高速公路改扩建工程中既有桥梁可用性评判方法技术

本发明专利技术公开了一种高速公路改扩建工程中既有桥梁可用性评判方法，包括：步骤一、对高速公路改扩建工程中既有桥梁进行技术状况与承载能力评定，对于技术状况等级评为3类、4类和5类的桥梁，以及评为1类和2类但承载能力不满足要求的桥梁，不建议在改扩建工程中继续使用；步骤二、对于评为1类和2类且承载能力评定为满足要求的桥梁，划分主体结构构件类别，计算任一主体结构构件类别的外观耐久状态的分值，达到阈值范围则不建议在改扩建工程中继续使用。本发明专利技术对桥梁耐久性提出定性和定量相结合，充分考虑了桥梁当下的安全状态和将来的耐久性状况，使改扩建工程中桥梁的再利用具备更充分的安全保障，保障桥梁在后期运营中长期的安全性能。性能。

【技术实现步骤摘要】
高速公路改扩建工程中既有桥梁可用性评判方法


[0001]本专利技术涉及桥梁结构延寿
更具体地说，本专利技术涉及一种高速公路改扩建工程中既有桥梁可用性评判方法。

技术介绍

[0002]随着沿线社会经济的快速发展，高速公路交通量增长迅猛，国内早期建设的部分路段已经达到或接近饱和状态，服务水平严重下降，现状通行条件无法适应其重要的路网地位及未来交通需求的发展要求，亟需进行改扩建。桥梁是交通网的关键节点，在高速公路改扩建工程中既有桥梁已服役多年，经过多年的超负荷运营，既有桥梁结构性能劣化，大量桥梁结构的服役性能和耐久性能普遍降低。由于环境因素复杂、自然灾害频发、超载超限服役、维养技术落后、早期建设技术有限等因素，大量理论上处于设计寿命中期甚至早期的桥梁结构提前“老龄化”。有些老桥虽然看起来总体技术状况表现良好，但是局部可能存在一定的安全隐患或已基本接近耐久极限状态。在有些改扩建工程中，为保障桥梁结构体系服役性能协调一致，统一对线路中老桥全部拆除重建，老桥的可持续利用价值没有得到发挥，造成重大资源浪费，不符合绿色环保发展理念。既有桥梁有很多是可以通过一些延寿措施达到与新建桥梁相一致的使用寿命的，但缺少一种合理的评判方法。还有一些改扩建工程中对表观状况较好的既有桥梁直接利用，仅以桥梁当时的表观技术状况和承载力作为依据即判断该桥梁可继续使用，但结构材料内部劣化情况不做分析，在后期却发现桥梁的劣化过程迅速，比如保护层过薄导致碳化到钢筋表面后出现大面积的腐蚀，维护成本大大增加，该情况下拆除重建比直接利用更具经济性。改扩建过程中如何采用“创新、协调、绿色、开放、共享”发展理念，对高速公路改扩建工程中既有桥梁的可继续使用性做出合理评判、制定延寿准则并采取针对长效的延寿措施，使其与新建桥梁具有一致的耐久性和安全性，是实施工程改扩建所面临的重要难题。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供一种高速公路改扩建工程中既有桥梁可用性评判方法，其对桥梁耐久性提出定性(外观耐久状态)和定量(剩余耐久年限)相结合，充分考虑了桥梁当下的安全状态和将来的耐久性状况，既考虑了结构构件耐久性劣化的外观表征，又体现了结构材料内部劣化过程，标本兼具，评价内容全面，使改扩建工程中桥梁的再利用具备了更充分的安全保障，耐久性的评价可保障桥梁在后期运营中长期的安全性能。
[0004]为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种高速公路改扩建工程中既有桥梁可用性评判方法，包括：
[0005]步骤一、对高速公路改扩建工程中既有桥梁进行技术状况与承载能力评定，对于技术状况等级评为3类、4类和5类的桥梁，以及评为1类和2类但承载能力不满足要求的桥梁，不建议在改扩建工程中继续使用；
[0006]步骤二、对于评为1类和2类且承载能力评定为满足要求的桥梁，划分主体结构构
件类别，计算任一主体结构构件类别的外观耐久状态的分值，达到阈值范围则不建议在改扩建工程中继续使用。
[0007]优选的是，步骤二中，任一主体结构构件类别划分多个耐久性评定单元，评定每个耐久性评定单元的外观耐久状态的等级，并确定对应的外观耐久状态的分值，以获得每个主体结构构件类别的外观耐久状态的分值：
[0008][0009]其中，A为任一主体结构构件类别的外观耐久状态的分值；
[0010]A
i
为该主体结构构件类别中某一耐久性评定单元的外观耐久状态的等级对应的分值；
[0011]n
i
为该主体结构构件类别中相同分值的耐久性评定单元数量；
[0012]n为该主体结构构件类别划分的耐久性评定单元数量。
[0013]优选的是，任一主体结构构件类别的外观耐久状态的分值未达到阈值范围时，分别评定该主体结构构件类别中每个耐久性评定单元，若该耐久性评定单元的剩余耐久年限不小于设计使用年限，则该耐久性评定单元建议在改扩建工程中继续使用。
[0014]优选的是，计算任一主体结构构件类别的每个耐久性评定单元的寿命系数和可用寿命系数，
[0015]k
y
≥1时，该耐久性评定单元在改扩建工程中可继续使用；
[0016]时，该耐久性评定单元在改扩建工程中可延寿使用；
[0017]时，该耐久性评定单元在改扩建工程中不宜继续使用；
[0018]其中，k
y
为寿命系数，为可用寿命系数；
[0019][0020]其中，t
e
为耐久性评定单元的剩余耐久年限；
[0021]T为改扩建工程的目标使用年限；
[0022][0023]其中，T
0i
为第i类延寿技术的有效保障年限；
[0024]m
i
为实施某一类维护措施的数值；
[0025]j为改扩建工程的目标使用年限内对既有桥梁拟采取的维护措施类型的数量；
[0026]j值和m
i
值应满足：
[0027][0028]其中，C
0i
为第i种维护措施的造价；
[0029]C
r
为拆除重建的造价。
[0030]优选的是，一般大气环境下的混凝土桥梁，计算耐久性评定单元的剩余耐久年限t
e
时，以碳化深度到达钢筋表面作为耐久性极限状态：
[0031][0032][0033]其中，c为钢筋保护层厚度；
[0034]t0为桥梁已运营时间；
[0035]k
c
为碳化系数；
[0036]d为混凝土碳化深度。
[0037]优选的是，海洋环境中受氯离子侵蚀的混凝土桥梁，计算耐久性评定单元的剩余耐久年限t
e
时，以钢筋表面氯离子浓度到达锈蚀临界值作为耐久性极限状态：
[0038][0039][0040]其中，k
D
为氯离子侵蚀系数；
[0041]D为混凝土中氯离子扩散系数；
[0042]erf
‑1为误差函数的反函数；
[0043]C
cr
为氯离子临界浓度；
[0044]γ
s
为氯离子表面浓度系数；
[0045]C
s
为表面氯离子浓度；
[0046]D值和C
s
值应满足：
[0047][0048]其中，C
x,t
为龄期t时在x深度处的氯离子浓度；
[0049]C0为混凝土中初始氯离子浓度；
[0050]erf为误差函数；
[0051]x为距离结构表面的深度。
[0052]本专利技术至少包括以下有益效果：
[0053]第一、本专利技术在评判改扩建中既有桥梁的可用性过程中，在现有技术规范的基础上，提出了“技术状况等级”【《公路桥梁技术技术状况与承载能力评定标准》(JTG/TH21
‑
2011)】、“承载能力要求”【《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/T J21...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高速公路改扩建工程中既有桥梁可用性评判方法，其特征在于，包括：步骤一、对高速公路改扩建工程中既有桥梁进行技术状况与承载能力评定，对于技术状况等级评为3类、4类和5类的桥梁，以及评为1类和2类但承载能力不满足要求的桥梁，不建议在改扩建工程中继续使用；步骤二、对于评为1类和2类且承载能力评定为满足要求的桥梁，划分主体结构构件类别，计算任一主体结构构件类别的外观耐久状态的分值，达到阈值范围则不建议在改扩建工程中继续使用。2.如权利要求1所述的高速公路改扩建工程中既有桥梁可用性评判方法，其特征在于，步骤二中，任一主体结构构件类别划分多个耐久性评定单元，评定每个耐久性评定单元的外观耐久状态的等级，并确定对应的外观耐久状态的分值，以获得每个主体结构构件类别的外观耐久状态的分值：其中，A为任一主体结构构件类别的外观耐久状态的分值；A
i
为该主体结构构件类别中某一耐久性评定单元的外观耐久状态的等级对应的分值；n
i
为该主体结构构件类别中相同分值的耐久性评定单元数量；n为该主体结构构件类别划分的耐久性评定单元数量。3.如权利要求1所述的高速公路改扩建工程中既有桥梁可用性评判方法，其特征在于，任一主体结构构件类别的外观耐久状态的分值未达到阈值范围时，分别评定该主体结构构件类别中每个耐久性评定单元，若该耐久性评定单元的剩余耐久年限不小于设计使用年限，则该耐久性评定单元建议在改扩建工程中继续使用。4.如权利要求3所述的高速公路改扩建工程中既有桥梁可用性评判方法，其特征在于，计算任一主体结构构件类别的每个耐久性评定单元的寿命系数和可用寿命系数，k
y
≥1时，该耐久性评定单元在改扩建工程中可继续使用；时，该耐久性评定单元在改扩建工程中可延寿使用；时，该耐久性评定单元在改扩建工程中不宜继续使用；其中，k
y
为寿命系数，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈光伟，王少鹏，马永磊，赵尚传，杨斌，刘龙龙，马千越，左新黛，
申请(专利权)人：交通运输部公路科学研究所，
类型：发明
国别省市：