在役橋梁評價方法-長安大學課件

在役橋梁檢測評價2/10/20231國內舊橋檢測與加固的專門機構交通運輸部：舊橋檢測與加固技術交通行業(yè)重點實驗室（西安）任務：檢測新技術、加固新技術、工程實踐、行業(yè)引領2/10/20232五類檢測需求六類檢測方法七類評價方法2/10/202331、正常管養(yǎng)需求公路橋梁養(yǎng)護規(guī)范（JTGH11—2004）部分條款1.0.4預防為主，防治結合3.1.1經常檢查、定期檢查、特殊檢查3.2.1經常檢查一般每月不得少于一次3.3.1定期檢查周期最長不得超過3年2/10/202352、耐久性評價需求結構只有具有足夠的耐久性能使用壽命才有保證使用年限材料老化銹蝕開裂疲勞結構性能退化…2/10/202363、耐荷能力（承載能力）評價需求結構只有具有承受各種荷載的能力才能保證使用期內的安全2/10/202375、抗震能力評價需求結構只有具有足夠的抗震能力才能保證小震不壞、中震可修、大震不倒2/10/20239在役橋梁結構安全對策六類檢測方法2/10/2023101、目測法以目測為主，常用儀器配合巡查、敲擊、尺量…開裂、剝落、老化、生銹、沖刷等，正常管養(yǎng)多以此法為主2/10/202311強度—回彈法、取芯法現場回彈檢測試件回彈試驗現場取芯芯樣試件試件抗壓強度試驗2/10/202313混凝土均勻性、密實性—超聲波檢測

超聲波檢測橋名試件聲速（km/s）最大損傷厚度（mm）（1）K4056+410339319.28（2）K4056+74334574.97（3）K4069+8593436.523.61（4）K4070+422328322.66（5）K4071+560351132.87（6）K4071+81535926.14鋼筋保護層厚度鋼筋保護層厚度檢測儀2/10/2023143、探測法針對隱蔽部件所實施的檢測方法抗泥石流檢測、動力性能檢測等動應變時程曲線300KN車以10km/h通過：1+μ=1.1811300KN+200KN通過：1+μ=1.1475300KN+200KN通過：1+μ=1.285300KN+200KN通過：1+μ=1.1919

頻譜圖2/10/2023155、實時監(jiān)測法橋梁結構健康監(jiān)測及時掌握、全面評估特大橋、特別重要橋梁需求---監(jiān)測、評估、評級、管理2/10/2023176、荷載試驗法針對承載能力（橋梁或某一部件）的檢測測試：應變、撓度、裂縫開展、振型、沖擊系數、自振頻率…….靜力分析動力分析加載位置測試斷面動力性能拱肋橫向分布影響線2/10/202318加載效率：η=Sstat/(S×δ)1.05≥η≥0.8工況1：縱橋向按橋面板跨中截面（Ⅰ—Ⅰ）彎矩和撓度的最不利位置布載，橫橋向為中載工況2：縱橋向按橋面板跨中截面（Ⅰ—Ⅰ）彎矩和撓度的最不利位置布載，橫橋向為偏載工況3：縱橋向按拱肋L/4截面（Ⅱ-Ⅱ）彎矩和撓度的最不利位置布載，橫橋向為中載……..測點布置2/10/202319檢測注意事項1、一種病害的兩種有效方法檢測結果不能相互否定，結果不一致時，應分析原因確定取舍2、荷載試驗時，加載效率盡量大一些，必須進行預加載試驗，必須量測結構理論固定點的變位，如支點的變位、墩臺壓縮量等3、選擇適宜的檢測條件4、專業(yè)機構2/10/202321在役橋梁結構安全對策七種評價方法2/10/2023221、打分排序法方法：技術人員檢查--定性或定量評分分類--計算評分—排序分級使用國家：中國、英國、美國、奧地利、丹麥、挪威等優(yōu)點：易掌握缺點：主觀性強2/10/202323

中國（打分法）--養(yǎng)護規(guī)范的擴展橋梁使用功能評定值（0-100）橋梁所在道路行政等級、交通量、繞行距離影響系數層次結構中結構缺損狀況下最低層元素的評定值荷載標準足夠性評定值橋面收縮狀況足夠性評定值新的養(yǎng)護規(guī)范法2/10/202325橋梁養(yǎng)護管理綜合系統(tǒng)

2/10/202326美國-分級法

美國聯邦公路局（FHWA）于1988年2月在的FHWA-ED-89-044中將橋梁部件分為10級（0—9），具體為：9．優(yōu)越狀態(tài)——較目前所希望的數據優(yōu)越8．甚好狀態(tài)——未發(fā)現問題7．良好狀態(tài)——一些小問題6．滿意狀態(tài)——與目前的最低檢測相同5．尚好狀態(tài)——比保持現狀的最低容忍忽限度的狀態(tài)略好4．不良狀態(tài)——與保持現狀的最低容忍限度相符3．嚴重狀態(tài)——基本上不能容忍，要求優(yōu)先采取糾正措施2．臨界狀態(tài)——基本上不能容忍，要求優(yōu)先更換1．急迫的破壞狀態(tài)——定格規(guī)則中，不用本值0．破壞狀態(tài)——不能使用、無法修復、橋梁關閉以Sufficiency評價橋梁可供使用的程度。100%滿足要求，0%完全不能滿足要求2/10/202329奧地利—分級法橋梁結構狀況等級

病害類型32種病害值域為1到5

病害范圍值域為0到10

病害嚴重程度值域為0到10

構件重要性值域為0到10

病害等級定義狀況等級S1無或輕微的損壞0-32少量損壞2-83中等到嚴重的損壞6-134嚴重損壞10-255非常嚴重的損壞20-706非常嚴重或破壞〉502/10/202330丹麥—分級法

橋梁結構構件狀況等級劃分類別說明0無病害或輕微病害1小病害除非例行維護否則無須維修2一般病害，僅需簡單維修。構件仍如最初設計一樣工作良好3重要病害，需要很快維修4嚴重病害，需要立刻維修5完全損壞，構件完全破壞或即將破壞狀況等級等于3或大于3時，采取維修措施

2/10/202331挪威--分級法病害等級代碼說明1輕微的病害，無須采取措施2少量的病害，需在未來4-10年內采取措施3嚴重的病害，需在未來1-3年內采取措施4臨界病害，需立刻采取措施或最遲在半年內采取措施9未檢查代碼說明B威脅到承載力的病害T威脅到交通安全性的病害V會導致維護成本增加的病害M會影響環(huán)境（大氣）的病害病害損害代碼以等級代碼和損傷代碼組合表示病害的嚴重程度，如3B指嚴重的病害，1-3年內不采取措施會縮減橋梁的承載力2/10/202332耐震能力評價—打分法分為穩(wěn)定破壞、落橋破壞、強度及韌性破壞分別打分，綜合獲得整體分數，判定橋梁耐震能力是否足夠

公路橋梁安全初步評價表（耐震能力）－穩(wěn)定性評價項目配分評價內容及權重（括號內的數字）危險度評分液化潛能30□高（1.0）□中（0.5）□低（0.25）□無（0）基礎裸露深度與容許沖刷深度比值30

裸露深度/容許深度橋臺及橋墩的基礎形式30□淺基礎（1.0）□深基礎（0）其他影響穩(wěn)定性的異?，F象10橋柱垂直度異常等分數總計總分越高，表示橋梁耐震能力越強2/10/202333耐洪、泥石流能力評價—打分法項目配分權重選擇權重（0-1）加權得分10.60.30泥石流發(fā)生歷史8未曾發(fā)生曾經發(fā)生河床堆積礫石最大礫徑D/m(長軸)9D＝≥0；（最大1）河川整治工程6上游及橋旁有整治工程上游有整治工程橋梁處有整治工程未設整治工程整治成效與防護成效12設施完善功能正常防護設施老舊防護設施功能失效無防護設施是否有橋墩12無橋墩有橋墩橋梁跨徑S/m12S＝≥0；（最大1）

橋梁凈空H/m16H＝≥0；（最大1）橋梁斜曲角度α（°）8α＝≥0；（最大1）橋梁附近坡度θ（°）9θ＝1-；（最大1）直接基礎覆土深度L’/m8L’＝≥0；（最大1）樁基礎裸露深度L/mL＝≥0；（最大1）加權總分：總分越高，橋梁耐泥石流能力越強2/10/2023342、分析檢算法

方法：以折減承載力進行強度驗算或以評估系數判定使用國家：中國、美國、英國、加拿大優(yōu)點：簡單缺點：折減系數較難把握2/10/202335中國--檢算法舊橋檢算（折算）系數經過荷載試驗的舊橋檢算系數與校驗系數的關系η值0.4及以下0.50.60.70.80.91.0Z2值1.20～1.301.15～1.251.10～1.201.05～1.151.00～1.100.97～1.070.95～1.0590鑒定方法：2/10/20233611方法承載力評定方法與體系

磚石及RC橋RC及PC橋2/10/202337活荷載加成系數依交通量1.3-1.8美國—評估系數法AASHTO1989頒布的橋梁耐和評估準則評估系數強度折減系數0.55-0.95靜荷載加成系數1.2沖擊系數RF≥1能承受所評估的活荷載或2/10/202338英國—折減法承載能力評定值缺陷估計狀態(tài)系數

實測材料強度和截面特性計算承載能力

要求≥作用2/10/202339加拿大–折減法——惡化系數——承載能力折減系數——結構承載能力——永久荷載——永久荷載變異系數——沖擊系數——表示橋上同時存在一輛以上車輛的可能性指數——最大容許活載——活載變異系數要求左端至少有1.25的總安全度

2/10/202340靜力有限元分析評價完好橋梁在外荷載作用下平衡方程橋梁損傷以后結構剛度矩陣發(fā)生變化，成為

式中：——結構損傷后的剛度矩陣——結構剛度的損傷矩陣記為與損傷后結構相應的位移列陣，當前結構的平衡方程為可得到荷載作用下的位移可以實測，由上式可解出增量矩陣，可判斷結構的損傷2/10/202341動力有限元分析評價橋梁在外荷載作用下動力平衡方程

、、——結構的質量、阻尼、剛度矩陣、、——加速度、速度、動位移矩陣為簡化，令，得到特征值問題

其中：得到若已知，有同樣φ可以測量，可解出?？膳袛嘟Y構的損傷

2/10/2023423、荷載試驗法

方法：加載-測試（檢測）；數據分析-評價使用：世界各國；優(yōu)點：直接；缺點：成本高，風險大四階振型（2.5Hz）

應變計算值和實測值對比

加載工況項目肋號上游←——————————→下游1234567①-B相對殘余變形%2.773.054.091.901.862.381.77①-C相對殘余變形%2.234.785.133.013.384.321.02撓度相對殘余變形值加載工況項目肋號上游←——————————→1234567①-Af1.9662.3572.2291.7071.3101.0890.854m0.1710.2050.1940.1480.1140.0950.074ξ0.7920.8470.8950.7830.7650.7890.793①-Bf3.4764.3254.5944.0.4434.4153.9543.245m0.1300.1620.1710.1660.1490.1270.095ξ0.8130.8260.8340.8450.8470.8360.828①-Cf3.0243.9544.3554.4684.0053.3982.547m0.1110.1440.1590.1630.1610.1440.118ξ0.8540.8410.378700.8860.8180.820說明1．表中f表示撓度以mm計；2.m表示橫向分布系數；3.ξ表示撓度校驗系數。撓度校驗系數2/10/202343常見橋梁校驗系數橋梁類型應變（應力）效驗系數撓度效驗系數鋼筋混凝土板橋0.20-0.400.20-0.50鋼筋混凝土梁橋0.40-0.800.50-0.90預應力混凝土橋0.60-0.900.70-1.00圬工拱橋0.70-1.000.80-1.001、校驗系數計算應使用測點實測值與對應的理論值，不應外推或內插2、理論計算應按規(guī)范原理進行，非線性分析或仿真分析可作為對結構承載力的進一步判斷使用3、數據整理時，應按數理統(tǒng)計方法剔除異常數據強度—應變校驗系數、結構承載能力、安全儲備剛度--撓度校驗系數、位移、結構整體工作性能動力性能—抗沖擊性能、基頻、動剛度、結構整體性抗裂性--裂縫2/10/2023444、專家系統(tǒng)法方法：以專家意見調查權重（特爾斐法）及其關系---用計算機模擬專家的知識、經驗水平和決策機理，對損傷橋梁進行綜合評價應用：研究階段，僅為模糊評價法提供依據優(yōu)點：快捷缺點：人為因素大，系統(tǒng)建立難度高2/10/202345系統(tǒng)結構

數據流圖

功能模塊

專家系統(tǒng)法專家判定值與專家人頻關系

2/10/2023465、可靠度法方法：考慮材料退化，計算結構可靠度指標，與最低指標對比評定應用：工民建成熟，橋梁初步應用優(yōu)點：可信度高缺點：復雜結構難度大，最低可靠度指標難確定2/10/202347可靠度法功能函數

橋梁構件抗力概率模型

混凝土碳化模型混凝土強度平均值的經時模型橋梁結構尺寸及損傷檢測結構有限元模型恒載效應概率模型活載效應概率模型控制截面計算評估基準期建立極限狀態(tài)方程構件可靠指標計算最低可靠指標構件可靠性評估已有資料收集抗力概率模型交通狀況調查環(huán)境參數檢測活載影響修正系數評估流程2/10/202348可靠度評估壽命預測可靠度法實例抗彎可靠度2/10/2023496、模糊評價法方法：考慮各因素內部關系的錯綜復雜性、模糊性及層次關系，建立模糊綜合評判的數學模型，以不同的算法給出所需的目標評判結果適用：原則上可用于任何結構優(yōu)點：手段科學，方法先進缺點：一般技術人員較難掌握層次分析法（AHP）模糊綜合法神經網絡法灰色理論法2/10/202350層次分析法（AHP）

按結構組成的支配關系將復雜橋梁結構表示為有序的遞階層次結構，通過兩兩比較確定層次中因素的相對重要性，綜合人的判斷以決定因素相對重要性順序，統(tǒng)一處理決策中的定性與定量因素進行評價，分為常權和變權模式

橋梁評價用常權模式2/10/202351層次分析法（AHP）

梁橋評價模型中承式鋼管拱橋評價模型及權重

層次層次2/10/202352模糊綜合法將安全與不安全、穩(wěn)定與不穩(wěn)定、健康與不健康等不確定性現象及結構量變到質變連續(xù)過程用模糊數學來定量表示，讓每個因素(指標)都對評價都有所貢獻，因素依照權重進行分配，因素間的關聯程度以隸屬度表示，分析其綜合結果權重：專家調查法、九度法、不確定層次法、特征根法隸屬度：專家確定法、多相模糊專家統(tǒng)計法

評價：隸屬度歸一化法、非對稱貼近度法2/10/202353評價模型

模糊綜合法

2/10/202354神經網絡法

將許多簡單的、高度互連的因素(人工神經元)構成運算處理系統(tǒng)，將外部輸入作出動態(tài)響應的形式處理信息。使大量神經元相互連接在一起，形成高度非線性的大規(guī)模連續(xù)時間動力系統(tǒng)，采用類似于“黑箱”的方法，通過學習和記憶找出輸入、輸出變量之間的非線性關系，依據網絡知識進行推理，得到合理結果方法：BP神經網絡(Backpropagation)、模糊神經網絡網絡轉換函數采用S型邏輯非線性函數，

，

2/10/202355評價模糊神經網絡結構評價指標樣本12345678承載力主拱圈0.9550.8730.8210.8550.7650.8020.8040.793吊桿0.7000.6540.7200.6300.6810.6200.7400.730主梁1.0320.9901.0000.9501.0800.9701.1000.940承臺基礎良良良良良良良良評價指標值實橋檢測隨機樣本

神經網絡法

2/10/202356灰色理論法

對于橋梁評價中的多種因素共同作用，運用灰色關聯分析的量化模型，通過參考序列與比較序列各點之間的距離分析來確定確定其關聯系數和關聯度，找出各因子之間的影響關系及影響主要因子，兩者相對變化基本一致，認為關聯度大，反之關聯度小，確定評價結果

方法：灰色關聯分析法、灰色變權聚類分析法

檢測數據序列

關聯系數計算式

2/10/202357灰色理論法斜拉橋評價模型2/10/2023587、動力評價法方法：任何結構都是由剛度、質量、阻尼構成力學系統(tǒng)，結構一旦出現破損，結構參數也隨之變化，從而導致系統(tǒng)的頻響函數和模態(tài)參數的改變。將動力試驗與有限元分析建模結合起來進行評價應用：任何結構優(yōu)點：可確定損傷位置缺點：評估困難較大2/10/202359預設結構破損方案診斷法發(fā)生破損后的任意兩階頻率改變量之比僅是破損位置的函數，而與破損大小無關：假設一組可能的結構破損方案計算每個假設方案所對應的值計算試驗測量的值將與進行比較，則所對應的破損方案即為結構的實際破損狀態(tài)2/10/202360模態(tài)置信度判據法（MAC）未發(fā)生破損發(fā)生破損未破損結構測量模態(tài)破損結構后測量模態(tài)模態(tài)個數2/10/202361振型曲率法CMS顯著大者則損傷2/10/202362振型變化量法RD較大者發(fā)生損傷2/10/202363動力分解法依據：混凝土結構的基頻與外荷載的關系適用：RC簡支梁參數：裂縫和結構基頻ACI規(guī)范，AASHTO規(guī)范、04橋規(guī)、加拿大建筑規(guī)范采用基頻與荷載裂縫參數2/10/202364動力分解法裂縫特征參數與截面特征參數的關系抗壓區(qū)高度

截面轉角

回歸系數x的計算值與預測值

2/10/202365動力分解法靜剛度的初步預測平均剛度

單梁剛度變化比較

模型橋各梁的剛度變化

2/10/202366動力分解法多梁式橋動力分解法實橋基頻2/10/202367動力分解法試驗橋剛度預測圖2/10/202368動力分解法實橋評估系統(tǒng)流程框圖待評估橋梁統(tǒng)計裂縫參數Pu或ku配筋率μnom

橫向分布分析

動力試驗Mf、Mδ、Mμ實測自振基頻結束動力分解法真實動剛度EIdj靜剛度EIsj有限元建模單梁剛度比值2/10/202369動力分解法部分實橋評估

橋名梁號動力分解法荷載試驗校驗系數UnomMu(kN-m)Mδ(kN-m)Mf(kN-m)結論工況

撓度應變T梁橋-11#梁0.03243649.3163844.112084.42

Y工況一0.3670.1933#梁0.04504941.3995288.952775.71

Y工況二0.4030.343T梁橋-21#梁0.03272687.3442749.751614.18

Y工況一0.2990.3413#梁0.04783940.1724097.062269.09

Y工況二0.5040.490T梁橋-31#梁0.02362672.6512793.421557.65

N工況一0.8400.8023#梁0.03493911.8064145.832211.31

Y工況二0.6020.617T梁橋-41#梁0.03812665.5512926.011159.28

Y工況二0.6650.6273#梁0.04693822.4104232.601618.93

Y工況三0.7170.7702/10/202370評價實例---五跨16m砼空心板橋1、打分排序法評價

序號部件名稱

權重

評定結果

Ri*Wi/5

1錐坡、護坡130.62橋臺及基礎23313.83橋墩及基礎24314.44地基沖刷823.25支座321.26上部主要構件24419.27上部一般構件5338橋面鋪裝140.89橋與路連接321.210伸縮縫321.211人行道110.212排水設施120.413翼墻、耳墻120.4

39.6部位評價等級總體評價四類砼上部結構四類鋪裝﹑伸縮四類人行道、欄桿二類墩臺與基礎二類翼墻三類2/10/2023712、試驗荷載法評價中載、偏載兩種方式加載，五個靜載工況、三個動載工況跨中截面撓度及應變校驗系數個別測點在校驗系數常值范圍內，其余均超出結構前四階自振頻率實測值均小于計算值實測沖擊系數1+μ=1.2273大于計算值1.1491整體工作性能較差，安全性不足2/10/2023723、分析檢算法—承載力檢算評價承載能力檢算系數＝0.93承載能力惡化系數＝0.11截面折減系數＝0.89＝0.80活載影響修正系數＝1.02

抗力710kN·m小于作用953kN·m

2/10/2023734、評估系數法評價＝0.41R.F.值安全性等級0.1-0.2五級（危險）0.2-0.4四級（差）0.4-0.6三級（較差）0.6-0.8二級（較好）0.8-1.0一級（良好）2/10/2023745、模糊評價法評價

AHP建立評價模型多級模糊綜合評價

受力裂縫等級評價

2/10/202375因素兩兩判斷矩陣D8E5E6D7E3E4E511E311E611E411D10E7E8AB1B2E711B111/3E811B231B1C1C2C1D1D2C111D115C211D21/51C2D3D4D5D6D31333D41/3111D51/3111D61/3111外觀檢測評價分Y1=44.6分承載力評價分Y2=52.1分評價總分A=50.2分

2/10/202376相關研究簡介2/10/2023772001～2010年橋梁檢測評價研究項目一覽

序號項目類別及名稱實施年限1檢測技術與儀器設備（1）橋梁無線檢測技術的研制與開發(fā)2004-2007（2）橋梁振動測試技術及其在檢測中的應用2004.7-2007.6（3）稀土換能器及系統(tǒng)集成的橋梁無損檢測技術開發(fā)研究2004-2006（4）既有橋梁結構測試數據采集優(yōu)化、識別及安全評價技術研究2003.7-2005.12（5）大型鋼管混凝土拱橋光纖傳感無