李宏江， 張勁泉， 劉漢勇， 程壽山， 吳寒亮， 張守祺， 楊　昀

(交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究所， 北京　100088)

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鋼筋混凝土拱橋使用現(xiàn)狀及其可靠性評(píng)估進(jìn)展

李宏江， 張勁泉， 劉漢勇， 程壽山， 吳寒亮， 張守祺， 楊昀

(交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究所， 北京100088)

[摘要]鋼筋混凝土拱橋是我國(guó)拱橋的主要結(jié)構(gòu)形式之一，而其中的箱型拱橋最具發(fā)展?jié)摿ΑＪ艿胶奢d、材料及環(huán)境等因素的作用，現(xiàn)役鋼筋混凝土拱橋的可靠性問(wèn)題日益突出。為摸清我國(guó)現(xiàn)役鋼筋混凝土拱橋的使用現(xiàn)狀，并闡明其可靠性評(píng)估方面的進(jìn)展情況，在文獻(xiàn)調(diào)研及對(duì)已有成果梳理的基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)要介紹了鋼筋混凝土拱橋的建造情況，以箱型拱橋?yàn)槔U明了幾類較為嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)性病害特征，著重剖析了我國(guó)鋼筋混凝土拱橋可靠性評(píng)估技術(shù)的主要特點(diǎn)。研究表明，基于可靠性理論的評(píng)估方法已在實(shí)際工程中有所應(yīng)用，但多側(cè)重于主拱圈的安全性評(píng)定，而結(jié)構(gòu)體系的可靠性評(píng)估目前手段還相對(duì)匱乏，耐久性評(píng)估嚴(yán)重滯后，目標(biāo)可靠指標(biāo)的取值目前也缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。箱型拱橋的可靠性評(píng)估中，應(yīng)加強(qiáng)永久作用效應(yīng)推斷、橋道梁(板)更換準(zhǔn)則、吊桿的疲勞可靠性等方面的研究，這不僅具有重要的理論意義，而且具有廣泛的工程應(yīng)用前景和重大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

[關(guān)鍵詞]鋼筋混凝土； 拱橋； 可靠性； 評(píng)估； 安全性； 耐久性

0前言

拱橋在我國(guó)有著悠久的歷史，由于它具有結(jié)構(gòu)形式多樣、造型美觀、剛度大等特點(diǎn)，長(zhǎng)期以來(lái)一直是我國(guó)的主要橋型之一。即便是在橋型選擇日益豐富的近20 a大建設(shè)時(shí)期，拱橋在我國(guó)仍有大量的修建，并在設(shè)計(jì)、施工等方面取得了舉世矚目的成就。按主拱圈材料劃分，我國(guó)現(xiàn)役拱橋主要有圬工拱橋(主要指石料、素混凝土、磚等材料建造的拱橋)、鋼筋混凝土拱橋、鋼管混凝土拱橋和鋼拱橋。目前這4類拱橋的跨徑紀(jì)錄均在中國(guó)，它們分別是主跨146 m的山西丹河新橋(石拱橋)、主跨420 m的萬(wàn)縣長(zhǎng)江公路大橋(鋼筋混凝土拱橋)、主跨530 m的波司登長(zhǎng)江大橋(鋼管混凝土拱橋)和主跨552 m的重慶朝天門(mén)大橋(鋼拱橋)[1]。值得注意的是，預(yù)計(jì)2015年完工的阿聯(lián)酋的賽義德大橋(Saeed Bridge，鋼拱橋)其主跨達(dá)667 m，建成后將成為世界上最大跨度的拱橋。隨著社會(huì)的發(fā)展與橋梁技術(shù)水平的提高，曾經(jīng)是主要橋型的圬工拱橋在我國(guó)的修建日益減少，而鋼管混凝土拱橋、鋼拱橋、鋼筋混凝土拱橋是我國(guó)近些年來(lái)最主要的三大類拱橋。鋼管混凝土拱橋從1990年四川旺蒼東河大橋(凈跨115 m的下承式系桿拱橋)建成以來(lái)，短短的20多a時(shí)間修建的數(shù)量超過(guò)350座，平均每年建造約18座，發(fā)展速度很快[2，3]。鋼拱橋在2000年以前發(fā)展緩慢，而在2000年以后，則有明顯的增加，其跨徑也不斷增大，有著較大的應(yīng)用前景，但修建數(shù)量還是較少的，且一般都用于大跨度拱橋中，平均跨徑達(dá)到216 m[4]，據(jù)文獻(xiàn)[2]的統(tǒng)計(jì)，我國(guó)目前已建鋼拱橋近40座。相比之下，鋼筋混凝土拱橋不僅建造歷史悠久，而且數(shù)量上比上述兩類拱橋要多，在我國(guó)公路交通發(fā)展中已經(jīng)和正在扮演著重要的角色。為此，筆者介紹鋼筋混凝土拱橋的建造情況和以箱型拱橋?yàn)榇淼脑谝垆摻罨炷凉皹虻牡湫筒『?，在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)梳理了鋼筋混凝土拱橋可靠性評(píng)估的技術(shù)現(xiàn)狀，以供參考。

1鋼筋混凝土拱橋的使用現(xiàn)狀

1.1建造情況

從世界范圍的拱橋現(xiàn)狀來(lái)看，鋼筋混凝土拱橋應(yīng)用最廣。1942年，西班牙跨度210 m的埃斯拉(Esla)鐵路橋建成，鋼筋混凝土拱橋跨度首次躍上200 m大關(guān)。此后，1964年建成的澳大利亞悉尼的格萊茲維爾(Gladesville)橋，跨度達(dá)304.8 m，為第一座跨度上300 m大關(guān)的鋼筋混凝土拱橋[5]。1997年中國(guó)萬(wàn)縣長(zhǎng)江公路大橋建成，主跨達(dá)420 m，使鋼筋混凝土拱橋的跨度達(dá)到400 m以上。筆者在總結(jié)文獻(xiàn)[2]、文獻(xiàn)[6-8]基礎(chǔ)上，又補(bǔ)充搜集了世界范圍內(nèi)50余座主跨超過(guò)200 m的鋼筋混凝土拱橋，如表1所列。

由表1可看到，中國(guó)的鋼筋混凝土拱橋無(wú)論是在數(shù)量上還是在跨度規(guī)模上均名列世界第一，其后是日本和克羅地亞。實(shí)際上，我國(guó)的鋼筋混凝土拱橋首先是在鐵路橋上出現(xiàn)的[9]，20世紀(jì)60年代鋼筋混凝土拱橋才逐漸成為我國(guó)公路交通的主導(dǎo)橋型，曾先后出現(xiàn)過(guò)雙曲拱、剛架拱、桁架拱及預(yù)應(yīng)力桁式組合拱等結(jié)構(gòu)形式。然而，這些拱橋在長(zhǎng)期使用中暴露出整體剛度差、易開(kāi)裂等缺點(diǎn)，后來(lái)就較少采用了。20世紀(jì)70年代開(kāi)始，隨著無(wú)支架施工技術(shù)的成熟，我國(guó)又開(kāi)始修建箱型拱橋(包括箱板拱橋(為上承式)和箱肋拱橋(分中承式和上承式兩種))。四川省首先提出了箱型拱橋的設(shè)想，并于1970年試建成功第一座箱型拱橋[10]。1972年四川省建成首座跨度大于100 m的箱型拱橋，即攀枝花新莊大橋(亦稱3006橋，其主跨達(dá)146 m)，1979年又建成了著名的馬鳴溪大橋，其跨徑達(dá)到150 m。此后的幾年間，箱型拱橋便迅速在重慶、云南、貴州、廣西等其它省份發(fā)展起來(lái)。根據(jù)文獻(xiàn)[2]的調(diào)查結(jié)果，我國(guó)已建箱型拱橋300余座。筆者也初步統(tǒng)計(jì)了國(guó)內(nèi)主跨大于100 m的箱型拱橋達(dá)163座，其中主跨大于150 m的箱型拱橋52座，而這其中箱板拱橋形式占到半數(shù)以上。

總的來(lái)看，鋼筋混凝土拱橋家族中，雙曲拱橋、剛架拱橋、桁架拱橋、預(yù)應(yīng)力桁式組合拱橋?qū)贊u趨淘汰或發(fā)展受限的橋型，而箱型拱橋卻表現(xiàn)出了強(qiáng)大的生命力，不僅數(shù)量越來(lái)越多，而且也成為目前跨徑500 m以下拱橋的最具競(jìng)爭(zhēng)力的結(jié)構(gòu)形式之一。另外，鋼筋混凝土拱橋在鐵路上的應(yīng)用也已取得了突破性發(fā)展。正在建設(shè)的貴州北盤(pán)江特大橋、云南南盤(pán)江特大橋、貴州夜郎河特大橋、云南瀾滄江特大橋均為300 m以上的特大跨徑鋼筋混凝土拱橋，其中貴州北盤(pán)江特大橋的跨徑達(dá)到了445 m，將超越重慶萬(wàn)縣長(zhǎng)江公路大橋而成為世界上最大跨度的鋼筋混凝土拱橋。

1.2運(yùn)營(yíng)期典型病害

箱型拱橋是目前我國(guó)大跨度鋼筋混凝土拱橋的主導(dǎo)橋型，下面重點(diǎn)以箱型拱橋?yàn)槔?，介紹鋼筋混凝土拱橋在運(yùn)營(yíng)期所出現(xiàn)的典型病害特征。

表1 世界范圍內(nèi)已建的鋼筋混凝土拱橋(跨徑大于200m)Table1 Existingreinforcedconcretearchbridgesintheworld(greaterthan200minspan)序號(hào)橋名所屬國(guó)家跨徑/m建成年1重慶萬(wàn)縣長(zhǎng)江公路大橋中國(guó)42019972Krk1號(hào)橋(KRK大橋主跨)克羅地亞39019803AlmonteRailwayBridge西班牙38420134四川廣元市昭化嘉陵江大橋中國(guó)36420125貴州江界河大橋中國(guó)33019956Colorado河橋(胡佛大橋)美國(guó)32320087廣西邕寧邕江大橋中國(guó)31219968GladesvilleBridge澳大利亞304.819649RioParanaBridge(友誼橋)巴西290196410InfanteD.HenriqueBridge(亨利克橋)葡萄牙280200311BloukransBridge(布洛克蘭斯橋)南非272198312ArrabidaBridge(阿拉比迪橋)葡萄牙270196413FroschgrundseeViaduct德國(guó)270201014GrümpenViaduct德國(guó)270201115富士川橋(FujikawaBridge)日本265200516Sand?Bridge(桑多橋)瑞典264194317RanceRiverBridge(里斯河大橋)法國(guó)261199018Río河高架橋西班牙261200919天翔大橋日本260200020TakamatuBridge(高松大橋)日本260200021BrückederSolidarit?t德國(guó)255.9195022KishiwadaBridge日本255199323LosTilosArchBridge西班牙255200424RioAlmonteBridge西班牙255200525WildGeraViaduct德國(guó)252200026ChateaubriandBridge法國(guó)250199127ImariBayBridge日本250199128Svinesund2號(hào)橋瑞典/挪威247200529Sibenik橋(希貝尼克公路橋)克羅地亞246.4196630BarelangBridge印尼245199831Krk2號(hào)橋克羅地亞244198032四川宜賓小南門(mén)橋中國(guó)240199033別府明礬橋日本235198934FiumarellaBridge意大利231196135ZaporozeBridge烏克蘭228195236RioZezereBridge葡萄牙224199337KyllValleyBridge德國(guó)223199938河南許溝大橋中國(guó)220200139頭島大橋日本218200340NoviSadBridge塞黑211196141EslaBridge西班牙210194242GalenaCreekBridge美國(guó)210201243LingenauerBridge奧地利210196744福建寧德行對(duì)岔特大橋中國(guó)205200745福建天池特大橋中國(guó)205200746宇佐川橋日本204198247Krka河橋(Skradin河橋)克羅地亞204200448MorbihanBridge法國(guó)201199549PfaffenbergZwenbergBridge奧地利200197150MaslenicaBridge克羅地亞200199751池田大橋日本200200052重慶涪陵烏江大橋中國(guó)2001989

箱型拱橋通?？缍容^大，屬大跨徑橋梁范疇[11]。區(qū)別于中小跨度的鋼筋混凝土拱橋，箱型拱橋的主拱圈因抗彎、抗剪、抗壓等強(qiáng)度不足而開(kāi)裂的問(wèn)題并不突出，大多數(shù)病害主要產(chǎn)生在拱上排架、橋道板(梁)、吊桿等部位[12]。據(jù)文獻(xiàn)[6]對(duì)我國(guó)西南地區(qū)已建箱型拱橋的統(tǒng)計(jì)調(diào)查結(jié)果及筆者所掌握的實(shí)橋檢測(cè)結(jié)果，較為嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)性病害有如下幾種：

① 主拱軸線偏離過(guò)多，突出表現(xiàn)為拱頂下沉。例如，成渝高速公路(四川段)上的內(nèi)江沱江特大橋(箱肋拱橋，主跨100 m)和球溪河大橋(箱板拱橋，主跨110 m)的拱頂相比于設(shè)計(jì)線形分別下沉了9.68 cm和16.80 cm，分別約為其凈跨徑的1/1 030和1/650。造成主拱軸線顯著偏離的原因除建橋期施工控制不嚴(yán)外，主要有運(yùn)營(yíng)期的墩臺(tái)變位、混凝土收縮徐變等。大跨徑拱橋在恒載作用下其主拱圈通常處于受壓狀態(tài)，且壓應(yīng)力數(shù)值較大，主拱軸線發(fā)生一定程度的偏離并未引起主拱圈開(kāi)裂，但偏離過(guò)多可能會(huì)造成主拱圈的承載性能下降[13]。另外，運(yùn)營(yíng)期主拱線形的變化通常也是造成拱上建筑開(kāi)裂的重要原因。

② 橋道梁(板)開(kāi)裂。箱型拱橋的行車道系常為空心板或T梁等，橋道梁(板)若為連續(xù)體系，則在立柱位置處梁體上緣可能會(huì)產(chǎn)生裂縫；若橋道梁(板)為多跨簡(jiǎn)支體系，則支承處的橡膠支座有可能產(chǎn)生局部脫空現(xiàn)象[14]。這些病害的存在嚴(yán)重影響了橋梁的安全服役能力，橋道梁(板)的改造更換問(wèn)題日益突出。

③ 吊桿損傷乃至斷裂。中承式箱肋拱橋中，吊桿是連接橋面系與主拱肋、傳遞橋面系恒載與活載的傳力構(gòu)件，關(guān)系到橋梁的整體壽命和安全，特別是短吊桿斷裂現(xiàn)象日益受到關(guān)注[15]。建于1990年的四川宜賓小南門(mén)橋?yàn)榭鐝?40 m的箱肋拱橋，2001年11月7日晨4：30左右共有4對(duì)8根短吊桿在與橫梁相連部位突然斷裂，致使4片橫梁及相連的橋面板、人行道墜落江中。該橋共17對(duì)豎直單吊桿，采用21×7Φ5鋼絞線，XM15-21型錨具，硫磺砂漿填充，設(shè)計(jì)安全系數(shù)2.4。有關(guān)分析表明，在溫度、車輛制動(dòng)力、沖擊力等荷載作用下，橋面存在較大的水平位移。和跨中長(zhǎng)吊桿相比，剛性較大、固有頻率較高的短吊桿受到的剪切力更大，其下端處于反復(fù)彎剪狀態(tài)。久而久之汽車沖擊荷載作用導(dǎo)致吊桿護(hù)筒和筒內(nèi)砂漿斷裂，使鋼絞線(或高強(qiáng)鋼絲)受到大氣和雨水的直接侵蝕，發(fā)生嚴(yán)重的應(yīng)力腐蝕[16，17]。

受到疲勞和應(yīng)力腐蝕的作用，現(xiàn)役拱橋吊桿破斷的壽命統(tǒng)計(jì)僅為10 a左右[18]，因此在橋梁服役期內(nèi)，吊桿將多次拆換或破斷，這引發(fā)了人們對(duì)拱橋吊桿可靠性的憂慮，吊桿的破損安全性能、吊桿斷裂對(duì)主體結(jié)構(gòu)性能的影響以及吊桿的使用壽命評(píng)估等方面的研究愈發(fā)受到重視[19-24]。另外，吊桿更換技術(shù)也已經(jīng)在一些拱橋上有所應(yīng)用[25]。

④ 連接構(gòu)造質(zhì)量不良或嚴(yán)重開(kāi)裂。這些連接構(gòu)造主要包括拱上立柱與主拱圈的連接、拱箱縱向分段預(yù)制接頭、箱板拱橋主拱箱之間的橫向聯(lián)結(jié)系及橫隔板、箱肋拱橋肋間系梁與拱肋的結(jié)合部等。其常見(jiàn)病害表現(xiàn)為連接端或結(jié)合部附近混凝土開(kāi)裂、剝落、露筋、連接鋼板銹蝕等，這些病害使拱跨結(jié)構(gòu)的整體性受到削弱，甚至?xí)?dǎo)致構(gòu)件之間的連接功能喪失，從而引發(fā)局部構(gòu)件的失效。

⑤ 基礎(chǔ)沖刷與墩臺(tái)變位。基礎(chǔ)沖刷是橋梁破壞的主要因素之一。因?yàn)榱魉梢詭ё邩蚧幍哪嗌常箻蚧儨\，進(jìn)而造成橋基位移破壞或者橋梁的傾斜。據(jù)Shirhole和Holt的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，美國(guó)20世紀(jì)60年代到80年代的近30 a的時(shí)間里，發(fā)生的1 000項(xiàng)橋梁倒塌事故中，有60%是由于流水沖刷對(duì)橋梁基礎(chǔ)的破壞造成的[26]。在拱橋設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)選擇與上部結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的一般沖刷及局部沖刷深度值來(lái)控制基礎(chǔ)埋深，以減少或避免基礎(chǔ)受流水沖刷。然而，由于施工時(shí)基礎(chǔ)埋深不足或基礎(chǔ)防護(hù)不到位，河流常年開(kāi)采砂石，或者河床變遷、水流流速變大，都會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)遭受流水的直接沖刷。隨著長(zhǎng)期的流水沖刷，基礎(chǔ)下地基被掏空，進(jìn)而引發(fā)其他病害，最典型的就是墩臺(tái)變位。

墩臺(tái)變位對(duì)主拱圈的受力影響很大，特別是水平位移。由于墩臺(tái)、基礎(chǔ)存在較多的不確定性因素，在設(shè)計(jì)中一般取的安全系數(shù)較大，出現(xiàn)墩臺(tái)滑移、傾覆失效的概率也不大，然而，實(shí)際情況是，一些箱型拱橋使用過(guò)程中還是出現(xiàn)了墩臺(tái)基礎(chǔ)發(fā)生位移的情況。例如，國(guó)道318線上的西藏尼木大橋(箱板拱橋，凈跨徑110 m)的拱頂相比于設(shè)計(jì)線形下沉了11.45 cm，約為其凈跨徑的1/960，伴隨著拱頂下沉，跨徑也有所增大。對(duì)該橋的病害成因分析結(jié)果表明，除主拱圈斷面偏小和混凝土收縮徐變因素外，橋臺(tái)在較大的水平推力下因抗傾覆和抗滑移能力不足發(fā)生位移是主拱拱頂下沉重要原因[27]。有觀測(cè)資料分析，在兩拱腳的相對(duì)水平位移Δh>L/1 200((L為計(jì)算跨徑))時(shí)，拱的承載能力就會(huì)大大降低，甚至破壞[28]。

上述這些病害導(dǎo)致了相當(dāng)數(shù)量的鋼筋混凝土拱橋的承載能力不足、使用功能退化或耐久性降低，以箱型拱橋?yàn)榇淼脑谝垆摻罨炷凉皹虻目煽啃詥?wèn)題已成為工程界關(guān)注的熱點(diǎn)。

2鋼筋混凝土拱橋可靠性評(píng)估技術(shù)現(xiàn)狀

可靠性是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)、規(guī)定的條件下完成預(yù)定功能的能力，它包括安全性、適用性和耐久性[29]。所謂評(píng)估，就是利用特定信息，分析在役橋梁的可靠性并做出工程決策的過(guò)程。由此，可靠性評(píng)估通常包括安全性評(píng)估、適用性評(píng)估及耐久性評(píng)估。安全性評(píng)估是對(duì)結(jié)構(gòu)的承載能力極限狀態(tài)的評(píng)估，即承載力評(píng)估或強(qiáng)度評(píng)估；適用性評(píng)估是對(duì)結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)的評(píng)估；耐久性評(píng)估主要指材料強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)損傷的評(píng)估，其結(jié)果為安全性和適用性的評(píng)估提供重要信息。

傳統(tǒng)的橋梁評(píng)估方法主要有變權(quán)綜合評(píng)定法、分析計(jì)算法及荷載試驗(yàn)法[30]?，F(xiàn)行的《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》(JTG H11-2004)即是采用了變權(quán)綜合評(píng)定法，而《公路舊橋承載能力鑒定方法》(試行)[31]則是提供了分析計(jì)算評(píng)估方法，荷載試驗(yàn)法多用于橋梁實(shí)際工作狀態(tài)不明確情況下的結(jié)構(gòu)性能評(píng)定，以彌補(bǔ)根據(jù)外觀檢查的評(píng)定和以分析計(jì)算為主的評(píng)定的不足。上述這些方法基本上屬于確定性評(píng)估方法。由于影響在役橋梁可靠性的不確定性因素較多，采用確定性評(píng)估方法進(jìn)行評(píng)估往往有其不足之處，而基于可靠性理論的評(píng)估方法卻是今后的發(fā)展趨勢(shì)，它是以概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)，將影響結(jié)構(gòu)可靠性的各種因素視為隨機(jī)過(guò)程或隨機(jī)變量，采用失效概率Pf或可靠指標(biāo)β來(lái)度量結(jié)構(gòu)可靠性的一種概率評(píng)估方法，是隨著可靠度理論在工程中的應(yīng)用而逐漸發(fā)展起來(lái)的、也是目前最為先進(jìn)的主流評(píng)估方法?；诳煽啃岳碚摰脑u(píng)估方法能夠有效地把理論研究與現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)聯(lián)系起來(lái)，同時(shí)也是應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估的理論基礎(chǔ)。近年來(lái)，在世界范圍內(nèi)，既有結(jié)構(gòu)評(píng)估方面所取得的進(jìn)步都是以結(jié)構(gòu)可靠性理論為基礎(chǔ)的。這種評(píng)估方法已引起了世界各國(guó)橋梁界的廣泛關(guān)注。美國(guó)AASHTO規(guī)范基本上制定了比較詳細(xì)的可靠性評(píng)估方法和流程，其“三荷載類別、二安全等級(jí)”的評(píng)估策略值得我國(guó)借鑒[32]，其評(píng)估荷載的等級(jí)分為設(shè)計(jì)荷載(Design Load)、法定荷載(Legal Load)和允許荷載(Permit Load)三個(gè)類別。在設(shè)計(jì)荷載評(píng)定時(shí)候，又分為了兩個(gè)安全等級(jí)，新橋等級(jí)(Inventory Level)和舊橋等級(jí)(Operating Level)，分別對(duì)應(yīng)3.5和2.5的可靠指標(biāo)。對(duì)舊橋而言，其評(píng)定流程為：首先利用設(shè)計(jì)荷載在新橋等級(jí)下進(jìn)行評(píng)定，如果通過(guò)則表明該橋具備新建橋梁的安全等級(jí)；如通不過(guò)，則在舊橋等級(jí)的評(píng)估荷載下再次評(píng)定；如還不能通過(guò)，則在法定荷載下進(jìn)行評(píng)定，法定荷載與橋梁上實(shí)際通行車輛的狀況有關(guān)，比設(shè)計(jì)荷載有明顯的減小，而允許荷載的評(píng)定則是為了給出橋梁允許通行的最大車輛荷載。這樣的一套多層次的評(píng)定方法，主要是為了既保證既有橋梁的運(yùn)行安全，又保證盡可能地充分利用它們的承載能力。

無(wú)論是確定性評(píng)估方法，還是基于可靠性理論的評(píng)估方法，均屬在役橋梁的可靠性評(píng)估技術(shù)。就鋼筋混凝土拱橋而言，筆者總結(jié)、梳理與分析了現(xiàn)有研究成果，認(rèn)為其可靠性評(píng)估技術(shù)現(xiàn)狀具有如下特點(diǎn)：

① 與梁式橋相比，服役鋼筋混凝土拱橋的可靠性評(píng)估研究相對(duì)較少，僅有的研究多側(cè)重于基于承載能力極限狀態(tài)的安全性評(píng)定。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)在役橋梁可靠性評(píng)估的研究多集中于鋼筋混凝土梁式橋，以計(jì)算可靠指標(biāo)為核心，重點(diǎn)對(duì)其安全性或適用性進(jìn)行評(píng)估[33-39]，而在鋼筋混凝土拱橋的可靠性評(píng)估方面，相關(guān)的研究并不多，且主要集中在安全性評(píng)定方面。文獻(xiàn)[40-44]通過(guò)荷載試驗(yàn)方法來(lái)評(píng)判箱型拱橋的安全性或橫向整體性。文獻(xiàn)[45]針對(duì)現(xiàn)役剛架拱橋出現(xiàn)的典型病害，利用基于層次分析及專家評(píng)估的變權(quán)綜合系數(shù)法對(duì)一實(shí)際病害橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行了安全性評(píng)估。文獻(xiàn)[46]總結(jié)了6座主跨80～180 m的桁式組合拱橋的病害檢查情況與技術(shù)狀況評(píng)估結(jié)果，并采用荷載試驗(yàn)方法評(píng)定其承載能力。文獻(xiàn)[47]以1989年建成的甘青公路享堂大通河大橋(箱板拱橋，跨徑60 m)為背景，采用外觀檢查、荷載試驗(yàn)、有限元計(jì)算以及相關(guān)評(píng)估規(guī)范等多種評(píng)定方法相結(jié)合的綜合方法對(duì)大橋的安全性進(jìn)行評(píng)定。文獻(xiàn)[48]以拱式結(jié)構(gòu)的主要受力構(gòu)件(即主拱肋)為分析對(duì)象，建立基于承載能力極限狀態(tài)的功能函數(shù)，利用改進(jìn)的一次二階矩法(即驗(yàn)算點(diǎn)法)計(jì)算其可靠指標(biāo)，結(jié)合一座主跨90 m的服役鋼筋混凝土肋拱橋給出了計(jì)算過(guò)程。文獻(xiàn)[49-51]著重對(duì)在役雙曲拱橋的安全性進(jìn)行評(píng)定，主要是采用驗(yàn)算點(diǎn)法計(jì)算控制截面的可靠指標(biāo)，并與原設(shè)計(jì)的目標(biāo)可靠指標(biāo)相比較來(lái)評(píng)估主要承重構(gòu)件(即主拱圈)的安全性。

不難看出，采用確定性評(píng)價(jià)方法對(duì)在役鋼筋混凝土拱橋進(jìn)行安全性評(píng)估在工程應(yīng)用方面相對(duì)較多，而基于可靠性理論的評(píng)估方法的工程實(shí)用性研究還有待加強(qiáng)。另外，鋼筋混凝土拱橋的失效不一定要倒塌來(lái)體現(xiàn)，大多數(shù)情況可能會(huì)表現(xiàn)為喪失適用性。因此，基于正常使用極限狀態(tài)的適用性評(píng)估也應(yīng)成為鋼筋混凝土拱橋可靠性評(píng)估的重要內(nèi)容之一，而目前這方面的研究就更少了，其理論方法尚不成熟，統(tǒng)計(jì)資料也不充分，但已逐漸引起重視。

② 基于可靠性理論的評(píng)估技術(shù)主要體現(xiàn)在構(gòu)件層次上，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)體系的評(píng)估尚存在較大困難。

與梁式橋相比，組成鋼筋混凝土拱橋的構(gòu)件相對(duì)較多，包括承載車輛運(yùn)行的橋道梁(板)、作為主要承重構(gòu)件的主拱圈、作為傳力構(gòu)件的拱上立柱(或吊桿)、作為連接構(gòu)件的拱肋橫系梁(或拱箱橫向聯(lián)結(jié)系和橫隔板)以及墩臺(tái)與基礎(chǔ)等，受力性質(zhì)不同的諸多構(gòu)件其達(dá)到各自極限狀態(tài)的壽命各有長(zhǎng)短，承載能力也各不相同。保守的觀點(diǎn)認(rèn)為，整座橋的可靠性是由其破壞對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)影響程度最大的構(gòu)件來(lái)決定的，由此對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的可靠性評(píng)估可通過(guò)分析結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件的可靠性來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣做的結(jié)果，往往是結(jié)構(gòu)體系中某個(gè)最薄弱構(gòu)件或截面就決定了整個(gè)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的可靠度水平。實(shí)踐證明，這樣的結(jié)果通常是過(guò)于保守的。對(duì)超靜定體系而言，單個(gè)構(gòu)件的失效不一定導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)喪失使用功能或承載能力，體系的可靠度通常會(huì)高于構(gòu)件的可靠度[52-54]，因此，采用保守的觀點(diǎn)對(duì)體系可靠性進(jìn)行粗糙的評(píng)估很容易導(dǎo)致不必要的維修或加固，從而影響資金的合理使用，故采用體系可靠度理論分析整座橋梁的可靠性更為合理。

目前的基于可靠性理論的評(píng)估技術(shù)還只能停留在構(gòu)件水平上，而對(duì)于結(jié)構(gòu)體系的評(píng)估，往往是作為一個(gè)串聯(lián)系統(tǒng)來(lái)對(duì)待。經(jīng)驗(yàn)表明，構(gòu)件的不同失效次序以及由此構(gòu)成的不同失效模式對(duì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠度的預(yù)測(cè)是有影響的。因此，目前對(duì)于體系可靠度的研究主要采用失效模式法，包括尋找主要失效模式和計(jì)算結(jié)構(gòu)體系失效概率兩方面內(nèi)容。尋找失效模式的方法總體上可分為確定性搜尋法(如荷載增量法)和概率搜尋法(如分支-約界法、β約界法、截至枚舉法、線性規(guī)劃法等)[55]。雖然如此，現(xiàn)有的系統(tǒng)可靠度理論在工程應(yīng)用上仍有相當(dāng)大的難度，與工程實(shí)際的迫切要求不相適應(yīng)，其原因在于，橋梁結(jié)構(gòu)由于構(gòu)件數(shù)量多、組成形式多樣，且各主要作用如車輛荷載、溫度作用等均具有復(fù)雜的時(shí)空概率分布特征，因而其變量維數(shù)很高且失效模式繁多，其失效方程往往是眾多隨機(jī)變量的復(fù)雜函數(shù)，從數(shù)學(xué)求解的難度和工作量上來(lái)說(shuō)都是非常大的。目前對(duì)橋梁進(jìn)行可靠度分析僅僅集中在失效方程為簡(jiǎn)單函數(shù)的情形[56]。

出于問(wèn)題的復(fù)雜性，在役鋼筋混凝土拱橋的可靠性評(píng)估大多采用評(píng)級(jí)的處理手段，而不是直接計(jì)算結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠度。就這種評(píng)級(jí)方法而言，目前使用上比較成熟的是一種分層綜合結(jié)構(gòu)，即將結(jié)構(gòu)整體分割成相對(duì)獨(dú)立的部分(這種分割可以按結(jié)構(gòu)，也可以按功能)，然后按各自的指標(biāo)進(jìn)行分塊評(píng)估，再針對(duì)適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)聚合成整體的評(píng)價(jià)，這一過(guò)程中的基本假設(shè)是整體結(jié)構(gòu)(功能)的可分性和相對(duì)獨(dú)立性。文獻(xiàn)[57]以桂林雉山橋(鋼筋混凝土肋拱橋，凈跨徑56 m)為背景，應(yīng)用結(jié)構(gòu)可靠度理論和層次分析法，建立拱橋系統(tǒng)可靠度層次分析模型，分析構(gòu)件失效與結(jié)構(gòu)系統(tǒng)失效之間的關(guān)系，引入構(gòu)件的概率重要性系數(shù)，導(dǎo)出拱橋系統(tǒng)可靠度指標(biāo)的實(shí)用計(jì)算方法。文獻(xiàn)[58]應(yīng)用基于層次分析法的多級(jí)模糊綜合評(píng)判原理建立了拱橋安全性綜合評(píng)估的數(shù)學(xué)模型，并以一座跨徑65 m的雙曲拱橋?yàn)槔o出了較為詳細(xì)的評(píng)估過(guò)程。

由此看來(lái)，蓋因體系可靠性評(píng)估問(wèn)題的復(fù)雜性，單純采用可靠度方法來(lái)解決通常是狹隘和片面的，而模糊數(shù)學(xué)、灰色理論等其它數(shù)學(xué)方法的解決方案不應(yīng)被完全排斥，這是由于結(jié)構(gòu)失效模式或失效路徑復(fù)雜、直接求解體系的失效概率或可靠指標(biāo)難以實(shí)現(xiàn)等困難所決定的。由此就不難理解眾多學(xué)者采用層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法等對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)體系可靠性進(jìn)行評(píng)估的真正原因了。嚴(yán)格來(lái)講，可靠性并不完全等同于可靠度，可靠度是解決可靠性的主流數(shù)學(xué)方法，它在解決構(gòu)件層次的可靠指標(biāo)計(jì)算方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)，但并不是解決可靠性問(wèn)題的唯一方法，特別是在評(píng)估在役橋梁結(jié)構(gòu)體系的可靠性方面。

③ 以獲得剩余使用壽命為目標(biāo)的結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)估研究明顯滯后。

耐久性評(píng)估主要是根據(jù)材料老化機(jī)理對(duì)構(gòu)件或結(jié)構(gòu)做出合理的耐久性評(píng)價(jià)，它表示符合“在正常維護(hù)下，具有足夠的耐久性能”的功能要求[59]。通常，耐久性評(píng)估的最終目標(biāo)是獲得剩余使用壽命，從而為橋梁養(yǎng)護(hù)策略的制定提供科學(xué)的依據(jù)。耐久性評(píng)估通常分材料、構(gòu)件、結(jié)構(gòu)3個(gè)層次[60]。目前材料層次的研究主要集中在混凝土碳化、鋼筋銹蝕、環(huán)境因素侵蝕等方面；在構(gòu)件耐久性評(píng)估方面相關(guān)的理論也較多，比較有代表性的包括碳化壽命理論、開(kāi)裂壽命理論、承載力壽命理論和經(jīng)濟(jì)壽命理論等，但在橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性分析與鑒定方面目前還處于起步階段。由于結(jié)構(gòu)的耐久性是一個(gè)由相互關(guān)聯(lián)、相互制約的眾多因素構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)失效的復(fù)雜性給研究工作帶來(lái)諸多困難。對(duì)現(xiàn)役的鋼筋混凝土拱橋而言，其剩余使用壽命的預(yù)測(cè)除依據(jù)主要承重構(gòu)件的評(píng)估結(jié)果外，還要考慮到墩臺(tái)、基礎(chǔ)以及各個(gè)構(gòu)件連接的可靠性對(duì)使用壽命的影響。

目前耐久性評(píng)估的主要方法包括層次分析法、模糊綜合評(píng)判法、灰色理論綜合評(píng)判法、基于可靠性理論的評(píng)定方法等[61-64]。基于可靠性理論的耐久性評(píng)估方法就是將抗力效應(yīng)和荷載效應(yīng)均視為隨機(jī)過(guò)程，應(yīng)用時(shí)變可靠度(或動(dòng)態(tài)可靠度)原理，建立可靠指標(biāo)與時(shí)間的關(guān)系，認(rèn)為可靠指標(biāo)衰減到可接受的最小值或者失效概率增大到可接受的最大值的時(shí)間即為使用壽命。例如，文獻(xiàn)[65]基于時(shí)變可靠度理論，將隨機(jī)有限元、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和蒙特卡羅法結(jié)合，提出評(píng)估在役橋梁結(jié)構(gòu)可靠度的FNM法，對(duì)一座建成8 a、主跨為80 m的鋼筋混凝土拱橋進(jìn)行時(shí)變可靠度分析，用來(lái)預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)需要維修加固的時(shí)間。然而，結(jié)構(gòu)時(shí)變可靠度求解涉及多重積分問(wèn)題，尤其對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)所采用的簡(jiǎn)化模式及理論基礎(chǔ)不同，計(jì)算時(shí)變可靠度的方法種類也各有優(yōu)缺點(diǎn)，難以被工程技術(shù)人員所理解和掌握，能否找到一種能適應(yīng)大多數(shù)結(jié)構(gòu)又易于掌握的、簡(jiǎn)單、實(shí)用、有效的時(shí)變可靠度分析方法還有待進(jìn)一步研究。另外，橋梁結(jié)構(gòu)工作環(huán)境復(fù)雜，其時(shí)變可靠性涉及影響因素繁多，材料耐久性退化、構(gòu)件抗力衰減預(yù)測(cè)等方面的研究成果的成熟度，決定著時(shí)變可靠度評(píng)估的準(zhǔn)確性，基于可靠性理論的耐久性評(píng)估方法在應(yīng)用到實(shí)際工程時(shí)仍存在較大困難。

文獻(xiàn)[66]以球溪河大橋(箱板拱橋，主跨110 m)為背景，將模糊綜合評(píng)價(jià)法引入到該橋的耐久性分析中，采用層次分析法確定各影響因素的權(quán)重，這也是目前應(yīng)用較多的一種方法。文獻(xiàn)[67]總結(jié)了影響混凝土雙曲拱橋耐久性的因素，考慮雙曲拱橋的構(gòu)造特點(diǎn)，亦采用層次分析法建立了評(píng)估在役雙曲拱橋耐久性的多層次模型，應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)評(píng)估其耐久性。實(shí)際上，現(xiàn)有的這些方法雖然對(duì)于評(píng)價(jià)構(gòu)件耐久性是比較理想的，但在試圖推廣到評(píng)估結(jié)構(gòu)體系耐久性問(wèn)題時(shí)，困難不僅僅是由于體系可靠度理論的不成熟，而且如何界定體系耐久性失效也存在很大爭(zhēng)議，導(dǎo)致耐久性評(píng)估技術(shù)研究明顯滯后于安全性評(píng)估。

④ 基于可靠性理論的評(píng)估方法中目標(biāo)可靠指標(biāo)的取值尚未達(dá)成共識(shí)，現(xiàn)有取值方法的合理性還有待復(fù)核，這也是所有類型的在役橋梁的可靠性評(píng)估中的共性問(wèn)題。

首先要說(shuō)明的是，這里所討論的目標(biāo)可靠指標(biāo)是相應(yīng)于構(gòu)件的，并非結(jié)構(gòu)體系的。在我國(guó)，擬建結(jié)構(gòu)構(gòu)件的目標(biāo)可靠指標(biāo)在《公路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》[68](GB/T 50283-1999)中己有明確規(guī)定，但評(píng)估在役橋梁與設(shè)計(jì)新橋梁不同。設(shè)計(jì)新橋梁時(shí)，為安全起見(jiàn)選用較大的目標(biāo)可靠指標(biāo)。但是，如果在對(duì)在役橋梁評(píng)估時(shí)仍采用此指標(biāo)，則可能拆毀或加固本來(lái)可以繼續(xù)安全運(yùn)營(yíng)的橋梁，那就會(huì)造成很大的浪費(fèi)。當(dāng)然，若目標(biāo)可靠指標(biāo)取得偏小，橋梁運(yùn)營(yíng)時(shí)會(huì)存在較大的風(fēng)險(xiǎn)。因此，合理的目標(biāo)可靠指標(biāo)[β]是在役橋梁可靠性評(píng)估中的重要一環(huán)。

然而，在役橋梁構(gòu)件的目標(biāo)可靠指標(biāo)的取值尚未達(dá)成共識(shí)。根據(jù)己有研究成果，目標(biāo)可靠指標(biāo)一般可通過(guò)經(jīng)驗(yàn)校準(zhǔn)法反演分析確定，即通過(guò)對(duì)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范安全度的校核(反演計(jì)算)，找出隱含于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)構(gòu)件相應(yīng)的可靠指標(biāo)值，經(jīng)綜合分析和調(diào)整，據(jù)此制定今后設(shè)計(jì)采用的目標(biāo)可靠指標(biāo)[69，70]。在現(xiàn)階段，從實(shí)用出發(fā)，這是一種切實(shí)可行的確定目標(biāo)可靠指標(biāo)的方法。目前各國(guó)均采用此法，即在承認(rèn)現(xiàn)行規(guī)范條件下的橋梁結(jié)構(gòu)可靠度在總體上是合理的、可以接收的基礎(chǔ)上，根據(jù)已經(jīng)被校準(zhǔn)過(guò)的公路橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標(biāo)，經(jīng)過(guò)綜合分析和調(diào)整后確定今后公路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目標(biāo)可靠指標(biāo)[β]。加拿大、美國(guó)和一些歐洲國(guó)家以及國(guó)內(nèi)各工程結(jié)構(gòu)的可靠度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范均采用這種方法確定目標(biāo)可靠指標(biāo)。文獻(xiàn)[71]采用可靠度校準(zhǔn)的方法來(lái)建立《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》(JTG/T J21-2011)[72]中的檢算系數(shù)Z1與可靠指標(biāo)β之間的聯(lián)系，由于缺乏對(duì)目標(biāo)可靠指標(biāo)的規(guī)定，偏安全地采用了設(shè)計(jì)目標(biāo)可靠指標(biāo)來(lái)建立基于可靠性的橋梁構(gòu)件技術(shù)狀況分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》[73](GB50290-1999)認(rèn)為，在役結(jié)構(gòu)的可靠指標(biāo)β小于0.85β0(β0可取《工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(CB50153-2008)中給出的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的目標(biāo)可靠指標(biāo))時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件不滿足安全性和使用功能要求，需采取一定的處理措施后才能繼續(xù)使用，即[β]=0.85β0。當(dāng)然，也有文獻(xiàn)建議在設(shè)計(jì)目標(biāo)可靠指標(biāo)基礎(chǔ)上減小0.5作為在役橋梁評(píng)估時(shí)的目標(biāo)可靠指標(biāo)[74]。美國(guó)的橋梁評(píng)估規(guī)范按照不同類型構(gòu)件確定目標(biāo)可靠指標(biāo)[β]介于2.0～4.0之間[75，76]。

上述取值方法均是基于承載能力極限狀態(tài)的，而對(duì)于正常使用極限狀態(tài)的目標(biāo)可靠指標(biāo)而言，其取值方法同樣也缺乏一致性。對(duì)于正常使用極限狀態(tài)，目標(biāo)可靠指標(biāo)一般都定得較低，文獻(xiàn)[77]建議[β]=1.0～2.0，而考慮到公路橋梁結(jié)構(gòu)的正常使用極限狀態(tài)依賴于許多因素，文獻(xiàn)[78]從裂縫寬度和撓度兩個(gè)主要因素進(jìn)行研究，建議失效概率宜限定在5%～25%之間，相應(yīng)的目標(biāo)可靠度指標(biāo)[β]為0.675～1.645?！豆饭こ探Y(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50283-1999)沒(méi)有明確給出正常使用極限狀態(tài)的目標(biāo)可靠指標(biāo)，而《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50068-2001)[79]規(guī)定，結(jié)構(gòu)構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)的可靠指標(biāo)，根據(jù)其可逆程度宜取0～1.5。對(duì)比《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》和《公路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50283-1999)中關(guān)于目標(biāo)可靠指標(biāo)的相關(guān)說(shuō)明，文獻(xiàn)[80]建議取1.0～2.5作為公路橋涵正常使用極限狀態(tài)的目標(biāo)可靠指標(biāo)取值域。

另外，基于可靠性理論對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行耐久性評(píng)估時(shí)，同樣需要確定耐久性極限狀態(tài)下的目標(biāo)可靠指標(biāo)，文獻(xiàn)[81]以混凝土碳化失效極限狀態(tài)為主要研究對(duì)象，相應(yīng)的目標(biāo)可靠指標(biāo)取為2.0(相應(yīng)可靠概率為0.977)，這與該失效狀態(tài)過(guò)于保守有關(guān)。

3結(jié)論與建議

受到荷載與環(huán)境的作用以及材料退化等因素的影響，我國(guó)現(xiàn)役鋼筋混凝土拱橋的使用狀況不容樂(lè)觀，如何全面、客觀地評(píng)估這些橋梁，進(jìn)而為橋梁管養(yǎng)部門(mén)提供更為科學(xué)有效的評(píng)估結(jié)論以指導(dǎo)其制定合理的養(yǎng)護(hù)策略是當(dāng)前橋梁工程領(lǐng)域的重大關(guān)鍵共性問(wèn)題之一。隨著可靠度理論在工程中的應(yīng)用，鋼筋混凝土拱橋的可靠性評(píng)估技術(shù)也逐步建立與發(fā)展起來(lái)，突出表現(xiàn)在構(gòu)件層次的安全性評(píng)估方面。然而，鋼筋混凝土拱橋的可靠性評(píng)估的研究無(wú)論是在廣度上還是深度上遠(yuǎn)不如梁式橋。另一方面，鋼筋混凝土拱橋的可靠性評(píng)估又同梁式橋一樣，均有著不太成熟之處，突出表現(xiàn)在體系可靠性評(píng)估還不完善，耐久性和適用性的評(píng)估滯后于安全性評(píng)估，目標(biāo)可靠指標(biāo)尚缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，以及相關(guān)的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范體系尚未建立等問(wèn)題。鑒于基于可靠性理論的評(píng)估方法是目前較為先進(jìn)的橋梁評(píng)估手段，而鋼筋混凝土拱橋又是我國(guó)現(xiàn)役橋梁中較為典型的結(jié)構(gòu)形式，因此，今后我國(guó)應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)的評(píng)估技術(shù)研究，為及早制定可靠性評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)體系奠定前期科研基礎(chǔ)，這對(duì)保障我國(guó)橋梁安全持久運(yùn)營(yíng)至關(guān)重要，不僅具有重要的理論意義，而且具有廣泛的工程應(yīng)用前景和重大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

箱型拱橋是我國(guó)大跨度鋼筋混凝土拱橋的代表形式，也是最具發(fā)展?jié)摿Φ墓皹蝾愋?，它的可靠性評(píng)估是我國(guó)在役橋梁可靠性評(píng)估的重要組成部分，其研究成果可為其它類型的鋼筋混凝土拱橋的評(píng)估提供依據(jù)和參照。為此，筆者就箱型拱橋的可靠性評(píng)估提出如下建議：

① 主拱圈的安全性評(píng)估應(yīng)重視永久作用效應(yīng)推斷問(wèn)題。箱型拱橋的永久作用效應(yīng)占其使用期內(nèi)總作用效應(yīng)的比例往往較高，跨度越大，這一比例就越高，比如重慶萬(wàn)縣長(zhǎng)江公路大橋，其永久作用效應(yīng)能占到其總作用效應(yīng)的95%。此時(shí)，永久作用效應(yīng)的準(zhǔn)確估計(jì)似乎比研究車輛荷載的變異性其意義更大，可以說(shuō)是直接制約著可靠性評(píng)估的有效性。就一座具體化了的箱型拱橋而言，如何利用檢測(cè)信息推斷永久作用效應(yīng)并將其反映在主拱圈的可靠指標(biāo)計(jì)算中是值得探究的問(wèn)題。

② 利用梁式橋可靠性評(píng)估的研究成果，加強(qiáng)對(duì)箱型拱橋中橋道梁(板)的可靠性評(píng)估技術(shù)的研究，確立橋道梁(板)的可靠指標(biāo)體系和評(píng)估準(zhǔn)則，為橋道梁(板)的改造更換提供量化依據(jù)。

③ 加強(qiáng)對(duì)吊桿的疲勞可靠性評(píng)估的研究。傳統(tǒng)的靜力安全系數(shù)評(píng)定法難以反映吊桿破斷機(jī)制，應(yīng)力腐蝕條件下吊桿的疲勞可靠性評(píng)估是今后研究的重點(diǎn)。

④ 箱型拱橋耐久性評(píng)估不僅要考慮構(gòu)件的受力特點(diǎn)，還要考慮典型環(huán)境特征的作用。箱型拱橋中，除吊桿外，大多數(shù)構(gòu)件為鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，如主拱圈、拱上立柱、橋道梁(板)等，從受力性質(zhì)上來(lái)說(shuō)，這些構(gòu)件大多與梁式橋的以受彎為主的構(gòu)件有所不同，除橋道梁(板)外一般為小偏心受壓構(gòu)件。另外，從箱型拱橋的地域分布特點(diǎn)來(lái)說(shuō)，多數(shù)分布在西南地區(qū)，因而耐久性評(píng)估除考慮一般大氣環(huán)境的作用(如碳化)，還要重點(diǎn)考慮酸雨環(huán)境的作用(如酸蝕和硫酸鹽腐蝕的耦合作用)。

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The Current Service Status and Advances in Reliability Assessment of Existing Reinforced Concrete Arch Bridges

LI Hongjiang， ZHANG Jinquan， LIU Hanyong， CHENG Shoushan，WU Hanliang， ZHANG Shouqi， YANG Yun

(Research Institute of Highway， Ministry of Transport， Beijing 100088， China)

[Abstract]The reinforced concrete arch bridge is one of the main arch bridge structural types in China，and the box arch bridge is the most promising type in the reinforced concrete arch bridge family.Influenced by factors of load，materials and environment，the reliability of existing reinforced concrete arch bridges has become increasingly prominent.To find out the current service status of existing reinforced concrete arch bridges，and clarify some advances in reliability assessment of these bridges，based on literature research and the existing achievements in this field，construction conditions of these arch bridges were briefly introduced.Then features of some severe structural defects or diseases in box arch bridges were given.Finally，the main characteristics of the reliability assessment of reinforced concrete arch bridges were analyzed in detail.Research shows that，evaluation methods based on reliability theory have been used in practical engineering projects，but most of them focused on assessing the safety of these bridges，and the means for structural system reliability assessment were relatively scarce.At the same time，the study on durability assessment was seriously lagging behind.Besides，there were no uniform standards at the value of target reliability index.The future study on the reliability assessment of box arch bridges should be put emphasis on the estimation of effects of permanent actions，the replacement criteria of deck beams or slabs，and the fatigue reliability of suspenders，etc.These studies are not only of theoretical significance，but also have wide application prospect and great social and economic benefits.

[Key words]reinforced concrete； arch bridge； reliability； assessment； safety； durability

[中圖分類號(hào)]U 448.22

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1674—0610(2016)02—0089—10

[作者簡(jiǎn)介]李宏江(1973—)，男，河北遷安人，博士，研究員，主要從事服役橋梁可靠性評(píng)估與加固技術(shù)研究。

[基金項(xiàng)目]交通運(yùn)輸部建設(shè)科技項(xiàng)目(2014318223030)

[收稿日期]2015—01—26