## 前言
中华人民共和国行业标准
城市桥梁检测与评定技术规范
Technical code for test and evaluation of city bridges
CJJ/T 233-2015
批准部门:中华人民共和国住房和城乡建设部
施行日期:2016年5月1日
中华人民共和国住房和城乡建设部公告
第918号
住房城乡建设部关于发布行业标准《城市桥梁检测与评定技术规范》的公告
现批准《城市桥梁检测与评定技术规范》为行业标准,编号为CJJ/T 233-2015,自2016年5月1日起实施。
本规范由我部标准定额研究所组织中国建筑工业出版社出版发行。
中华人民共和国住房和城乡建设部
2015年9月22日
前言
根据住房和城乡建设部《关于印发<2010年工程建设标准规范制订、修订计划>的通知》(建标\[2010\]43号)的要求,规范编制组经广泛调查研究,认真总结实践经验,参考有关国际和国外先进标准,并在广泛征求意见的基础上,编制了本规范。
本规范的主要技术内容是:1.总则;2.术语和符号;3.基本规定;4.桥梁结构检测;5.桥梁结构检算;6.静力荷载试验;7.动力荷载试验。
本规范由住房和城乡建设部负责管理,由中国建筑科学研究院负责具体技术内容的解释。执行过程中如有意见或建议,请寄送中国建筑科学研究院(地址:北京市北三环东路30号,邮编:100013)。
本规范主编单位:中国建筑科学研究院
广东省建筑科学研究院
本规范参编单位:北京市市政工程设计研究总院有限公司
北京市市政工程研究院
同济大学
重庆交通大学
长安大学
江苏省建筑科学研究院有限公司
中铁第五勘察设计院集团有限公司
重庆市公路工程质量检测中心
重庆市市政设施管理局
广东省建设工程质量安全监督检测总站
北京市道路工程质量监督站
正太集团有限公司
本规范主要起草人:陈凡 徐天平 邸小坛 钟铭 徐骋 张彬彬 王海城 翟传明 杨国龙 李健 吴太成 秦大航 张恺 范良 刘勇 肖汝诚 向中富 贺拴海 顾瑞南 陈卓 陈伯奎 沈小俊 杨宏 李素华 张涛 钱艺柏 夏马喜
本规范主要审查人:马骉 韩振勇 陈祖勋 丁建平 安关峰 史家钧 陈宝春 王健 杨铁荣 张革军 杨昀
## 1总则
1 总 则
1.0.1 为使城市桥梁检测与评定做到安全适用、技术先进、数据可靠、评定准确,制定本规范。
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1.0.1 制订本规范的目的在于:为新建、改建、扩建以及既有的城市桥梁检测与评定工作提供统一的程序、准则和方法,保证检测与评定工作质量。
1.0.2 本规范适用于城市桥梁结构的安全性、适用性、耐久性的检测与评定。
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1.0.2 桥梁结构的检测与评定工作围绕着结构的安全性、适用性和耐久性三项要求开展,并分为检测与评定两大部分。桥梁结构的安全性、适用性评定常笼统地称为结构承载能力评定,它采用两种方式实现:一是根据桥梁实体检测判定值以及设计、施工、运营、管养等资料,通过结构计算分析(检算)给出评定结论,二是通过结构实体载荷试验进行评定;耐久性评定一般无须进行结构检算,而根据实体检测结果即能评定;另外,当只要求对结构构件的某项或某几项性能参数检测时,一般只需给出包括原始检测数据在内的检测判定值。
下面对本规范具体的适用范围和实施性要求说明如下:
1 本规范适用的具体范围与对象:
1)对既有城市桥梁结构进行检测、检算和荷载试验分析,正确评定既有城市桥梁的承载能力,为确定既有城市桥梁的使用条件或为桥梁的改建、扩建、加固等技术方案的制订提供可靠根据; 2)对新建、改建、扩建或加固的城市桥梁进行检算和荷载试验分析,正确评定新建、改建、扩建或加固的城市桥梁是否达到了设计的预期;
3)城市公铁两用桥、城市轻轨和地下通道的检测与评定未包含在本规范中。
2 本规范规定的桥梁结构检测与评定内容,是现行行业标准《城市桥梁养护技术规范》CJJ 99关于结构检测工作的延伸,对此具体解释如下:现行行业标准《城市桥梁养护技术规范》CJJ 99除详细规定了既有桥梁经常性检查和常规定期检测的方法和评定标准外,该规范还对定期检测的后续工作——特殊检测的启动条件、实施的基本内容进行了规定:
1)常规定期检测后,Ⅰ类养护的城市桥梁评定为不合格级,应立即安排修复;(Ⅱ~Ⅴ)类养护的城市桥梁判定为D级及以下,应对桥梁进行结构检测或特殊检测。
2)结构定期检测和特殊检测与评定应由相应检测资质的专业机构、人员承担。
3)特殊检测与评定应包括:实体检测评定结构缺损状况、利用结构计算分析评估整体性能和功能状况以及计算分析评估仍不能判明承载能力时应实施荷载试验评定等三方面内容。
本款第1)~3)项只规定了特殊检测应何时启动、特殊检测的基本内容和执行主体,没有针对检测评定所采用的方法和标准做出具体规定,本规范主要解决的就是这个问题。
另外,城市桥梁在竣工验收时应有一套完整的验收检测与评定资料,以检验验证桥梁是否达到预期的质量要求,并建立技术档案。现行行业标准《城市桥梁工程施工与质量验收规范》CJJ 2详细规定了桥梁施工和质量验收的检验标准,对改建、扩建和大修维护的城市桥梁检测与评定,当涉及工程质量检测的有关要求时,仍按施工验收规范执行。本规范中的桥梁检测与评定是在日常工程质量检验评定的基础上,应建设或管理方要求,由专业的检测鉴定机构,通过结构检算或验收性荷载试验,验证结构承载能力是否符合设计要求。
1.0.3 城市桥梁结构的承载能力,应根据桥梁结构实体的检测或试验结果,以及桥梁的设计、施工、运营状况进行评定。
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1.0.3 本条规定明确了城市桥梁结构评定的内容和基本原则。结构评定时,除应依据设计文件和施工竣工资料,更要依据结构实体的检测、试验以及施工建造、运营阶段所能提供的监测结果,这是桥梁结构评定所应遵循的基本原则,简言之,就是评定的依据应充分。
1.0.4 城市桥梁的检测与评定除应执行本规范外,尚应符合国家现行有关标准的规定。
## 2术语和符号
### 2.1术语
2 术语和符号
2.1 术 语
2.1.1 桥梁结构检测 test and measurement of bridge struc-ture
对桥梁结构进行的现场测试、试验、观测、检查与记录描述。当结构检测活动在桥梁建造或运营过程中的某时段持续进行时,该活动又称为监测。
2.1.2 桥梁结构检算 checking of bridge structure
依据桥梁的结构检测结果、使用荷载与环境变化,以及设计、施工、维修、改造和加固文件要求进行的结构性能计算。
2.1.3 桥梁荷载试验 load test of bridge
通过测试桥梁结构在外部荷载作用下的静动力响应,对桥梁结构的承载能力及力学特性分别进行评定和分析判断的活动。
2.1.4 桥梁结构承载能力评定 load-bearing capacity evalua-tion of bridge structure
通过结构检算或荷载试验,获得桥梁结构承载能力的量化指标并确认其是否满足标准或设计要求所进行的活动。
2.1.5 缺损 defect and damage
桥梁结构构件出现缺陷和损伤等病害的统称。缺陷是因施工不符合要求所引起,损伤是因除施工外的其他外部作用所造成。
2.1.6 荷载效率 load ratio
采用试验荷载与设计控制荷载,计算出两者在结构或构件控制截面产生的效应的比值。
2.1.7 校验系数 verification coefficient
试验荷载作用下实测应力(应变)或变形值与计算值之比。
2.1.8 结构变位 deformation and displacement of structure
结构出现变形、位移,以及结构组成构件出现转动、相对错位的统称。变形指结构或构件形状的改变,位移指结构位置的变化,结构组成构件的转动、相对错位由构件间的不均匀变形或位移所引起。
2.1.9 桥梁运营监测 operation monitoring of bridge
对使用中桥梁的外部作用源和结构响应进行监测,适时评估桥梁的运行状况或病害危害程度的活动。
2.1.10 永久性变位观测点 permanent monitoring point of de-formation and displacement
桥梁施工或运营期内为观测桥梁变位而设置的永久性观测点。
### 2.2符号
2.2 符 号
2.2.1 作用和作用效应
Kt——空载时温度上升1℃时测点测值变化量;
Sds——车辆停驶时,静态车辆荷载作用下测点的最大变位或应变值;
Sdyn、Sstat——在动力试验、静力试验的实际工况荷载作用下,控制截面的最大内力或变位计算值;
Se,c、Se,m——试验荷载作用下控制测点的弹性变位或应变计算值、实测值;
Sk——控制荷载作用下,控制截面的最不利内力或变位计算值;
Smax——车辆行驶时,动态车辆荷载作用下测点的最大变位或应变值(波峰值);
Smean——车辆行驶时,动态车辆荷载作用下测点的变位或应变算术平均值;
Smin——车辆行驶时,动态车辆荷载作用下测点的最小变位或应变值(同周期的波谷值);
Sp——试验荷载作用下控制测点的残余变位或残余应变实测值;
St——试验荷载作用下控制测点的总变位或总应变实测值;
S′p——测点的相对残余变位或相对残余应变;
Tc——采用作用的基本组合与偶然组合分别计算的索力值;
Td——成桥索力值;
Tm——实测索力值;
△S——温度修正后的测点加载测值变化;
△S′——温度修正前的测点加载测值变化;
△t——观测时间段内的温度变化;
ε 、ε′——修正后、修正前的应变值。
2.2.2 抗力及材料性能
fm——材料性能的实测值;
fd——拉索、吊索、系索的抗拉强度设计值。
2.2.3 几何参数
am——结构或结构构件几何参数的实测值;
Aj——计入损伤影响后索的实际面积。
2.2.4 计算系数及其他
fad——损伤、钢筋锈蚀、约束条件变异等对结构或构件所产生的不利影响附加值;
Ks——索力偏差率;
r——导线电阻;
R——应变计电阻;
ηd、ηs——动力、静力荷载试验效率;
ξ——结构变位或应变校验系数;
μ——设计冲击系数;
μdyn——动力放大系数。
## 3基本规定
3 基本规定
3.0.1 桥梁结构的检测与承载能力评定应包括下列内容:
1 结构检测;
2 结构检算;
3 当需确认结构的实际承载能力时,应进行鉴定性荷载试验;
4 当需验证结构承载能力符合设计或相关标准要求时,应进行验收性荷载试验。
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3.0.1 桥梁结构检测包括结构的缺损、变位、几何状态参数、材料力学与物理性能等测试工作,以及对测试数据进行符合性评价的内容;对结构的安全性、适用性、耐久性有明显不利影响或存在隐患尚未查明的构件,稳妥起见尚应进行详细检测。结构检测结果的真实、准确、完整显然与下列因素有关,同时也决定了后继工作——结构承载能力检算评定的可靠性。
1)检测技术水平;
2)是否充分掌握桥梁的设计、竣工验收运营以及管养等情况,使结构检测内容有的放矢,更具代表性;
3)检测构件或部位的数量。
3.0.2 新建、扩建、改建桥梁结构的验收检测内容,应符合现行行业标准《城市桥梁工程施工与质量验收规范》CJJ 2的规定。
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3.0.2 因为新建、改建和扩建桥梁的竣工验收应符合现行行业标准《城市桥梁工程施工与质量验收规范》CJJ 2的要求,因此结构检测工作的内容也应符合该标准的要求。
3.0.3 符合下列条件之一的既有桥梁应进行结构检测和结构检算:
1 符合现行行业标准《城市桥梁养护技术规范》CJJ 99有关开展结构定期检测和特殊检测的规定;
2 拟提高荷载等级;
3 需通过特殊、重型车辆;
4 遭受重大自然灾害或意外事件,可能对桥梁安全产生影响;
5 在墩台基础的应力影响范围内将进行穿越施工、基坑开挖或出现大面积超载;
6 结构安全受其他因素影响。
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3.0.3 本条是同时启动既有桥梁结构检测和结构检算的最低规定条件。在本条各款规定之外的情况也很常见,即根据委托方的要求进行独立的检测或检算,也可以是一个构件的一项内容的检测或检算。
本条第5款针对墩台附近发生穿越施工、基坑开挖和大面积超载等情况进行了规定,关注点是地基条件改变对墩台地基基础承载力的影响。除岩土工程条件不同外,即使出现上述情况的其他条件不变,地基承载力受影响程度也各异。国内已有部分省市,结合本地的实际情况和经验,制订了管理办法和地方技术标准。例如:
1)2005年《北京市城市道路管理办法》规定在城市桥梁外侧50m内,从事河道疏浚、挖沙、爆破和其他可能影响桥梁安全的作业单位,应当制定城市桥梁安全保护和监测措施;2008年北京市路政局下发的《地下工程穿越交通设施安全监管暂行办法》中要求:对穿越前的交通设施现状进行检测评估并评价穿越对交通设施的影响,对穿越后的交通设施状况进行检测评估并确定穿越对交通设施的影响程度;北京市地方标准《穿越既有交通基础设施工程技术要求》DB 11/T 716-2010将穿越工程影响范围划分为:既有交通设施30m范围为严格监控区,30m~50m为一般监控区。
2)2007年《上海市城市道路管理条例》规定的桥梁安全保护区域为桥梁垂直投影面两侧各10m至60m范围的水域或陆域;上海市地方标准《基坑工程施工监测规程》DG/TJ 08-2001-2006中规定:监控区宜大于3倍基坑开挖深度。
3)1997年《广州市市政设施管理条例》规定桥梁安全保护区域为桥梁上下游或周围各50m范围水域和规划红线内的陆域。
3.0.4 既有桥梁结构承载能力评定时,应根据承载能力极限状态和正常使用极限状态的要求,结合委托方的特殊要求及桥梁结构状况,选择下列内容进行结构检算:
1 结构或构件的极限承载力、稳定性和不适于继续承载的变形;
2 结构或构件的正常使用变形、混凝土构件开裂状况;
3 地基与基础的承载力、变形和稳定性;
4 结构抵抗偶然作用的抗倒塌能力。
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3.0.4 偶然作用包括泥石流、车船和漂浮物撞击等。按现行国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153,结构承载能力极限状态设计按不同设计状况采用三种作用组合:基本组合、偶然组合和地震组合,而在《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2004和《城市桥梁设计规范》CJJ 11-2011中,没有规定地震组合,地震作用包含在偶然组合中。不过,这种情况已在2015新版公路桥梁系列设计标准中发生了改变。
3.0.5 既有桥梁结构承载能力检算评定时,构件的几何尺寸、变位、材料强度、缺损程度宜以结构实体检测结果为依据。
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3.0.5 既有桥梁的评定主要关心其当前的基本性能如何,也希望知道未来一段时间的安全性。与新建桥梁的设计相比,既有桥梁结构的承载能力评定有以下三个明显特点:
第一,桥梁已使用至今,与新建时候的状态相比,在以下几方面可能发生了明显变化,如:结构的几何形态、材料的强度性能随着时间的推移而发生变化;结构表面和内部出现损伤,比如环境腐蚀或疲劳造成的损伤、车辆撞击或其他外力造成的损伤以及桥梁整体或者局部进行过加固。
第二,既有桥梁是一个被验证过了的结构,它已经历了部分或者全部初始设计时的预计荷载,并证明了结构具备了相当的承载能力。
第三,既有桥梁是一个具体化了的结构,除了桥梁本身已经具体出现在人们面前之外,其车辆荷载也是可测的。但也要注意到,由于结构损伤、边界条件的改变使得结构体系变得更加复杂和难以模拟,这就使得既有桥梁评定的不确定性主要来自于检测方法和分析手段,而非新桥设计时的服役期内的车辆荷载。
通常对桥梁结构承载能力评定的方法主要有:基于外观调查的方法、基于设计规范的方法、荷载试验、基于专家经验的方法和基于结构可靠度理论的方法。近年来,在世界范围内结构设计以及安全评定方面所取得的进步都是以结构可靠度理论为基础。美、英、加拿大等国家已先后颁布了基于结构可靠度理论和设计规范的桥梁评定标准或手册。我国也于1988年颁布了基于设计规范的桥梁承载能力鉴定方法,即《公路旧桥承载能力鉴定方法(试行)》;在对1988年版本试行方法修订的基础上,2011年颁布了《公路桥梁承载能力检测评定规程》JTG/T J21。下面对本规范与我国交通行业标准以及美国标准各自之间的异同点做以下说明:
1 我国交通行业标准《公路桥梁承载能力检测评定规程》JTG/T J21中的承载能力评定以新桥设计规范为基础。检算评定时,材料强度设计值及分项安全系数按现行标准规范取用。抗力中引入截面折减系数和承载力恶化系数分别表示结构劣化造成的截面折减和考虑结构在未来一段时间内继续劣化的可能,以此描述结构劣化造成的抗力损失;而抗力整体修正系数——承载能力检算系数Z1,则用来体现既有结构计算模型复杂引起的分析结果不确定性的影响。
2 美国国家公路运输协会(AASHTO)推荐规范采用计算评定系数对既有桥梁承载力进行评定。评定系数表示为结构活荷载承受能力与活荷载效应的比值,评定系数大于1,则表示结构承载力满足要求。评定系数的具体数值与结构评定的安全等级密切相关,评定系数等于1对应结构可靠指标β等于3.5的情况。与我国公路桥梁评定规范相比,美国的规范较为详细,主要体现在:
1)在表达形式上,我国公路标准通过比较荷载效应与承载力的大小来判定结构是否满足要求,而美国规范则采用计算评定系数。与我国公路标准相比,评定系数包含了更多的信息,对具有不同评定系数的桥梁,可以有针对性地制定合理的后续维护策略。
2)在恒载效应上,美国规范考虑得较为细致,将恒载划分为结构构件、铺装层和其他恒载(比如预应力)。不同恒载的概率分布情况不同,因而采用了不同的分项系数。
3)在结构承载力的评定上,美国规范尽量保持了与设计规范的一致,又有所差别。构件承载能力根据实际检测的钢筋混凝土强度和截面尺寸确定。在结构评定时,结构重要性系数不再考虑,对结构延性和冗余度的考虑体现在体系系数上,状态系数则体现了结构构件劣化的影响。在我国的公路桥梁评定标准中,分别用承载能力检算系数Z1和承载力恶化系数体现对不确定性增加和加速劣化的考虑,但其具体数值有待于在结构可靠性理论框架下系统的研究。
3 本规范制定时,需重点关注如下问题——不少城市桥梁作为城市中的生命线工程,交通繁忙,城市桥梁出现安全问题通常损失或影响很大。因此,对城市桥梁的检测方法和分析手段均提出了较高的要求。
对既有城市桥梁承载能力的评定,要求以设计规范为基础,并根据结构实体检测结果进行检算。结构检测涉及如下内容:
1)桥梁净跨径、计算跨径,结构各部分截面主要尺寸,桥面净宽,人行道宽,交通荷载调查;
2)钢筋混凝土的主筋布置、面积、含筋量;
3)结构材料,主要是钢筋和混凝土的力学性能;
4)结构或构件(部件)缺损状况及程度。
在既有桥梁承载能力评定时,采用的作用(荷载)组合不低于现行设计标准,计算模型的建立考虑实际损伤状况、约束条件,对桥梁能够达到的承载水平进行评定。
4 本规范与我国公路桥梁标准的承载能力评定方法相比,有以下异同点:
1)在荷载效应方面二者都保持了与设计规范的一致;
2)在抗力的计算方面均强调了结构检测的重要,本规范是将实际检测的结果直接代入计算模型中,公路桥梁标准则引入了承载能力检算系数和截面折减系数;
3)本规范承载能力评定针对的是桥梁当前的现状,未考虑劣化发展一段时间后的性能。
依据本规范,承载能力评定时的建模计算显然要复杂一些,尤其是当桥梁损伤较严重时。在桥梁损伤较轻或中等(相当于公路桥梁缺损状况评定标度小于或等于3)以下时,二者的计算难度相差不大;但是当结构损伤较严重或约束条件发生变化时,例如:混凝土桥梁存在大量裂缝或支座、伸缩缝等约束条件发生变化,将上述问题体现在结构分析模型中就较为复杂,但随着桥梁结构分析方法、计算技术的发展以及相关实践的不断充实,这些问题可以在一定程度上得到解决,而且考虑桥梁损伤并建模分析的方法是现在桥梁承载能力评定的发展方向。当然,这要求使用本规范的技术人员对具体桥梁结构有更明晰的了解,具有更高的结构分析能力及处理相关问题的实践经验。当结构构件缺损确实不易建模模拟或需对原设计模型修正时,可结合进一步的实体结构构件测试识别损伤,找出结构的危险截面,分别检算危险截面的抗力和荷载效应,确定结构的承载能力。
3.0.6 桥梁结构耐久性状况应根据下列结构实体检测结果进行评定:
1 对混凝土结构,应包括钢筋保护层厚度、混凝土碳化深度、混凝土中的氯离子含量、混凝土电阻率、表征钢筋锈蚀状况的半电池电位和混凝土裂缝宽度的检测;
2 对钢结构,应包括钢材表观锈蚀状况、涂层厚度及老化和构件疲劳损伤的检测;
3 对圬工结构,应包括冻融损伤、风化损伤和化学侵蚀的检测。
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3.0.6 混凝土裂缝有受力裂缝和非受力裂缝之分,另外大气侵蚀、生物侵蚀和溶蚀等也会引起混凝土损伤。
3.0.7 实施鉴定性荷载试验前,应分别对桥梁结构的实体进行检测,对结构的承载能力进行检算。
▼ 展开条文说明
3.0.7 结构检算和荷载试验属于桥梁结构承载能力评定的范畴。荷载试验根据承载能力评定目标的不同,又分为鉴定性荷载试验和验收性荷载试验两类。当对桥梁结构承载能力有疑问或需确认结构实际能够达到的承载水平时,采用的是鉴定性荷载试验。值得注意的是:是否开展鉴定性荷载试验,终归还要在结构实体检测的基础上,通过结构检算并根据其结果来确定。当需要验证结构承载能力是否符合设计或相关标准要求时,采用的是验收性荷载试验,此类试验通常是根据建设管理方或设计方的要求,在桥梁交(竣)工阶段实施。
采用荷载试验评定桥梁结构承载能力比结构检算更为可靠,但即便是验收性荷载试验,也离不开“检算”,如荷载试验方案阶段确定控制截面的最不利效应。
3.0.8 桥梁荷载试验内容应包括静力荷载试验和动力荷载试验。符合下列条件之一的桥梁应进行荷载试验:
1 结构检算的承载能力不满足要求,需结合荷载试验实测结构响应,综合评定结构的实际承载能力;
2 结构检算难以判定承载能力;
3 竣工验收要求进行荷载试验;
4 设计认为结构体系复杂应进行荷载试验。
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3.0.8 结构检算是既有桥梁结构承载能力评定的手段之一,最终目的是回答结构的适用性和安全性是否符合要求。本条第1、2款规定了结构检算后还要继续开展荷载试验所应符合的条件,分三种情况解释如下:
第一,结构检算能明确判定承载能力,可不启动荷载试验:在计算模型合理、依据充分、方法成熟可靠的条件下,若计算的作用效应小于或等于抗力效应,且满足变形、裂缝等设计或正常使用限值的要求,结构承载能力评定工作可告一段落;反之,可直接根据不符合要求的程度高低,提出维修加固、限载甚至停止运营的建议。
第二,具备结构建模正常分析计算条件,但结构检算的承载能力不满足要求,需借助荷载试验确定结构的实际承载能力。这一要求已为惯例,在《城市桥梁养护技术规范》CJJ 99和《公路桥梁承载能力检测评定规程》JTG/T J21中均得到了体现,因为实际结构毕竟与计算模型存在差异,荷载试验的实测结构响应将成为综合评定桥梁承载能力的重要佐证。应该注意,承载能力极限状态时,结构安全与失效的界限明确,荷载试验不可能达到或逼近此状态;正常使用极限状态时,结构能否正常使用的界限较为模糊,一般按工程经验确定。荷载试验的目的是鉴定当前结构的实际承载能力以及被核定的承载能力对应的试验荷载,如无特别说明,应为正常使用阶段的工作(标准)荷载。当此工作荷载大于原设计荷载时,抛开结构计算方法、模型等的不确定性不谈,单从材料的角度分析抗力提高的原因,有两种可能性:一是结构实体的材料强度大于原设计值;二是材料强度与原设计一致,相当于材料的安全储备被荷载试验挖潜了。显然,后者降低了结构可靠度,在设计荷载试验时应予避免,换言之,应尽量使结构实体检测的结果真实可靠,并具代表性。
第三,结构检算难以判定承载能力,也需借助荷载试验确定结构的实际承载能力,这里包括两种情形:一是由于结构退化或损伤严重,缺损程度或边界条件存在很大不确定性,导致建模分析困难甚至无法建模;二是不具备检算条件的桥梁,例如缺失设计、施工图纸资料且设计荷载等级不明的桥梁。但应注意:这两类桥梁往往仅凭荷载试验仍不足以判定其承载能力,还需结合结构检测和结构检算进行综合评定。
本条第4款中结构体系复杂的桥梁也包括习惯称谓的“特殊结构桥梁”。但特殊结构桥梁的真实含义应体现在它的结构体系方面,即有别于传统的桥梁结构形式(梁、拱、索结构体系及由这三种结构形成的常见组合体系),是力学规律与美学形式结合创造出的形式别样的桥梁结构。例如:V腿单肋系杆拱、多边形组合箱梁、变截面拱形桥塔等结构。
3.0.9 对结构承载能力、行人及交通安全有影响的桥梁附属结构与设施,宜按现行行业标准《城市桥梁养护技术规范》CJJ 99的规定进行检查评估。车行桥人行道栏杆的检测与评定,可按本规范有关人行天桥栏杆检测与评定的规定执行。
3.0.10 桥梁检测应制定检测方案,并应符合本规范附录A的规定。
3.0.11 桥梁现场检测应符合国家有关安全生产的规定。
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3.0.11 桥梁现场检测不仅技术含量高,而且安全风险也非常高。因此,健全的检测安全管理制度规章的建立,特别是这些制度规章的严格贯彻执行尤为重要。桥梁检测中,通常会涉及以下安全注意事项:
1 检测项目的负责人根据工程检测安全保障的要求,结合具体检测项目的实施特点和环境条件,对参与检测活动的人员进行安全交底,落实安全保证措施。
2 在进行检测时,检测区域需设置明显的标识和采取必要的隔离措施。与检测无关的人员未经许可,不得进入检测区域内。
3 需占用行车道进行检测时,要提前征得公安机关交通管理部门的许可,同时需设置安全的交通封闭标志。需占用行船航道进行检测时,要提前征得有关航道管理部门的许可,同时需设置安全的封航标志。
4 对在施桥梁的现场检测,需同时遵守施工工地的安全规定,并注意检测环境对人员和仪器设备的影响。
5 夜间作业,需要配备足够的照明和警示设备。
6 检测所用的电器、电缆要具有良好的绝缘效果,电动工具要有漏电保护开关,并严格按照安全用电规程作业。
7 高空作业需符合有关高空作业的安全规定。
8 大型检测设备在进行安装调试或检测时,需具有可靠的安全措施和保护装置,设备在进行检测时,检测区域应有明显的标识和隔离措施,确保仪器设备和检测人员的安全。
9 检测中重复加载使用的钢架、钢梁等设施在使用前需定期进行检查。
10 除遵守上述安全注意事项外,还要符合国家和行业有关现场施工安全管理的规定。
3.0.12 桥梁检测仪器设备应满足测量准确度、分辨力、量程及动态响应的性能要求,以及气候环境、机械环境和电磁环境的适应性要求。
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3.0.12 桥梁检测用仪器设备在野外环境下使用,特别在进行荷载试验时,测量时段相对较长,各类仪器(传感器)组成的测量系统相对复杂、庞大,合理选择仪器设备的气候、机械和电磁环境适应性指标对保证仪器设备的长时段稳定工作尤为重要,这就是大家熟知的仪器设备的防水(腐)密封、使用温度范围、抗振动冲击、防雷击、抗电磁干扰等性能要求。例如电阻应变式传感器受潮后会产生信号的严重漂移;某些无线发射传感器距手机很近时,其输出的信号会被严重干扰。
3.0.13 检测仪器设备应在检定或校准有效期内。检测仪器设备检定或校准时,宜按检测仪器设备的实际布设情况,将传感器、导线、信号适调仪组成的模拟测量系统进行整体检定或校准。检测前应对仪器设备检查调试;当检测辅助用仪器设备对现场检测的质量、安全有影响时,应对其功能进行检查。
## 4桥梁结构检测
### 4.1一般规定
4 桥梁结构检测
4.1 一般规定
4.1.1 下列桥梁结构检测内容宜结合桥梁实地调查情况以及现场检测实施的可行性综合确定:
1 结构几何参数;
2 结构线形与变位;
3 构件材料强度;
4 构件裂缝;
5 构件缺损及耐久性状况;
6 支座与伸缩装置状态;
7 索力;
8 结构自振频率;
9 其他应检测的内容。
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4.1.1 本条所列桥梁结构检测内容基本能涵盖目前常见桥型的检测,表1推荐的与各类桥型相适应的检测项目基本为桥梁检测界所认同。桥梁实地调查对合理选择检测项目乃至方法也很重要。通过实地调查,可直接观察桥梁外观缺损状况,判断病害成因,掌握管养或加固及当前运行情况,同时也为检测工作的现场实施方案制定提供依据。
表1 既有桥梁结构检测项目

连续梁桥 |
中跨最大正弯矩和中挠度;边跨最大正弯矩和挠度;支点最大负弯矩 |
支点最大剪力和沉降;L/4最大弯矩和挠度 |
悬臂梁桥 |
支点最大弯矩;悬臂端最大挠度;锚固端最大正弯矩和挠度 |
支点最大剪力;悬臂端支点最大剪力;挂梁跨中最大正弯矩和挠度 |
T形刚构 |
墩顶最大负弯矩;中跨和边跨最大正弯矩和挠度;锚固跨最大正弯矩和挠度 |
墩顶最大剪力;锚固端支点最大剪力;中跨和边跨四分点挠度 |
连续刚构 |
中跨的最大正弯矩和跨中挠度;墩顶最大弯矩;边跨最大弯矩和挠度 |
支点最大剪力;墩顶纵桥向水平位移;固结墩墩最大弯矩;中跨和边跨L/4挠度 |
刚架桥 |
跨中截面最大正弯矩和挠度;固结节点最大弯矩 |
柱脚最大剪力;固结节点挠度 |
无铰拱桥 |
拱顶最大正弯矩和挠度;拱脚最大正、负弯矩 |
L/4 最大正弯矩和最大负弯矩,需要时可增加 L/8、3L/8 最大正弯矩和最大负弯矩测试;L/4 最大正、负挠度绝对值之和;拱脚最大水平推力 |
斜拉桥 |
中跨和边跨最大正、负弯矩;中跨跨中和边跨最大正弯矩截面的挠度;主塔塔顶最大纵桥向水平位移;斜拉索最大拉力 |
中跨和边跨L/4挠度;主梁最大纵向漂移 |
悬索桥 |
中跨和边跨最大正弯矩;中跨跨中和边跨最大正弯矩截面的挠度;主塔塔顶最大纵桥向水平位移;主塔塔身最大弯矩;主缆最大拉力 |
中跨和边跨L/4挠度;主梁最大纵向漂移;吊索(杆)拉力 |
6.2.4 静力荷载试验的控制荷载选用,应符合下列规定:
1 鉴定性荷载试验的控制荷载应按原设计荷载或目标荷载选用;对结构检测和检算后认定承载能力不足的桥梁,可降低控制荷载等级。
2 常规桥梁验收性荷载试验的控制荷载应采用现行行业标准《城市桥梁设计规范》CJJ 11规定的汽车和人群荷载标准值;当设计另有规定时,应从其规定。
3 特大桥或结构体系复杂桥梁的验收性荷载试验,其控制荷载宜通过内力或变位计算值与设计值核验后确定。
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6.2.4 常规桥梁的控制荷载一般按设计标准确定,分别计算各种荷载对结构控制截面所产生的最不利效应值,取其中最不利效应值作为控制值。控制荷载的确定,应保证当作用于结构某一控制截面的效应值达到荷载试验效率要求时,其他控制截面的效应值不超过设计的最不利效应值。桥梁荷载试验往往以设计采用的标准活载(汽车+人群)为控制(不考虑荷载分项系数和冲击系数),模拟设计所考虑的最不利受力状态进行布载,测试活载作用引起的结构效应。显然,控制荷载与可变作用中的汽车与人群荷载标准值等效时,检验的是结构是否满足正常使用状态,但对桥梁承载能力极限状态的检验,试验荷载的取值值得注意。
为了既能对桥梁的承载能力极限状态进行有效的检验,又不至于因荷载太大而造成桥梁的损伤。一种折中办法是:试验荷载一般取汽车荷载的标准值(含冲击力、离心力)和人群荷载标准值。在这级荷载的作用下,如果测试结果的各主要效应的校验系数(试验荷载作用下效应的实测值与计算值之比)ξ小于或等于1,表明结构的抗力与设计相符或优于设计值,就认为结构满足承载能力极限状态的要求。在这级荷载作用下,如果出现ξ大于1的情况,则应依据桥梁的实际情况进行检算,根据检算结果再来判断结构是否满足承载能力极限状态的要求。
特大桥或者特殊结构桥梁的控制荷载选定应慎重,最好通过周密的计算比较、复核后确定。资料缺失或存在严重缺损的桥梁,当结构检测和检算后认定承载力不足时,控制荷载等级可适当降低,通过试验评估承载水平或鉴定其实际承载能力。
6.2.5 实际试验的工况荷载和加载位置可采用荷载试验效率进行控制。静力荷载试验效率应按下式计算:

$\eta_s = \frac{S_{\text{stat}}}{S_k \cdot (1 + \mu)} \quad{(6.2.5)}$
式中:ηs——静力荷载试验效率,对验收性荷载试验,其值应大于或等于0.85,且不得大于1.05,对鉴定性荷载试验,其值应大于或等于0.95,且不得大于1.05;
Sstat——在静力试验的实际工况荷载作用下,控制截面的最大内力或变位计算值;
Sk——控制荷载作用下,控制截面的最不利内力或变位计算值;
μ——设计冲击系数。
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6.2.5 实际试验工况荷载宜采用与控制荷载相同的荷载,但由于客观条件的限制,实际工况荷载(包括荷载布置)与控制荷载会有所不同,可能采用所谓等效荷载。为保证试验效果,在选择实际工况荷载大小和加载位置时可采用荷载试验效率进行控制。
6.2.6 试验测点的布设应符合下列规定:
1 控制测点应布设为试验测点。
2 挠度观测点布置应考虑加载位置及荷载横向分布的影响;对宽桥,在测试截面横桥向布置不得少于3个测点;对多梁式桥,每片梁测点布置不宜少于1个。
3 应变测点应设置在测试截面横桥向荷载分布较大的构件或部位,横桥向测点布置不得少于3点;构件上的应变测点应设置在构件横截面局部应力较大的部位。
4 对允许开裂的钢筋混凝土结构中的钢筋应变测试,宜凿开混凝土保护层直接在钢筋上设置拉应力测点。
5 测点布置应便于仪器安装和观测读数,并应保障观测人员、仪器设备的安全;当观测数据的测点或部位存在危险时,应采取妥善的安全措施。
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6.2.6 合理的试验测点布设,应能反应结构或构件受力的最不利特征,且应保证分析和推断的结构工作状况具有代表性。为实现此目标,本条各款就如何保证观测数据的可靠性、针对性和代表性,提出了具体要求,同时也体现了测点布置应遵循的原则——必要、适量、观测方便且安全。
为保证测试数据的可靠性,可在控制截面布设适当数量的校核测点,如在控制测点附近布设。
测点布置的针对性,就是要以满足试验要求为目的,避免盲目布置及片面追求测点数量,以便突出试验工作重点,提高效率,保证质量,但计算指明的控制测点应布设为测点。
测点布置的代表性,就是要使测点的数量和其体现的被测量,能满足结构分析和判断的需要,同时要便于计算;如利用桥梁结构的最大挠度与应变数据,可以较为宏观地了解结构的工作性能及承载力储备。
6.2.7 车行桥梁静载试验宜采用装载重物的车辆加载,人行天桥宜采用重物或水箱加载。
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6.2.7 根据试验现场能够组织的车源(加载车辆的数量、规格、轴距、轴重、轴重允许误差等参数),进行等效布载。另外,需同时要落实重物装载、过磅等事项,并如实记录过磅单反映的信息。过磅单是说明试验有效性的一个重要证据,检测单位应派人员在过磅现场进行见证。
人行桥采用水箱加载或者重物加载时,可采用体积法或者堆放重物的体积与容重换算加载物的重力。无论采用哪种方法确定加载重量,均应该做到准确、可溯源,且误差不得超过5%。
重物直接加载准备工作量大,加卸载所需周期一般较长,交通中断时间亦较长,且试验时温度变化对测点的影响较大,因此宜安排在温度稳定的时段进行试验。应避免加载设备与桥梁共同承载而形成“卸载”现象。
6.2.8 测试平台应满足试验要求并安全可靠。
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6.2.8 测试平台通常由脚手架或挂篮搭设。测试平台主要用于测试器件布设、结构检查、位移传感器安装等。测试平台的搭设要以安全可靠、满足试验要求为基本目的,同时要定位准确、便于操作。测试平台的搭设通常是影响试验进度的主要因素,因此在方案中要认真进行设计,明确要求,并加强与实施方的沟通和技术指导。
观测平台设施要有足够的强度、刚度和稳定性,并保证测试人员的安全,同时还能够承受试验时可能产生的其他外界干扰,如人员的走动等。
6.2.9 试验前应根据结构内力或位移影响线确定加载位置和卸载位置。当进行桥跨加载和卸载时,应确保相邻桥跨结构的受力安全;当加载工况较多时,应进行标识区别。
6.2.10 试验加载中的安全措施、人员协调方式的确定,以及现场供电照明、通信联络、交通管制等工作,应根据试验加载方案和桥址处的交通状况在试验前确定。
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6.2.10 为控制温度变化对测试结果可能产生的影响,荷载试验通常应安排在夜间或温度相对稳定的时段进行,而夜间试验需要解决测站、桥面、水准测量标尺等部位的照明。
试验期间,需要对桥梁进行交通管制,对过往车辆及人员进行控制。交通管制通常需要得到当地交通、航道管理部门的支持与配合,必要时,应提前进行公告。
加载试验前需对桥面、桥梁引道进行必要清理,以保证加载、车辆调度等的正常进行。
6.2.11 由多台或多套地线非悬浮式仪器设备、传感器组成的测量系统应共地;导线连接应牢固。
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6.2.11 有些测量仪器、传感器的外壳对地(包括传感器外壳绝缘层磨损或因受潮绝缘电阻降低),因此应使由它们连接的测量系统一点良好接地,避免对模拟测试信号产生地回路干扰。
### 6.3现场试验
6.3 现场试验
6.3.1 现场荷载试验应根据测量方法和仪器使用条件,采取下列措施:
1 宜选择昼夜温差小的阴天或温差小的时段进行试验。
2 宜布置适量的温度测点,空载时量测结构温度场的变化,同时观测结构温度变化对测点应变及变位的影响。
3 对不具有温度补偿能力的传感器测点,应在同一温度场中设置无应力补偿测点;在加载过程中观测受力测点测值变化的同时,扣除无应力补偿测点的测值变化。
6.3.2 静力荷载试验应分级加载,逐级增加到最大试验荷载,然后逐级或一次性卸载至零。分级加载可分为3级~5级。
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6.3.2 车辆荷载的分级加载可采用逐渐增加加载车数量或改变加载车位置的方法。
当桥梁的调查和检算工作不充分或桥况较差时,为安全起见,应增多加载分级。如限于条件,加载分级较少时,应注意每级加载时,车辆应逐辆驶入预定加载位置,必要时可在加载车辆未到达预定加载位置前分次对控制测点进行读数监控。
6.3.3 正式加载试验前,宜对试验结构预加载,预加载的荷载宜取1级~2级分级荷载。▼ 展开条文说明
6.3.3 通过预加载,一方面可以使结构进入正常工作状态,另一方面对可检查试验装置的可靠性以及检查全部观测仪表工作是否正常。
6.3.4 静力荷载的持续时间应根据结构变位达到相对稳定所需的时间确定。对钢筋混凝土结构宜取15min~30min,钢结构不宜少于10min。
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6.3.4 静力分级加载只有在前一级荷载作用时的结构变位相对稳定后,才能施加下一级荷载。某级荷载作用下,结构最大变位测点在最后5分钟的变位增量小于前一个5分钟变位增量的15%,或小于量测仪器的最小分辨率,即可认为结构变位达到相对稳定。对钢筋混凝土结构宜取15min~30min,钢结构不宜少于10min。
6.3.5 试验加载应按设计的加载程序进行。加载过程中应对测点的实测数据与计算值进行比较分析。当出现下列情况之一时,应暂停加载并查找原因,在确认结构及人员安全后方可继续试验:
1 实测的应力(应变)或变位值已达到或超过控制荷载作用下的应力(应变)或变位计算值;
2 加载过程中结构出现新裂缝,或少量结构既有裂缝的开展宽度大于允许裂缝宽度;
3 实测结构变位的规律与计算结果相差较大;
4 桥体发出异常响声或发生其他异常情况。
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6.3.5 试验前,应按加载分级计算确定各荷载工况下控制截面测点的应力(应变)或变位计算值,计算结果是现场加载控制的主要依据之一。应对静载试验数据进行实时处理,例如将本级荷载作用下的内力或变位增量与上一级荷载作用下的增量进行实时比较,使试验人员能够及时了解和判断结构的工作状态。
出于安全考虑,本条列出了应暂停试验加载的四款情况。当分析原因后能确认结构已达到正常使用极限状态,且进一步加载会造成结构损伤时,应终止试验加载。
6.3.6 试验过程中发生下列情况应终止加载:
1 加载过程中结构既有裂缝的长度、宽度急剧开展,超过裂缝宽度限值的结构裂缝大量增多,或新的结构裂缝大量出现,对结构使用寿命造成较大的影响;
2 发生其他结构损坏,影响桥梁结构安全或正常使用。
### 6.4试验资料整理与结果评定
6.4 试验资料整理与结果评定
6.4.1 测试数据应根据仪器设备的检定或校准结果进行修正。当出现下列情况之一时,应对测试数据进行补偿修正:
1 当采取本规范第6.3.1条第2款措施,且温度变化对测试数据的预估影响大于或等于最大测量绝对值的1%时,应按下式进行温度补偿修正:

$\Delta S = \Delta S' - \Delta t \cdot K_t \quad{(6.4.1-1)}$
式中:△S——温度修正后的测点加载测值变化;
△S′——温度修正前的测点加载测值变化;
△t——观测时间段内的温度变化;
Kt——空载时温度上升1℃时测点测值变化量。
2 当采用电阻应变式传感器测量,但未采用六线制长线补偿时,应按下列公式对实测应变值进行导线电阻修正:

$\text{半桥测量时}$
$\quad \varepsilon = \varepsilon' \cdot \left(1 + \frac{r}{R}\right) \quad{(6.4.1-2)}$
$\text{全桥测量时}$
$\quad \varepsilon = \varepsilon' \cdot \left(1 + \frac{2r}{R}\right) \quad{(6.4.1-3)}$
式中:ε——修正后的应变值;
ε′——修正前的应变值;
r——导线电阻(Ω);
R——应变计电阻(Ω)。
3 当支点沉降较大时,应根据各支点沉降差对挠度测量值进行插值修正。
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6.4.1 测值修正主要是考虑机械式仪表的校正系数,电测仪器的率定系数或灵敏系数,电阻应变式传感器导线电阻的影响等。
由于温度影响修正比较困难,一般不进行这项工作,而采取缩短加载时间,选择温度相对稳定的时段进行试验等办法,尽量减少温度对测试精度的影响。
电阻应变测量通常采用四线制,导线长度超过5m~10m就需对导线电阻引起的桥压下降进行修正。采用六线制长线补偿是指通过增加2根导线作为补偿取样端,从而形成闭合回路,消除长导线电阻及温度变化带来的误差。
6.4.2 试验数据处理时,宜根据测试内容绘制下列加载工况下的试验图表:
1 荷载与控制测点的实测变位或应变的关系曲线;
2 实测变位或应变沿桥纵向和横向的变化曲线;
3 测点实测变位或应变与相应计算值的对照表及其关系曲线;
4 结构出现裂缝后典型裂缝的形态随试验荷载增加的变化开展图。
6.4.3 当结构变位或应变校验系数大于1时,应查明原因;当结果无误时,桥梁结构的承载能力应评定为不满足要求。结构变位或应变校验系数应按下式计算:

$\zeta = \frac{S_{c,m}}{S_{c,c}}$
式中:ξ——结构变位或应变校验系数;
Se,m——试验荷载作用下控制测点的弹性变位或应变实测值;
Se,c——试验荷载作用下控制测点的弹性变位或应变计算值。
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6.4.3 校验系数ξ是评定结构工作状况、确定桥梁整体刚度和承载能力的一个重要指标。
ξ等于1时,说明实测值与计算值完全相符;
ξ小于1时,说明结构工作性能较好,承载力有一定富裕,有安全储备;
ξ大于1时,说明结构工作性能不理想,应判定为承载能力或整体刚度不足。
影响校验系数取值大小的因素是多方面的,如结构体系、所用材料及模型参数、计算假定、测试误差等,因此在合理地取用参数、保证测试精度的同时,还应客观地分析实际结构与计算模型的差异,有时还需结合实测绝对量值的大小和规范限值,进行综合分析评价。
表3为常规桥梁在结构工作状态良好时的校验系数ξ正常取值范围,供参考。对一些非常规的桥梁,校验系数可能不在此表范围。
表3 校验系数ξ的正常取值范围
