CN105893689A - 一种桥梁可靠度预测方法及其养护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种桥梁可靠度预测方法及其养护方法，包括如下步骤：(1)监测承载力极限状态；(1‑1)监测跨中正截面抗弯承载能力极限状态；(1‑2)监测支点斜截面抗剪承载能力极限状态；(2)监测正常使用极限状态；(2‑1)测量桥梁裂缝宽度；(2‑2)监测挠度极限状态；(3)监测钢筋应力极限状态；(4)监测混凝土应力极限状态；(5)根据步骤(1)‑(4)监测数据，与预设数据比较并得到桥梁可靠度。通过开展基于桥梁材料疲劳退化与结构可靠度衰变预测的桥梁预防性养护模型的研究，探索出桥梁材料疲劳退化规律与桥梁结构承载力退化的影响因素及其影响规律，总结出桥梁结构可靠度随时间的衰变规律及其剩余寿命的预测方法。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁养护，具体涉及一种桥梁可靠度预测方法及其养护方法。
背景技术
众所周之，桥梁结构从建成到投入使用一段时间后，其暴露在大气环境的这一特点使得结构性能退化是必然出现的结果，设计抗力在随着时间衰减，可靠度指标下降，正常使用功能受到威胁，当结构在无法得到合理的养护和维修加固的情况下,抗力恶化的进一步加深将导致桥梁结构出现极端的损伤现象，即结构无法保证安全运营或直接坍塌。在我国，大量的桥梁面临着老化、破损以及性能衰减等方面的问题，而对劣化桥梁结构的状态的评估和预测，以及各种维护措施的选择变得愈发的重要。对于路网中桥梁的维修加固，如何利用有限的资金确定一个最优的维修加固策略，从而使得网络的性能最优，同时也能保证桥梁自身处于一个可靠的水平，是桥梁维护管理需要解决的一个重要问题。
桥梁结构的时变特性主要反映在结构的抗力和荷载(作用)效应两个综合变量中，而影响这两个综合变量的时变因素很多，近年来国内外学者在其可靠性的各个方面进行了研究。刘玉霞等介绍了预应力混凝土桥梁耐久性分析的研究成果；朱万旭等则基于试验对预应力混凝土桥梁中常用的OVM锚固体系的可靠性进行了研究，结论表明，预应力体系中存在锚固体系的可靠性，这是不同于普通混凝土结构的重要特性之一；张德峰等对预应力混凝土结构耐久性的研究主要集中在材料层次上进行，并提出了裂缝状态下的预应力筋腐蚀机理和时变模型，对既有预应力混凝土结构的耐久性评估、基于耐久性的预应力结构的设计以及裂缝控制和可靠度研究等问题进行了研究，但对试验数据的定量分析不多；韩波等还从结构层次上基于可靠性并考虑寿命周期循环费用的预制结构进行了优化设计；汪加蔚等分析了预应力混凝土轨枕的裂缝及结构耐久性，在定量的方法上对预应力结构可靠度计算进行了有益的探索；张曙光等研究了钢筋腐蚀对预应力混凝土结构耐久性的影响；张建仁等对预应力混凝土连续梁桥悬臂施工的整体稳定可靠度进行了分析；基于可靠度的退化和养护模型代表了新一代的结构管理系统。基于可靠度的养护的好处在于可以明确考虑可靠度。在基于技术状况的退化模型中，只是在技术状况转变成可靠度后隐含考虑可靠度。基于技术状况的模型的好处在于技术状况可以量测或检测，而可靠度必须进行计算，检测可以很自然地包括在养护模型中。理想地，最好的的方法是根据抗力和应力的时变随机过程建立一个退化模型，计算相应的寿命分布和失效率函数以及时变可靠度函数。目前，世界各国已经进行了大量的监测、养护与维修方面的研究。Frangopol和Estes提出了一种基于寿命期可靠度和生命周期成本的桥梁检测/维修程序的优化设计的更实用和广泛的方法。Furuta等把Tamaki开发的遗传算法应用到养护规划问题，建立了一种考虑结构性能和和环境预测不确定性的、可以提供几种实用养护计划的方法。Sojrensen等提出了一种可以预测钢筋混凝土结构中的氯离子含量的、用于基于可靠度的混凝土结构养护和检测规划中的统计模型。Dogaki等考虑公路网的交通特点，研究开发了一个决策支持系统采用遗传算法来解决损伤RC桥面板养护的大型复组合优化问题以确定合理和经济的养护程序。van Nooriwijk和Frangopol描述和比较两种用于退化结构的概率生命周期养护模型，Rijkswaterstaat模型和Frangopol模型，可以确定以最小的的生命周期成本确保足够的可靠度水平的最优养护策略。
综上所述，尽管基于可靠度的退化和养护模型理念已经提出，但由于对桥梁结构材料疲劳退化缺乏系统认识，桥梁结构时变可靠度分析研究还不深入，因此，目前桥梁结构养护维护方案仍然依靠对桥梁性能的确定性分析，桥梁养护管理缺乏主动性和预防性。因此，通过开展基于桥梁材料疲劳退化与结构可靠度衰变预测的桥梁预防性养护模型的研究，探索出桥梁材料疲劳退化规律与桥梁结构承载力退化的影响因素及其影响规律，总结出桥梁结构可靠度随时间的衰变规律及其剩余寿命的预测方法，建立基于桥梁材料疲劳退化与结构可靠度衰变预测的桥梁预防性养护模型，对提高我国桥梁养护管理水平具有重要意义。
发明内容
针对以上上述现有技术问题和发明目的，本发明提出一种桥梁可靠度的预测方法及其养护方法，具体技术方案如下：
一种桥梁可靠度的预测方法，包括如下步骤：
(1)监测承载力极限状态；
(1-1)监测跨中正截面抗弯承载能力极限状态；
(1-2)监测支点斜截面抗剪承载能力极限状态；
(2)监测正常使用极限状态；
(2-1)测量桥梁裂缝宽度；
(2-2)监测挠度极限状态；
(3)监测钢筋应力极限状态；
(4)监测混凝土应力极限状态；
(5)根据步骤(1)-(4)监测数据，与预设数据比较并得到桥梁可靠度。
进一步地，步骤(1)中进一步包括如下步骤：取得混凝土强度，混凝土碳化参数，钢筋强度以及钢筋面积，以及预应力有效应力，采用横向分布系数将三维转化为平面，列出正截面抗弯、斜截面抗剪以及极限状态方程，并将参数输入，计算出相应的作用效应组合值，利用MATLAB程序，采用Monte-Carlo法计算极限状态可靠度指标。
进一步地，步骤(3)和(4)中，进行桥梁材料疲劳退化与结构抗力时变分析：
a.混凝土和钢筋的有效截面积的时变分析：钢筋混凝土截面尺寸，除有严重损伤外，不考虑衰减，只考虑钢筋截面面积的减小；混凝土中钢筋开始锈蚀后，其截面积随时间的增长而减少，其平均值和标准差是锈蚀时间的函数；
b.针对预应力钢筋以及普通钢筋这两个因素对结构抗力的影响进行分析：认定在采用粘结预应力混凝土时，当孔道压浆密实，预应力钢筋不出现腐蚀；
c.时变可靠度计算结果分析：依次每隔5年，采用相应的抗力概率分布参数，计算跨中正截面抗弯承载能力、支点斜截面抗剪承载能力以及正常抗裂性能三种失效模式的失效概率，从而得到各自相应的可靠度。
进一步地，所述严重损伤为风化脱落和撞击受损。
根据如上述桥梁可靠度预测方法得到的养护方法，进一步地，包括如下步骤：
a.进行桥梁车辆荷载效应时变分析，得出桥梁车辆荷载效应的最大值分布；
b.根据建立的时变可靠度指标退化曲面模型及相应的曲面方程预测桥梁可靠度失效年份；
c.在桥梁车辆荷载时变分析可靠度失效年份之前，进行检查监测；
d.在临近桥梁正常使用裂缝宽度可靠度失效年份时，监测桥梁裂缝宽度；
e.在临近桥梁极限承载能力可靠度失效年份时，进行加固措施。
6.如权利要求5所述桥梁可靠度预测方法得到的养护方法，进一步地，进一步包括步骤f.加固后对桥梁结构性能进行评估。
进一步地，步骤d.中，在临近桥梁正常使用裂缝宽度可靠度失效年份时，加大桥梁裂缝宽度监测，当裂缝宽度超过规范要求或者裂缝宽度开展速度加快，采取措施预防裂缝进一步扩展。
进一步地，步骤e中具体包括：对于宽度小于0.2mm的裂缝，采用表面涂抹水泥砂浆或环氧砂浆的方法进行封闭；对于宽度大于0.2mm的裂缝，采用压力注浆法，在裂缝中低压低速注入环氧树脂或聚合物砂浆材料；对于主拉应力裂缝，用环氧基液粘剂涂抹在整个钢板上，然后将其压贴于裂缝处，并用膨胀螺栓对钢板加压。
与目前现有技术相比，本发明通过开展基于桥梁材料疲劳退化与结构可靠度衰变预测的桥梁预防性养护模型的研究，探索出桥梁材料疲劳退化规律与桥梁结构承载力退化的影响因素及其影响规律，总结出桥梁结构可靠度随时间的衰变规律及其剩余寿命的预测方法，建立基于桥梁材料疲劳退化与结构可靠度衰变预测的桥梁预防性养护模型。本项目的研究成果可为桥梁养护管理部门进行桥梁养护管理决策提供理论依据，通过对在役桥梁采取有效的养护策略，及时恢复和提高桥梁的承载能力，可最大限度的延长桥梁使用寿命，使其继续为现代交通运输服务，则可以给国家带来巨大的经济效益。同时，可以有效的减少因桥梁坍塌造成的交通事故，体现了“以人为本”的发展理念，对社会的稳定起到一定的积极作用。本项目的研究成果的推广应用，将大大提高道路交通的服务水平，对促进发展和谐社会具有重要的社会效益。
具体实施方式
下面对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。
1.一种桥梁可靠度的预测方法
包括如下步骤：(1)监测承载力极限状态；(1-1)监测跨中正截面抗弯承载能力极限状态；(1-2)监测支点斜截面抗剪承载能力极限状态；(2)监测正常使用极限状态；(2-1)测量桥梁裂缝宽度；(2-2)监测挠度极限状态；(3)监测钢筋应力极限状态；(4)监测混凝土应力极限状态；(5)根据步骤(1)-(4)监测数据，与预设数据比较并得到桥梁可靠度。步骤(1)中进一步包括如下步骤：取得混凝土强度，混凝土碳化参数，钢筋强度以及钢筋面积，以及预应力有效应力，采用横向分布系数将三维转化为平面，列出正截面抗弯、斜截面抗剪以及极限状态方程，并将参数输入，计算出相应的作用效应组合值，利用MATLAB程序，采用Monte-Carlo法计算极限状态可靠度指标。步骤(3)和(4)中，进行桥梁材料疲劳退化与结构抗力时变分析：a.混凝土和钢筋的有效截面积的时变分析：钢筋混凝土截面尺寸，除有严重损伤外，不考虑衰减，只考虑钢筋截面面积的减小；混凝土中钢筋开始锈蚀后，其截面积随时间的增长而减少，其平均值和标准差是锈蚀时间的函数；b.针对预应力钢筋以及普通钢筋这两个因素对结构抗力的影响进行分析：认定在采用粘结预应力混凝土时，当孔道压浆密实，预应力钢筋不出现腐蚀；c.时变可靠度计算结果分析：依次每隔5年，采用相应的抗力概率分布参数，计算跨中正截面抗弯承载能力、支点斜截面抗剪承载能力以及正常抗裂性能三种失效模式的失效概率，从而得到各自相应的可靠度。
2 桥梁检查与评定
2.1 一般规定
2.1.1 桥梁检查分为经常检查、定期检查和特殊检查。
1 经常检查：主要指对桥面设施、上部结构、下部结构及附属构造物的技术状况进行的检查，并核查桥梁结构可靠度是否满足要求。
2 定期检查：为评定桥梁使用功能，制定管理养护计划提供基本数据，对桥梁主体结构及其附属构造物的技术状况进行的全面检查，分析桥梁结构可靠度变化趋势以及预估可靠度失效年份，为桥梁养护管理系统搜集结构技术状态的动态数据。
3 特殊检查：特殊检查是查清桥梁的病害原因、破损程度、承载能力、抗灾能力，分析桥梁结构可靠度退化的原因，确定桥梁技术状况的工作。
特殊检查分为专门检查和应急检查。
1)专门检查：根据经常检查和定期检查的结果，对于结构可靠度低于结构目标可靠度的桥梁或需要进一步判明损坏原因、缺损程度或使用能力的桥梁，针对病害进行专门的现场试验检测、验算与分析等鉴定工作。
2)应急检查：当桥梁受到灾害性损伤后，为了查明破损状况，采取应急措施，组织恢复交通，对结构可靠度、技术状况进行的详细检查和鉴定工作。桥梁管养单位应对辖区内所有桥梁建立“桥梁基本状况卡片”(参考现行《公路桥涵养护规范》(JTG-H11))，将有关信息输人数据库，建立永久性档案。
2.2 经常检查
2.2.1 经常检查的周期应根据桥梁技术状况以及桥梁结构时变可靠度而定，一般每月不得少于一次，汛期应加强不定期检查；对于预测结构正常使用极限状态可靠度接近或者达到目标可靠度临界值的桥梁，应加大经常检查频率，每月不得少于三次；对于结构预测承载能力极限状态可靠度接近或者达到目标可靠度临界值的桥梁，除采取有效技术确保其承载力满足要求外，每周应不少于两次经常检查。
2.2.2 经常检查采用目测方法，也可配以简单工具进行测量，当场填写“桥梁经常检查记录表”(参考现行《公路桥涵养护规范》(JTG-H11))，现场要登记所检查项目的缺损类型，估计缺损范围及养护工作量，核查桥梁结构是否可靠，提出相应的小修保养措施，为编制辖区内的桥梁养护(小修保养)计划提供依据。
2.2.3 经常检查中发现桥梁重要部件存在明显缺损或者桥梁结构可靠度退化严重时，应及时向上级提交专项报告。
2.2.4 混凝土空心板梁桥经常检查的内容除现行《公路桥涵养护规范》(JTG-H11)规定外，应着重检查以下内容：
1 空心板桥梁整体现浇层是否有影响空心板桥整体受力的病害，如是否出现贯穿裂缝、坑槽、积水、剥离、渗漏，钢筋是否露筋、锈蚀等。
2 空心板间铰缝是否有影响空心板桥整体受力的破坏，如是否出现板缝间渗水、板缝间填料脱落、铰缝开裂以及填料脱空等。
3 空心板间是否出现板间错位，是否出现荷载横向分布性能丧失的单板受力现象。
4 空心板梁是否出现被拉裂、混凝土破损及钢筋外露等影响空心板结构承载力的病害。
5 空心板梁结构有无异常变形，异常的竖向振动、横向摆动等情况，然后检查各部件的技术状况，查找异常原因。
6 空心板支座是否有明显缺陷，位移量是否正常，是否出现脱空，影响空心板受力模式的病害。
7 预应力混凝土空心板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。
2.2.5 混凝土T梁桥经常检查的内容除现行《公路桥涵养护规范》(JTG-H11)规定外，应着重检查以下内容：
1 混凝土T梁桥整体现浇层是否有影响T梁桥整体受力的病害，如是否出现明显贯穿裂缝、坑槽、剥离、渗漏，钢筋是否露筋、锈蚀等。
2 混凝土T梁湿接缝是否有影响T梁桥整体受力的破坏，如是否出现明显贯穿裂缝、混凝土剥落，钢筋是否露筋、锈蚀等。
3 混凝土T梁体是否有混凝土剥落、露筋、是否有裂缝；腹板有无网状无规律细裂缝。
4 混凝土T梁横隔板以及梁与横隔板连接处是否有裂缝、混凝土剥落，钢筋是否露筋、锈蚀。
5 混凝土T梁横向联结构件是否开裂，连接钢板的焊缝有无锈蚀、断裂，边梁有无横移或向外倾斜。
6 混凝土T梁桥结构有无异常变形，异常的竖向振动、横向摆动等情况。
7 混凝土T梁桥支座是否有明显缺陷，位移量是否正常，是否出现脱空等影响T梁受力模式的病害。
8 预应力混凝土T梁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。
2.2.6 对于预测结构正常使用极限状态可靠度接近或者达到目标可靠度临界值的桥梁，应仔细观察梁体裂缝开展情况，分析异常原因。
2.2.7 对于预测结构承载能力极限状态可靠度接近或者达到目标可靠度临界值的桥梁，应以简单工具测量桥梁变形，标记梁体开展裂缝以及量测裂缝宽度，并做好标记或者拍照，分析异常原因。
2.3 定期检查
2.3.1 定期检查的时间应符合下列规定:
1 定期检查周期根据技术状况以及桥梁结构可靠度确定，最长不得超过三年。新建桥梁交付使用一年后，进行第一次全面检查。临时桥梁每年检查不少于一次。
2 对预测结构正常使用极限状态可靠度接近或者达到目标可靠度临界值的桥梁，应每年安排一次定期检查。
3 对预测结构承载能力极限状态可靠度接近或者达到目标可靠度临界值的桥梁，应每半年安排一次定期检查。
4 对于预测结构正常使用或者承载能力极限状态可靠度低于目标可靠度临界值或者在经常检查中发现重要部(构)件的缺损明显达到三、四、五类技术状况时，应立即安排一次定期检查。
2.3.2 定期检查以目测观察结合仪器观测进行，必须接近各部件仔细检查其缺损情况。定期检查的主要工作有：
1 现场校核桥梁基本数据，包括桥梁目前可靠度技术状况。
2 当场填写“桥梁定期检查记录表”，记录材料疲劳退化、各部件缺损状况，并做出技术状况评分。
3 实地判断结构可靠度退化、各部件缺损原因，确定养护实际以及维修范围与方式。
4 对结构抗力退化严重、难以判断损坏原因和程度的部件，提出特殊检查(专门检查)的要求。
5 对结构承载能力可靠度明显低于目标可靠度临界值或者损坏严重、危及安全运行的危桥，提出限制交通或改建的建议。
6 根据桥梁结构可靠度衰减规律以及桥梁技术状况，确定下次检查时间。
2.3.3 混凝土空心板梁桥定期检查的内容除现行《公路桥涵养护规范》(JTG-H11)规定外，应着重检查以下内容：
1 空心板混凝土有无裂缝、渗水、表面风化、剥落、露筋和钢筋锈蚀，有无碱集料反应引起的整体龟裂现象。
2 空心板混凝土表面有无严重碳化，混凝土保护层是否剥落、退化等。
3 空心板间是否错台，空心板板缝间是否渗水、缝间填料是否脱落、脱空以及铰缝是否开裂。
4 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。
5 空心板梁结构的跨中、支点及变截面处等重点部位，混凝土是否开裂、缺损和出现钢筋锈蚀。
2.3.4 混凝土T梁桥定期检查的内容除现行《公路桥涵养护规范》(JTG-H11)规定外，应着重检查以下内容：
1 T梁混凝土有无裂缝、渗水、表面风化、剥落、露筋和钢筋锈蚀，有无碱集料反应引起的整体龟裂现象。
2 T梁混凝土表面有无严重碳化，混凝土保护层是否剥落、退化等。
3 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。
4 T梁结构的跨中、支点及变截面处等重点部位，混凝土是否开裂、缺损和出现钢筋锈蚀。
5 T梁横向联结构件是否开裂，连接钢板的焊缝有无锈蚀、断裂，边梁有无横移或向外倾斜。
6 T梁横隔板是否开裂、破损，相邻梁体横隔板是否不共面、错台，连接钢筋是否外露、锈蚀等。
2.3.5 桥梁检查中发现的各种缺损均应在现场用油漆等将其范围及日期标记清楚。对于预测结构正常使用或者承载能力极限状态可靠度低于目标可靠度临界值的桥梁，或者三类以上桥梁及有严重缺损和难以判明损坏原因和程度的桥梁，应作影像记录，并附病害状况说明。
2.3.6 桥梁定期检查后应提出下列文件：
1 桥梁定期检查数据表。当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。
2 典型缺损和病害的照片及说明。缺损状况的描述应采用专业标准术语，说明缺损的部位、类型、性质、范围、数量和程度等。
3 材料疲劳退化说明以及桥梁结构可靠度变化趋势说明。
4 两张总体照片。一张桥面正面照片，一张桥梁上游侧立面照片。桥梁改建后应重新拍照一次。如果桥梁拓宽改造后，上下游桥梁结构不一致，还要有下游侧立面照片，并标注清楚。
5 桥梁清单。
6 桥梁基本状况卡片。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状况卡片内。
7 定期检查报告。该报告应包括下列内容：
1)桥梁预测结构正常使用、承载能力极限状态可靠度以及可靠度失效预估年份。
2)辖区内所有桥梁的保养小修情况。
3)需要大中修或改建的桥梁计划，说明修理的项目，拟用的修理方案，估计费用和实施时间。
4)要求进行特殊检查桥梁的报告，说明检验的项目及理由。
5)需限制桥梁交通的建议报告。
2.4 特殊检查
2.4.1 特殊检查应委托有相应资质和能力的单位承担。
2.4.2 在下列情况下应作特殊检查
1 定期检查中难以判明损坏原因及程度的桥梁。
2 桥梁技术状况为四、五类者。
3 运营时间较长、预测结构正常使用极限状态可靠度低于目标可靠度临界值的桥梁。
4 预测结构承载能力极限状态可靠度低于目标可靠度临界值的桥梁。
5 拟通过加固手段提高荷载等级的桥梁。
6 条件许可时，特殊重要的桥梁在正常使用期间可周期性进行荷载试验。
桥梁遭受洪水、流冰、滑坡、地震、风灾、漂流物或船舶撞击，因超重车辆通过或其他异常情况影响造成损害时，应进行应急检查。
2.4.3 特殊检查应根据桥梁结构的可靠度、桥梁的破损状况和性质，采用仪器设备进行现场测试、荷载试验及其他辅助试验，针对桥梁现状进行检算分析，形成鉴定结论。
2.4.4 实施专门检查前，承担单位负责检查的工程师应充分收集资料，包括设计资料(设计文件、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。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，勘查水文地质情况等。
2.4.5 桥梁特殊检查应根据需要对以下四个方面问题做出鉴定：
1 桥梁结构材料缺损状况。包括对材料物理、化学性能退化程度及原因的测试鉴定；结构或构件开裂状态的检测及评定。
2 桥梁结构承载能力。包括对结构强度、稳定性和刚度的检算、试验和鉴定。
3 桥梁结构可靠度。包括对结构强度、稳定性和刚度的检算、试验和鉴定。
4 桥梁防灾能力。包括桥梁抵抗洪水、流冰、风、地震及其他地质灾害等能力的检测鉴定。
2.4.6 桥梁结构材料缺损状况鉴定，可根据鉴定要求和缺损的类型、位置，
选择表面测量、无破损检测和局部取试样等有效可靠的方法。试样应在有代表性构件的次要部位获取。
2.4.7 桥梁结构检算及承载力试验应按国家及行业有关标准和技术规范进行。
2.4.8 桥梁抗灾能力鉴定一般采用现场测试与检算的方法，特别重要的桥梁可进行模拟试验。
2.4.9 原设计条件已经变化的，所有鉴定都应针对当时桥梁的实际状况，不能套用原设计的资料数据。
2.4.10 特殊检查报告包括下列主要内容：
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。
2 桥梁预测结构正常使用、承载能力极限状态可靠度。
3 描述目前的桥梁技术状况。包括现场调查、试验与检测的项目及方法、检测数据与分析结果和桥梁技术状况评价等。
4 评价目前的桥梁结构可靠度。包括桥梁材料疲劳退化以及结构抗力退化原因分析，结构正常使用与极限承载能力极限状态评价等。
5 详细叙述检查部位的损坏程度及原因，并提出结构部件和总体的维修、加固或改建的建议方案。
2.5 桥梁评定
2.5.1 桥梁评定分为一般评定和适应性评定。
1 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、并结合桥梁结构可靠度预测，确定桥梁的技术状况等级，提出各类桥梁的养护措施。
2 桥梁适应性评定包括以下内容：依据桥梁定期及特殊检查资料，结合试验与结构受力分析，评定桥梁的实际承载能力、结构可靠度、通行能力、抗洪能力，提出桥梁养护、改造方案。
3 一般评定由负责定期检查者进行，适应性评定应委托有相应资质及能力的单位进行。
2.5.2 一般评定
全桥总体技术状况等级评定方法可参考现行《公路桥涵养护规范》(JTG-H11)执行。等级评定还应综合考虑桥梁结构可靠度的预测结果。
1 对于预测结构正常使用极限状态可靠度低于目标可靠度临界值的桥梁，其评定等级不得优于三类。
2 对于预测结构承载能力极限状态可靠度低于目标可靠度临界值的桥梁，其评定等级不得优于四类。
2.5.3 桥梁适应性评定
对桥梁的承载能力、结构可靠度、通行能力、抗洪能力应周期性地进行评定。评定周期一般为3～5年。但对于运营时间较长、预测结构可靠度接近或达到目标可靠度临界值的桥梁，应每年进行一次评定。评定工作可与桥梁的定期检查、特殊检查结合进行。
承载能力、结构可靠度、通行能力的评定一般采用现行荷载标准及交通量，也可考虑使用期预测交通量。承载能力、通行能力评定方法见《公路旧桥承载力评定规程》。
2.5.4 养护预防性对策
1 对一般评定划定的各类桥梁，分别采取不同的养护措施：
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。
2 对于结构正常使用可靠度不满足目标可靠度要求的桥梁，应采取提高结构适用性、预防裂缝开展或者防止裂缝宽度过大的技术措施。
3 对于结构极限承载能力可靠度不满足目标可靠度要求的桥梁，应采取提高结构承载能力、预防结构抗力退化过快的技术措施。
3 桥梁结构预防性养护
3.1 空心板梁桥预防性养护
3.1.1 空心板梁桥日常养护与维修内容：清除表面污垢；修补混凝土空洞、破损、剥落、表面风化以及裂缝；清除暴露钢筋的锈渍、恢复保护层；处理各种横、纵向构件的开裂、开焊和锈蚀；铰缝病害修补等。
3.1.2 对空心板体混凝土的空洞、蜂窝、麻面、表面化、剥落等应先将松散部分清除，再用高强度等级混凝土、水泥砂浆或其他材料进行修补。新补的混凝土要密实，与原结构应结合牢固、表面平整。新补的混凝土必须实行养生。
3.1.3 空心板梁体若发现露筋或保护层剥落，应先将松动的保护层凿去，并清除钢筋锈迹，然后修复保护层。如损坏面积不大可用环氧砂浆修补，如损坏面积过大可用喷射高强度等级水泥砂浆的方法修补。
3.1.4 空心板梁桥的裂缝处理：当裂缝的宽度大于限值及裂缝分布超出正常范围时，应作处理。空心板混凝土裂缝修补技术主要包括表面修补法、压力注浆法、钢板粘贴加固法以及碳纤维布粘贴加固法。
1 对于宽度小于0.2mm的裂缝，较常采用表面涂抹水泥砂浆或环氧砂浆的方法进行封闭。这种方法对于细而浅的裂缝是很有效的，但是对于宽而深的裂缝，修补涂料无法深入裂缝内部，修补一段时间后裂缝往往会再次开裂。
2 对于宽度大于0.2mm的裂缝，一般采用压力注浆法，在裂缝中低压低速注入环氧树脂或聚合物砂浆材料。该方法易于控制注入量且可注入到裂缝深处，修补效果良好。
3 当空心板梁产生主拉应力裂缝时，可对先裂缝进行处理，再用环氧基液粘剂涂抹在整个钢板上，然后将其压贴于裂缝处，并用膨胀螺栓对钢板加压。以上裂缝修补方法的目的在于恢复空心板梁的防水性和耐久性。
4 碳纤维布粘贴加固法采用层压方式将浸透了树脂胶的碳纤维布贴合到空心板梁底面并使其与混凝土结合成为受力整体，从而达到防止裂缝开展、加固空心板梁的目的。
3.1.5 铰缝是空心板梁桥的关键部位，桥梁整体承载能力很大程度上取决于铰缝质量的好坏。铰缝破坏将会明显降低空心板梁桥可靠度，如检查发生铰缝病害，应及时处理和维修。
1 在原设计基础上对铰缝钢筋和混凝土进行加强，增加铰缝的抗弯和抗剪强度，使其更好的发挥横向联系的作用。
2 铰缝维修时增设并加粗铰缝钢筋，同时铰缝混凝土等级也应提高为与梁板同强度等级或高于梁板一个等级。
3 铺装质量也是铰缝能否发挥其横向联系能力的一个重要方面。重新铺设桥面铺装时，应加密桥面铺装钢筋网，提高铺装层混凝土强度等级，使桥面铺装层参与梁板和铰缝共同受力。
4 对于预应力空心板梁，桥面铺装厚度应考虑预应力束张拉后的上拱影响，适当增加铺装层的厚度。铺装应设防水层，阻止雨水侵蚀铰缝。
5 桥面还应设置完整的排水系统，避免桥面积水，增加雨水下渗可能性。
3.1.6 针对空心板梁不同病害机理，选择合理的空心板加固方法。目前较为常用的空心板加固方法有：粘贴钢板加固法、体外预应力加固法、粘贴碳纤维布(CFPR)加固法、桥面补强层加固法、增加横向联系加固法、改变结构体系加固法以及化学灌浆加固法等。
1)粘贴钢板加固法：当空心板承载力不足或纵向钢筋锈蚀严重时，空心板出现横向裂缝。在空心板横向联系较为脆弱、铰缝破坏的情况下，可采用粘贴钢板加固法
2)体外预应力加固法：当空心板承载力明显不足，变形较大时，可采用施加体外预应力法。
3)粘贴碳纤维布(CFPR)加固法：在混凝土结构或构件受拉表面粘贴碳纤维布，通过其和结构协同工作，得到对结构改善受力性能与加固补强的目的。与传统的结构加固技术相比，具有轻质高强、耐腐蚀性强、密度小、耐久性强、施工便捷、结构影响较小等优点。但碳纤维材料在对结构刚度提升和耐火性方面都存在缺陷，且较为容易产生脆性破坏。
4)桥面补强层加固法：在对旧桥面作一定处理之后，重新浇筑钢筋混凝土补强层，使其与原桥跨结构形成组合结构，
用以提高主梁有效高度、抗压强度、桥梁抗弯刚度以及整体性。但该方法加固空心板桥后，桥梁自重增加较为明显且承载力改善提高程度不显著，且施工时需要凿除桥面铺装层将会导致交通中断，故该加固方法需要同其他对承载能力提高较大的加固方法配合使用，合理确定桥面加固厚度。
5)增设横向联系加固法：该方法通过增设空心板横向联系，使得上部结构荷载横向分布更加均衡，提高了空心板横向整体性以及铰缝协同受力性能，进而提高了结构承载能力。
6)改变结构体系加固法：该方法化被动为主动，通过改变结构受力体系，使得桥梁受力更加均衡合理，从而使承载能力得到提高。如在简支梁下增设支架或桥墩以减小桥梁跨径、增加纵向连接使得简支变连续，从而减小跨中弯矩、在梁下增设钢桁架等加劲梁或叠合梁等等。由于需要较大的施工作业平台，该方法在空间上受到限制。
7)增大截面和配筋加固法：当梁的强度、刚度、稳定性和抗裂性能不足时，通常采用增大截面、增加配筋的加固方法。其缺点是现场施工的湿作业量较大，养护时间长，桥梁自重和恒载弯矩增加较多，承载力受压区原有混凝土强度控制，加固后桥下净空有一定减小，对桥梁通行有较大影响。
8)铰缝灌浆加固法：采用高压灌浆设备将聚合物砂浆或环氧树脂等浆料胶结物压入铰缝密闭空腔内，待灌浆材料凝结硬化后使得空心板铰缝与混凝土一体化，从而达到提高荷载横向刚度，整体性以及承载能力的加固目的。
3.2 混凝土T梁桥预防性养护
3.2.1 混凝土T梁桥日常养护与维修内容见3.1条，
此外应对预应力锚固区的破损及开裂、沿预应力钢束纵向开裂进行修补；
梁体横隔板修补、梁体横、纵向联结件修补以及梁体与横向联结件交接处破损修补等。
3.2.2 全预应力及部分预应力A类构件正常使用条件下不允许出现裂缝。如有裂缝出现，应查明原因，区分结构性裂缝与非结构性裂缝；对于非结构性裂缝可采用裂缝处理方法，结构性裂缝则应当采取有效的加固技术措施。
3.2.3混凝土T梁梁体裂缝处理，当裂缝的宽度大于限值及裂缝分布超出正常范围时，应作处理。当裂缝宽度在限值范围内时，可进行封闭处理，一般涂刷环氧树脂胶；当裂缝宽度大于限值规定时，应采用压力灌浆法灌注环氧树脂胶或其他灌缝材料；当裂缝发展严重时，应加强观测，查明原因，按照本规范的有关规定进行加固处理。
3.2.4 对于混凝土T梁桥横隔板病害维修：横隔板表面裂缝可参考相关裂缝处理方法；对于钢筋外露、锈蚀的，如相邻梁体横隔板共面较好的，将原钢筋进行补焊；如相邻梁体横隔板共面较差的，可将原钢筋重新进行焊接，在横隔板下缘两侧添加钢筋补强，新加钢筋外包混凝土，横隔板下缘外观为马蹄形；如横隔板错台比较严重，可采用穿拉预应力筋恢复横隔板之间的横向联系。
3.2.5对于混凝土T梁横、纵向联结件开裂、断裂、开焊，可采取更换、补焊、帮焊等措施修补。
3.2.6混凝土T梁一般加固方法及适用范围可参见3.1.6条。对于因为预应力部分失效而进行加固时，若原结构有预留孔，可在预留孔内穿钢束进行张拉；采用无粘结钢束的可对原钢束重新张拉；或增设齿板，增加体外束进行张拉。对于腹板抗剪切强度不够时，可采用加竖向预应力加固。
上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种桥梁可靠度的预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)监测承载力极限状态；
(1-1)监测跨中正截面抗弯承载能力极限状态；
(1-2)监测支点斜截面抗剪承载能力极限状态；
(2)监测正常使用极限状态；
(2-1)测量桥梁裂缝宽度；
(2-2)监测挠度极限状态；
(3)监测钢筋应力极限状态；
(4)监测混凝土应力极限状态；
(5)根据步骤(1)-(4)监测数据，与预设数据比较并得到桥梁可靠度。
2.如权利要求1所述的桥梁可靠度的预测方法，其特征在于，步骤(1)中进一步包括如下步骤：取得混凝土强度，混凝土碳化参数，钢筋强度以及钢筋面积，以及预应力有效应力，采用横向分布系数将三维转化为平面，列出正截面抗弯、斜截面抗剪以及极限状态方程，并将参数输入，计算出相应的作用效应组合值，利用MATLAB程序，采用Monte-Carlo法计算极限状态可靠度指标。
3.如权利要求1或2所述的桥梁可靠度的预测方法，其特征在于，步骤(3)和(4)中，进行桥梁材料疲劳退化与结构抗力时变分析：
a.混凝土和钢筋的有效截面积的时变分析：钢筋混凝土截面尺寸，除有严重损伤外，不考虑衰减，只考虑钢筋截面面积的减小；混凝土中钢筋开始锈蚀后，其截面积随时间的增长而减少，其平均值和标准差是锈蚀时间的函数；
b.针对预应力钢筋以及普通钢筋这两个因素对结构抗力的影响进行分析：认定在采用粘结预应力混凝土时，当孔道压浆密实，预应力钢筋不出现腐蚀；
c.时变可靠度计算结果分析：依次每隔5年，采用相应的抗力概率分布参数，计算跨中正截面抗弯承载能力、支点斜截面抗剪承载能力以及正常抗裂性能三种失效模式的失效概率，从而得到各自相应的可靠度。
4.如权利要求1-3所述的桥梁可靠度的预测方法，其特征在于，所述严重损伤为风化脱落和撞击受损。
5.根据如权利要求1-4所述桥梁可靠度预测方法得到的养护方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.进行桥梁车辆荷载效应时变分析，得出桥梁车辆荷载效应的最大值分布；
b.根据建立的时变可靠度指标退化曲面模型及相应的曲面方程预测桥梁可靠度失效年份；
c.在桥梁车辆荷载时变分析可靠度失效年份之前，进行检查监测；
d.在临近桥梁正常使用裂缝宽度可靠度失效年份时，监测桥梁裂缝宽度；
e.在临近桥梁极限承载能力可靠度失效年份时，进行加固措施。
6.如权利要求5所述桥梁可靠度预测方法得到的养护方法，其特征在于，进一步包括步骤
f.加固后对桥梁结构性能进行评估。
7.如权利要求5或6所述桥梁可靠度预测方法得到的养护方法，其特征在于，步骤d.中，在临近桥梁正常使用裂缝宽度可靠度失效年份时，加大桥梁裂缝宽度监测，当裂缝宽度超过规范要求或者裂缝宽度开展速度加快，采取措施预防裂缝进一步扩展。
8.如权利要求5-7所述桥梁可靠度预测方法得到的养护方法，其特征在于，步骤e中具体包括：对于宽度小于0.2mm的裂缝，采用表面涂抹水泥砂浆或环氧砂浆的方法进行封闭；对于宽度大于0.2mm的裂缝，采用压力注浆法，在裂缝中低压低速注入环氧树脂或聚合物砂浆材料；对于主拉应力裂缝，用环氧基液粘剂涂抹在整个钢板上，然后将其压贴于裂缝处，并用膨胀螺栓对钢板加压。
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