4.2.5　剩余承载力评定

多年来，国内外学者在既有桥梁承载力评估技术研究中已经提出了许多桥梁评定方法，这些方法也已经在既有桥梁承载力评估中发挥了重大作用。同时，各个国家根据自身的实际情况，都提出了各自的旧桥的评估方法或准则，用于指导既有桥梁承载力的评估。目前国内外用于既有桥梁承载力评估的常用方法主要有外观调查法、分析计算法、荷载试验法、可靠度分析法、专家系统法等。

除了以上的这些常规方法外，国内外研究人员还进行了很多新方法的研究、探讨与实践。兰海、史家钩引用灰色关联分析和变权综合的概念，提出了量化并确定评价指标体系和其他层次指标体系的综合方法，表明灰色关联度概念和变权综合方法可较好地应用于大型桥梁结构的状态评估等。郭国会进行了钢桁梁桥损伤的神经网络识别，将固有频率和振型参数作为网络的输入，用单元损伤的对应数据训练神经网络，运用Kohonen网络建立了桥梁结构损伤的监测模型。刘建民等利用BP网络的高精度模拟特性，以评价指标的评分值作为输入建立了一级系统的神经网络评估模型，然后再以各级系统的损伤评估值作为输入建立了桥梁损伤综合评估模型，从而得出桥梁损伤的评估结果，并根据给定的标准确定桥梁的损伤等级。

20世纪80年代，美国联邦公路研究组织主持开展了“既有桥梁的承载能力评定”研究课题，美国联邦公路局（FH WA）主办了题为“增大桥梁的承载能力来延长其使用寿命”的研究课题。美国ACI规范专门讨论了“既有结构物的强度评定”，并规定：若对结构物或结构的安全产生怀疑，可以考虑用计算方法或荷载试验，或者两者并用的方法进行结构物的强度评定。美国桥梁检定的方法可分为工作应力检定（WSR）和荷载系数检定（LFR）两种。AASHTO在1978年颁布的《桥梁维修监理手册》中容许应力标准是在类似于设计上所使用的容许应力标准的基础上给出了WSR的定义。LFR法是由AASHTO提出并制定成规范的，它根据结构的极限强度和适用性针对强度极限状态和可使用极限状态给出相应的极限荷载。美国《高速公路桥梁状态评估手册》（AASHTO2003）规定荷载实验包括诊断实验和验证实验。诊断实验用于了解桥梁现状及受力状态等。验证实验用于桥梁处于线弹性状态的最大承载能力。随着现代电子技术和有限元结构分析水平的提高，桥梁结构的测试方法已从单一手工应变仪测试方法向微处理器控制的数据采集方法过渡，把分析模型和现场数据结合在一起的综合测试方法。BDI结构测试系统就是以这种综合的结构评估方法为基础开发的一种准静态、低频率测试系统，其为结构的耐久性评估方法及检测技术提供了一种集成化的方法。准静态荷载试验通过测量车辆作用下影响线，将其与理论计算得到的影响线相比较，通过调整桥梁模型参数使理论计算影响线和实测影响线相符合。该方法起初用来判断桥梁结构是否有损伤。在美国，该系统已经成功地测试了150座不同结构类型的桥梁，其中包括托莱多钢桥、堪萨斯大桥的测试和鉴定等。但是该方法目前仍存在试验准备阶段长，模型校准困难，所发现的结构损伤难以被有效检验等问题。

在我国，桥梁结构性能评估基于外观的基本调查法一般参考《城市桥梁养护技术规范》（CJJ99—2003）、《公路桥涵养护规范》（JTG 5120—2021）、《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/T H21—2011），基于设计规范的检算评定方法和基于荷载试验的评估方法一般参考《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG J21—2011）。在这些常规评定方法基础上，国内研究人员还进行了很多新的探索与实践。长安大学贺拴海、郭琦、宋一凡等根据板梁模型在不同荷载等级作用下室内静、动力试验成果，结合结构动力学理论，建立了RC板梁静动刚度比与频率比的回归关系式，提出了名义配筋率的概念，给出三种控制弯矩的计算公式，同时以名义配筋率的函数形式建立用于RC梁健康状况的量化评定方法。清华大学梅刚、林道锦、秦权等采用三维实体单元对4座旧桥现状车载（大于设计车载的2.5倍）作用下的受力状况进行有限元分析，对其承载力进行评定，用随机有限元计算旧桥在现状车载作用下的剩余可靠度。周建庭、郝义等于2006年对理论影响线与实际影响线之间存在的偏差进行了研究，以梁式桥为对象，推导出实测桥梁影响线的递推迭代公式。本书进一步结合实桥，应用实测影响线递推迭代法来评定桥梁实际承载力。可靠性检验表明，该技术具有可靠、直观、经济等特点。苏交科集团张宇峰团队提出了基于准静态快速荷载试验的桥梁状态快速试验评定方法，与传统荷载试验进行的十余座桥梁的比对试验表明，其与传统荷载结果偏差小于8%，但尚未形成成套自动化测试装备，虽已将试验时间从传统方法的8h以上缩短到了0.5h以内，但试验准备仍然烦琐，且试验精度尚有进一步提高的空间。东南大学张建教授团队开发了基于冲击振动的桥梁快速测试系列理论及其软硬件一体化系统，其核心思想是开发方便快捷的移动式激振装置进行桥梁冲击振动快速测试，基于输入输出数据能够得出结构频响幅值的独特优势（环境振动无法做到），通过理论创新实现结构深层次动力特征识别。

综上所述，虽然荷载试验方法被公认为是比较可靠的评定桥梁结构承载力和运行状况的方法，也被普遍采用，但是由于荷载试验方法自身存在费时、费力、成本较高和较长时间中断交通等缺点。随着我国交通基建行业大发展，既有桥梁不断增多，这一缺点将变得更加严重。为解决静载试验方法存在的缺点，有必要寻求一种快速、简便的方法对桥梁进行承载力评定。因此，探索在检算法和荷载试验法中寻找一种比检算法的主观性小、准确性高，而又相比于荷载试验法对正常交通的影响小、费用低，从而可在一定程度上替代荷载试验法的中间方法已是当务之急。