB/T 11345-2013）。但是，超聲法在微小缺陷檢測(cè)、材料內(nèi)部特定位置檢測(cè)和缺陷形狀檢測(cè)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(shí)度均對(duì)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(huì)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(cè)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，常用的無損檢測(cè)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(cè)

(1)超聲法

超聲法工作原理是通過測(cè)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(cè)混凝土的工作原理。

圖3 超聲法檢測(cè)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(shí)沖擊彈性波并接收沖擊彈性波信號(hào)，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(cè)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(shí)，接收傳感器會(huì)測(cè)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(cè)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(jì)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(shí)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(shí)和能量衰減特征，采用計(jì)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(shí)現(xiàn)混凝土內(nèi)部成像，進(jìn)而作為混凝土密實(shí)性和強(qiáng)度評(píng)價(jià)的定量指標(biāo)。

長(zhǎng)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(cè)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(cè)的大功率（16kW）、高頻(43kHz)和短余震(小于1個(gè)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(jì)軟件包。開發(fā)了具有層析成像功能，并同時(shí)具有測(cè)強(qiáng)、測(cè)缺和測(cè)厚功能的橋梁混凝土結(jié)構(gòu)智能化無損檢測(cè)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(cè)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(cè)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(shí)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(huì)造成雷達(dá)反射回波在波幅、波長(zhǎng)及波形上的變化，接收到的雷達(dá)信號(hào)經(jīng)計(jì)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(shí)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(píng)定混凝土結(jié)構(gòu)銹蝕程度的無損檢測(cè)方法，該方法通過測(cè)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(píng)定鋼筋的銹蝕狀態(tài)。電位法檢測(cè)原理見圖8。

圖8 電位檢測(cè)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(cè)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(shí)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(shí)也影響到橋梁正常使用階段的承載力和安全性評(píng)價(jià)。以下主要介紹預(yù)應(yīng)力鋼束張力的檢測(cè)方法。

長(zhǎng)安大學(xué)是國(guó)內(nèi)最早開展PC橋梁預(yù)應(yīng)力檢測(cè)和狀態(tài)評(píng)估的單位。自2005年開始，長(zhǎng)安大學(xué)即開展了PC簡(jiǎn)支梁動(dòng)、靜力性能研究，提出了一套較完整的用于檢測(cè)有效預(yù)應(yīng)力的半經(jīng)驗(yàn)公式，形成有效預(yù)應(yīng)力的無損檢測(cè)基礎(chǔ)方法—基于動(dòng)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(shí)基于靜力學(xué)測(cè)試原理，研發(fā)了針對(duì)PC橋梁預(yù)應(yīng)力鋼束應(yīng)力有效值的實(shí)時(shí)獲取專項(xiàng)設(shè)備—預(yù)應(yīng)力鋼索張力測(cè)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(cè)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(cè)的目的，為實(shí)橋應(yīng)用提供了一種設(shè)計(jì)合理、靈敏度高、穩(wěn)定性好、工程實(shí)用性強(qiáng)的預(yù)應(yīng)力張力測(cè)試設(shè)備，檢測(cè)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(cè)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(cè)和評(píng)估項(xiàng)目，得到了行業(yè)的廣泛認(rèn)可。

   圖9 梁體靜動(dòng)力性能的有效預(yù)應(yīng)力檢測(cè)試驗(yàn)

圖10 預(yù)應(yīng)力鋼索張力測(cè)試儀工作原理

1.2 力學(xué)及幾何特性檢測(cè)

1.2.1 強(qiáng)度

混凝土強(qiáng)度是結(jié)構(gòu)的一項(xiàng)重要力學(xué)參數(shù)，對(duì)保證橋梁結(jié)構(gòu)承載力和運(yùn)營(yíng)安全性具有重要影響，也是評(píng)價(jià)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(cè)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(cè)方法，目前是新橋無損強(qiáng)度檢測(cè)的主要方法。由于強(qiáng)度檢測(cè)技術(shù)相對(duì)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(cè)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(duì)有初始約束應(yīng)力的測(cè)試構(gòu)件進(jìn)行切割，達(dá)到應(yīng)力釋放目的。再對(duì)切割前后構(gòu)件的應(yīng)變進(jìn)行測(cè)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(cè)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(cè)試是保證橋梁施工和運(yùn)營(yíng)安全的必要手段。目前索力測(cè)試主要有壓力表測(cè)定法、壓力傳感器測(cè)定法、頻率法和磁通量法。

壓力表測(cè)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(cè)定法是在施工階段安裝壓力傳感器，達(dá)到對(duì)索力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。該方法精度相對(duì)較高，但壓力傳感器售價(jià)比較高，一般作為頻率法的補(bǔ)充，僅對(duì)特定拉索或吊桿進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

頻率法是根據(jù)索力與索的振動(dòng)頻率之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在已知索長(zhǎng)度、兩端約束情況、分布質(zhì)量等參數(shù)時(shí)，通過測(cè)量拉索在環(huán)境振動(dòng)激勵(lì)下的振動(dòng)信號(hào)，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(cè)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(duì)值測(cè)量方法，能夠?qū)崿F(xiàn)索力變化量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，不能用于索力絕對(duì)值的測(cè)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(píng)價(jià)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(cè)試方法包括接觸式撓度計(jì)、激光撓度儀、光電撓度儀、基于圖像識(shí)別的撓度測(cè)試系統(tǒng)等。基于數(shù)字圖像技術(shù)的橋梁撓度測(cè)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(yàn)和其他建筑物相對(duì)撓度變化測(cè)試的新方法。

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

表2 橋梁結(jié)構(gòu)主要檢測(cè)方法

2 橋梁評(píng)價(jià)技術(shù)

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

2.1 在役橋梁一般評(píng)價(jià)方法

   對(duì)于服役期間的橋梁，其技術(shù)狀況評(píng)價(jià)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(duì)橋梁進(jìn)行檢查，按照一定規(guī)則和要求，對(duì)橋梁進(jìn)行技術(shù)狀況評(píng)定。中國(guó)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(píng)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(jí)評(píng)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(duì)橋梁抗力進(jìn)行折減，并采用強(qiáng)度驗(yàn)算的方法評(píng)價(jià)橋梁承載力。《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/TJ21-2011）通過引入多個(gè)檢算系數(shù)對(duì)橋梁承載力進(jìn)行量化評(píng)定。

2.1.3 荷載試驗(yàn)法

荷載試驗(yàn)法是通過對(duì)橋梁直接施加相當(dāng)于設(shè)計(jì)荷載（或目標(biāo)荷載）的試驗(yàn)荷載，直接測(cè)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(yàn)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(píng)價(jià)橋梁實(shí)際承載能力的方法。但是，荷載試驗(yàn)方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，費(fèi)用較高，且需要臨時(shí)中斷交通，一般是在外觀檢測(cè)和分析檢算基礎(chǔ)上，綜合確定是否采用。

2.1.4 專家評(píng)定法

    專家評(píng)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(jì)算機(jī)模擬專家的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)水平和決策機(jī)理，對(duì)損傷橋梁進(jìn)行的綜合評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)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(jì)算結(jié)構(gòu)可靠性指標(biāo)。近年來，可靠度法成為評(píng)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(duì)重要性，綜合人的判斷以決定因素相對(duì)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(píng)價(jià)，是一種模糊評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)法

模糊綜合評(píng)價(jià)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(guó)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(píng)價(jià)方法，在橋梁安全性評(píng)價(jià)方面均有所應(yīng)用。

2.2 在役混凝土橋梁評(píng)價(jià)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(duì)其進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)性能評(píng)價(jià)，以保證橋梁安全運(yùn)營(yíng)。長(zhǎng)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(píng)價(jià)研究工作。通過RC板梁室內(nèi)試驗(yàn)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(jì)特征推測(cè)結(jié)構(gòu)受壓區(qū)高度、變形曲率，進(jìn)而預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)配筋率的方法，達(dá)到結(jié)構(gòu)性能進(jìn)評(píng)估評(píng)價(jià)的目的。

RC梁裂縫的離散性較大，但從統(tǒng)計(jì)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(jì)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(jì)間距等。根據(jù)裂縫統(tǒng)計(jì)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(jì)參數(shù)預(yù)測(cè)剛度及裂縫統(tǒng)計(jì)參數(shù)直接預(yù)測(cè)剛度，從而實(shí)現(xiàn)RC梁剛度預(yù)測(cè)。

為了反映在役RC梁帶裂縫工作的特性，引入一個(gè)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(cè)的配筋率，可根據(jù)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)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(duì)大跨徑PC箱梁橋出現(xiàn)的開裂與下?lián)喜『?，長(zhǎng)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(píng)價(jià)研究，結(jié)合最新預(yù)應(yīng)力檢測(cè)手段，提出了基于裂縫統(tǒng)計(jì)特征以及基于有限點(diǎn)預(yù)應(yīng)力測(cè)試的在役PC梁橋承載力評(píng)價(jià)方法。

（1）基于裂縫特征的在役PC梁橋承載力評(píng)估

對(duì)于開裂損傷的在役PC梁橋，參考RC梁橋裂縫統(tǒng)計(jì)特征的建立方法，對(duì)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(jì)特征參數(shù)，從而將不規(guī)則實(shí)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(jiǎn)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(duì)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(jiǎn)化為上弦桿；斜裂縫以下部分看作槽形剛架，簡(jiǎn)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(jì)特征后的斜裂縫分布

（b）單元?jiǎng)澐质疽?/span>

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(gè)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(jì)荷載與開裂后橋梁結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于設(shè)計(jì)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(píng)估

通過前述的預(yù)應(yīng)力鋼束張力檢測(cè)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(gè)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(cè)試和預(yù)測(cè)，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(shí)際承載力狀況。

3 結(jié)語(yǔ)

橋梁檢測(cè)技術(shù)和評(píng)價(jià)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(shí)際應(yīng)用得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。本文對(duì)公路橋梁檢測(cè)和評(píng)價(jià)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(cè)技術(shù)、力學(xué)性能及幾何參數(shù)檢測(cè)技術(shù)、在役混凝土結(jié)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)橋梁評(píng)價(jià)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(cè)是橋梁技術(shù)狀況評(píng)定的主要內(nèi)容，傳統(tǒng)檢測(cè)方法需要借助橋梁專用檢測(cè)車或檢測(cè)支架，檢測(cè)周期長(zhǎng)、工作強(qiáng)度大、費(fèi)用高，嚴(yán)重阻礙橋梁檢測(cè)技術(shù)進(jìn)步?；趫D像識(shí)別的檢測(cè)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(cè)的發(fā)展方向。

（2）橋梁內(nèi)部缺陷檢測(cè)是檢驗(yàn)橋梁施工質(zhì)量和工藝的重要依據(jù)，傳統(tǒng)超聲檢測(cè)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(jì)算機(jī)透析成像技術(shù)，可快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)大體積混凝土內(nèi)部缺陷檢測(cè)和評(píng)價(jià)。

（3）混凝土橋梁預(yù)應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)一直是PC橋梁檢測(cè)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，本文提出的預(yù)應(yīng)力成套檢測(cè)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力孔道定位、管道壓漿密實(shí)度、預(yù)應(yīng)力鋼筋銹蝕和鋼束張力等4項(xiàng)預(yù)應(yīng)力關(guān)鍵參數(shù)的定量測(cè)試，為PC橋梁安全性評(píng)價(jià)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(jì)特征的鋼筋混凝土承載力評(píng)價(jià)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(cè)和承載力評(píng)價(jià)，有效解決了基于外觀檢測(cè)手段的RC橋梁安全性評(píng)價(jià)。

（5）針對(duì)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(jì)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(jì)特征參數(shù)的損傷預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁計(jì)算模型，實(shí)現(xiàn)了損傷預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)安全性量化評(píng)價(jià)；另一方面，基于有限點(diǎn)預(yù)應(yīng)力鋼束應(yīng)力的直接測(cè)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(shí)現(xiàn)PC梁橋運(yùn)營(yíng)階段的承載能力評(píng)價(jià)。