桥梁承载力检测评估方法与应用实践探析

桥梁作为连接区域与促进经济发展的重要基础设施，其结构安全与使用性能直接关系到道路交通的畅通与人民生命财产的安全。近年来，受服役年限延长、交通荷载加大以及环境影响等因素影响，部分桥梁存在不同程度的病害与损伤。传统的人工巡查已难以满足现代桥梁安全评估的需求，迫切需要依赖科学、系统的检测与评估手段对桥梁承载能力进行准确判断，确保其在复杂环境中的稳定运行。

一、桥梁承载力检测评估的理论基础与发展现状

（一）桥梁承载力概念与评估目的

桥梁承载力是衡量结构在既定安全条件下承受最大荷载的能力，分为极限承载力与正常使用承载力 [1]。前者对应结构临界破坏荷载，后者则关注结构在正常服役下的刚度、变形和裂缝控制。科学评估承载力有助于判断桥梁运行是否安全，是否需限载、加固或维修，同时也是桥梁寿命管理与资源优化配置的重要依据。

（二）评估过程中的基本步骤

评估流程一般包括资料收集、现场检测、结构建模和结果判定。前期获取设计图纸、病害记录与荷载信息；中期通过几何测量、材料测试与静动载试验获取关键数据；后期运用有限元软件（如 ANSYS、MIDAS）建模分析，并结合实测数据修正模型。最终依据规范对桥梁承载状态定级，生成评估报告。

二、桥梁承载力检测方法与评估技术路径分析

（一）结构检测的关键参数与检测技术

桥梁承载力检测需重点关注几何形态、材料性能及结构响应等核心参数。结构几何变化（如拱度、跨中挠度）、材料强度（如混凝土抗压强度 fc、钢材屈服强度 fy）、损伤裂缝宽度、钢筋锈蚀程度均直接影响结构承载能力。常用检测技术包括静载试验、动载试验、无损检测与材料性能测试 [2]。静载试验以车辆或千斤顶加载方式模拟设计荷载，检测桥梁在加载过程中的应变与挠度，适用于确定结构极限状态性能。动载试验用于监测桥梁的固有频率、阻尼比和加速度响应，反映结构活性与损伤敏感度。无损检测技术方面，超声波可用于探测混凝土内部缺陷，地质雷达适合识别桥面空洞与脱空，电化学测试（如电位法、混凝土电阻率测定）评估钢筋锈蚀发展状态。材料测试常通过回弹法初步评估混凝土强度，必要时进行钻芯取样，获取真实材料性能指标。

（二）桥梁结构健康监测系统的作用

结构健康监测系统（SHM）在承载力长期评估中具有重要作用，其核心是通过传感网络实时获取桥梁运行状态数据，实现结构损伤早期识别与趋势分析 [3]。常见传感器包括光纤光栅应变计、振动加速度计、位移计等，布设于关键截面、墩台、索塔及支座等敏感部位。通过边缘计算或远程数据采集终端，将结构响应数据上传至监测平台，实现 24小时连续监测。部分高等级桥梁采用分布式布点方案，结合数据融合算法，对结构变形、应变异常、温度变化进行综合预警。在某跨江悬索桥中，通过布设 FBG 光纤监测主缆锚碇应变变化，发现索力异常区段，为加固提供依据。长期监测数据还可用于有限元模型参数修正与疲劳分析，为桥梁全寿命评估奠定基础。

（三）承载能力评估模型与数值模拟方法

桥梁承载力评估通常依赖于数值模拟方法对结构进行载荷响应分析与安全性验证。有限元法（FEM）是当前主流技术，能有效模拟复杂边界条件和材料非线性行为。在模型建立过程中，应依据桥梁结构形式选择合适单元类型（如壳单元、梁单元、实体单元），对混凝土构件采用 Mander 模型、钢材采用理想弹塑性模型描述其本构关系。模型加载应采用设计工况组合，如 1.2 恒载 +1.5 活载 +0.9 温度效应，确保模拟条件贴近实际运营状态。必要时引入接触分析、支座滑移模拟、剪切连接仿真等，提升模型精度。在获取现场检测数据后，通过参数识别与灵敏度分析对模型进行修正，使其更接近真实结构行为。最后依据荷载 -响应曲线判断极限状态并计算安全系数，以决定桥梁是否满足承载需求。

（四）基于寿命周期的评估策略

随着桥梁服役年限延长，传统静态评估方法已难以满足结构安全动态管理的需求，基于寿命周期的承载力评估策略应运而生。该方法融合结构劣化规律、使用荷载历史、环境腐蚀因素等参数，通过建立损伤演化模型与剩余寿命预测模型，实现长期性能管理。常用方法包括矿山疲劳累积法、钢筋腐蚀速率模型（如Faraday 定律结合Cl- 扩散模型）、碳化深度预测模型等。例如在部分混凝土梁桥中，结合 Cl⁻ 浓度分布与钢筋保护层厚度预测其锈蚀启动时间，再基于电化学腐蚀速率估算有效截面损失与构件承载力变化。此外，生命周期成本（LCC）分析作为辅助工具，帮助决策者在评估成本、风险与安全性的基础上选择维修加固策略，从而实现结构长期性能与经济性的统一。

三、桥梁承载力评估的工程实践与案例分析

（一）典型桥梁承载力检测评估案例解析

某四跨 30 米简支预应力混凝土箱梁桥，建于 1994 年，近年来出现裂缝扩展与钢筋外露等病害。根据承载力评估工作安排，首先通过钻芯法检测混凝土抗压强度，结果为 31.2MPa ，低于原设计值 C35；电化学方法测试钢筋锈蚀电位为 -0.55V ，表明存在中度腐蚀风险；静载试验布设LVDT 测点监测跨中挠度，最大值为 5.6mm ，未超设计限值（L/800）。采用 MIDAS Civil 建立有限元模型，考虑构件损伤与材料退化进行模型修正，最终计算结果显示桥梁整体安全系数为 1.1，处于 B 级状态。评估建议对第二跨梁底裂缝区域采用 CFRP 布进行抗弯加固，并限制通行荷载不超过30 吨。

（二）评估结果的工程处理与加固建议

根据承载力评估等级，应结合病害部位与结构功能需求制定有针对性的加固与运维措施。对于正截面受弯承载力不足的构件，优先采用碳纤维布（CFRP）粘贴法增强抗弯性能；剪切破坏趋势明显时，可通过粘钢或外包钢方法提高刚度；对于钢结构桥梁锈蚀严重的腹板与连接部位，可采用螺栓连接补板或更换构件；在桥面变形异常处需更换滑移支座或加设减震阻尼器，提升系统位移控制能力。在短期内，为保障运营安全，还可采取限载、限速等交通管理措施，并加密检测频次，确保结构状态受控。

（三）实践中遇到的主要问题与改进建议

桥梁承载力评估常受检测环境复杂、数据不连续和模型假设过于理想化等因素影响，导致评估结果存在偏差与不确定性，难以全面反映结构真实状态。同时，现行评估标准更新滞后，对 UHPC、FRP 等新材料及组合梁、高性能钢构等新结构体系缺乏有效适配性与技术指导。改进方向应聚焦于加强信息化监测平台建设，依托 BIM+SHM 系统实现检测、建模与评估流程的一体化与实时化管理；同时推动基于性能的评估方法（PBEE）在实际工程中的推广应用，并加快评估规范与设计标准的更新步伐，全面提升桥梁承载力评估的科学性、系统性与工程适用性。

总结：

桥梁承载力检测与评估是保障结构安全与延长服役寿命的关键手段。通过系统的检测技术、科学的分析方法及合理的评估体系，能够准确掌握桥梁当前性能状态。面对实践中的技术与标准瓶颈，应持续推动评估方法的信息化、智能化与标准化发展，为桥梁健康运营提供更加可靠的技术支撑。

参考文献

[1] 周连英 . 既有连续梁桥承载力试验与检测方法研究 [D]. 华东交通大学 ，2020.000687.

[2] 赵雨森 . 梁端转角响应在桥梁检测评估中的应用研究 [D]. 中南大学 ，2022.002895.

[3] 张欢乐 . 桥梁结构健康监测与维护技术研究 [J]. 汽车画刊 ，2024，（11）：98-100.