桥梁评价方法研究现状浅析
2016-12-05
0 前言
近年来，在经济发展交通先行的思想指导下，为适应我国经济建设飞速发展的需要，我国的交通建设事业也迎来了前所未有的大发展时期。在不到十年期间，更是修建了大量的大、中跨径预应力混凝土桥梁，其数量在我国大、中跨径桥梁中占主导地位。然而针对这些问题，目前国内还没有切实有效的检测和评价方法，在许多方面还存在明显不足甚至是空白。开展这方面的研究对保证桥梁的耐久性和安全性，以及对于此类桥梁养护工作的决策等至关重要。目前既有桥梁综合评价的主要方法大致可分为基于实桥调查的经验方法、荷载试验法、基于理论分析的方法和专家系统评价方法。
1 基于实桥检测的经验方法
基于实桥检测的经验方法是事先根据检测统计和试验分析结果制定出系统的损伤程度分类和评分标准，然后由桥梁的评价人员凭经验对既有桥梁进行检测评分，并依次对桥梁的损伤程度，安全性等进行综合的评价。该评价方法的准确程度主要取决于（1）制定出的系统损伤程度分类和评分标准的细化程度和准确程度。（2）评价人员的经验及判断能力。因而基于实桥检测的经验方法存在的主要问题就是较大程度取决于评价人员的经验和技术水平。
同时，鉴于每座实际桥梁的特殊性，缺损状态相差甚远的不同结构，却有着非常相似的病害表象。因此基于实桥检测进行桥梁评价时，在参考目前划分确定的评价指标等级的基础上，有必要考虑桥梁的具体结构形式﹑所处环境和实际的运营状态以及存在的缺损现象的相互关系，对各评价指标的实测值及权重加以合理的修正，以对现有桥梁的缺损状态做出更准确的评价。
2 荷载试验法
荷载试验法是通过现场试验，包括静载试验和动载试验对既有桥梁进行评价的方法。一般需在已对桥梁结构进行外观检测、初步评定和一定的理论分析之后进行。
2.1 静载试验法
静载试验法首先是通过计算，并考虑桥梁的损伤状况，选择受力最不利或损伤最严重的桥孔，并在其中选出主要控制截面，然后根据实际损伤情况，施加与设计荷载基本相当的外荷载，利用测量挠度﹑水平位移﹑应变（应力）及裂缝宽度的仪器、设备，观察桥梁结构在外部静荷载作用下的响应，分析结构的强度、刚度、抗裂性及承载能力。再将测试﹑分析结果与结构理论计算值及规范限值相比较，综合评价既有桥梁的缺损状态。
静载试验能较准确的评价桥梁的静态承载能力，有很强的实用性和可靠性，但其测试时需要中断交通，且费用较高。同时由于实际桥梁承受动载作用，有可能存在静态荷载下工作性能满足要求而动态荷载下却不能满足的情况。
2.2 动载试验法
动载试验法是利用外荷载的激励作用来激起桥梁结构的振动，以测得桥梁结构的频率，振幅，阻尼，冲击系数及振型等动态参数，再将测试结果与结构理论计算值相比较，从而判断桥梁结构的整体刚度，行车性能，进而综合评价既有桥梁的缺损状态。
动载试验法评价具有其它方法无法相比的优点。由于桥梁是在动荷载下工作的，所以要了解其工作性能和使用状态，在某种意义上，只有通过动荷载的评价才是可靠的。另外，动态法体现的是桥梁总体的损伤状态而不会局限在某个构件的局部损伤。但动态试验对于测试设备的要求相对较高。
3 理论分析法
3.1 设计理论法
设计理论法是以桥梁设计规范为基础分析既有桥梁的承载能力的方法。《公路桥梁承载能力检测评定规程》（报批稿）中，根据桥梁外观质量﹑混凝土强度和结构模态参数确定出承载能力验算系数 Z1 对结构或构件的抗力进行折减或提高；通过承载能力恶化系数 �%ge 来反映桥梁结构质量状况衰退产生的不利影响；通过活载影响系数 �%gq 对作用效应中活载分项系数加以调整；通过混凝土折减系数 �%gc 和钢筋截面折减系数 �%gs 考虑结构有效截面折减。因此，利用设计理论法进行桥梁缺损状态的评价时，宜在深刻理解桥规设计原理的基础上，考虑实际的工程情况进行。
3.2 基于可靠度理论的评价方法
基于可靠度理论的评价方法是利用失效概率 Pf 或可靠指标�%[来衡量结构完成预定功能的能力。由于桥梁结构在运营过程中其材料特性、几何特性、荷载分布以及退化参数等的不定性，故可靠度，或可靠指标和失效概率是结构系统或构件唯一一致的安全性指标。
在役桥梁的可靠性包括安全性、适用性和耐久性三个方面。对桥梁结构进行可靠性分析时，须首先找出或定义进行分析的极限状态，确定系统或构件的失效模式，根据实际结构的极限荷载和临界强度，建立赋予概率意义的功能函数，求出相应的失效概率及可靠度指标。
4 专家系统评价方法
所谓桥梁评价专家系统，就是利用计算机模拟有经验专家的决策机理，对既有桥梁进行综合评价的方法。既有桥梁的评价中，影响评价的因素众多，因素之间相互影响、关系复杂。另一方面，评价结果与评价者的工程经验有着密切的联系，这也使得评价中包含了许多不定因素。对如此复杂的评价问题，难以甚至不可能建立一套完善的数学模型进行精确定量的描述，只适合于采用具有人工智能技术的专家系统加以处理。
桥梁评价专家系统的开发实质上是建立系统模糊推理的过程。根据桥梁专家的经验和知识确定初始模糊推理规则和隶属函数，使专家系统具有知识处理、表达、利用和推理的能力，这种能力尤为适用于对复杂问题的模糊处理。国内外专家学者通过收集整理桥梁评价专家知识并进行深入细致的研究，运用模糊数学原理，模糊神经网络原理等分别建立了桥梁专家评价体系。
专家评价系统能在缺乏专家的情况下提供咨询。但也应该指出，目前专家系统给出的结论对评价决策的影响往往是辅助性的。该方法的主要问题是对桥梁评价领域专家大量知识有效、客观的采集及数学模型的建立，把专家提供的学习实例或信息转换成能被学习系统理解并应用的形式存储在系统中，建立专家系统能使其具有较好的学习和自学习能力，直到系统形成强大的知识数据库，足以较好地理解各种损伤信息，分析其间联系并做出正确有效的推理，以达到能较为快速、有效的模仿实际专家评价桥梁。
5 桥梁评价方法现况小结
从上文对既有桥梁缺损状态各种评价方法的研究现况之总结和评述可以看出，每种评价方法都有其不可取代的优点，同时也存在着实际运用中需要进一步研究的问题。目前各种评价方法均有必要借助系统的试验研究和数据统计，通过理论和深层次的知识分析，确定出各种评价方法更为详细的评价指标和等级划分标准，以减少评价人员主观因素在评价过程中的影响。
同时几种评价方法之间也是密切联系的。桥梁结构的检测及初步评价是进行理论分析及荷载试验的前提基础。理论分析评价的过程中需要通过实测数据对所运用的公式﹑参数加以修正，使其更好的接近实际的桥梁状况。荷载试验评价也须基于检测结果的初步评价上，并以理论分析为指导。只有不断的总结实际桥梁及实验室试验的评价结果，作为专家系统学习的知识基础，直到系统形成强大的知识数据库，足以较好地理解各种损伤信息，分析其间联系并做出正确有效的推理，才能真正称作为"专家"，进而应用于各类桥梁工程评价中。
因而目前对既有桥梁缺损状态评价时，宜根据桥梁的实际结构和运营环境，以充分利用已取得的科研成果为原则，针对不同的构件并考虑其损伤程度，采用不同的评价方法，再综合起来对整个桥梁结构的缺损状况进行评价。
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