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7.1简介
许多发达国家已经完成或几乎完成了公路基础设施系统，这对他们的经济发展有很大帮助。美国有这样一个系统，包括大约600,000座桥梁。请注意，根据联邦公路管理局（FHWA）的定义，任何承载跨度超过20英尺的道路的结构都被列为桥梁。这些桥梁中约有40％是由各州合法拥有的。联邦政府和其他私人拥有一小部分。其余的，占总数的大部分，由县，市，乡镇等拥有。实际上，地方政府和私人所有者适用管辖国颁布的规范，这些规范在很大程度上符合AASHTO颁布的国家规范和FHWA公布的国家指南。
维护这些桥梁的安全和正常运行是业主的法律责任。AASHTO已经发布了评估这些桥梁的规范。目前用于此目的的AASHTO规范包含在AASHTO桥梁评估手册（2011）中。这套规范称为AASHTO手册或者与AASHTO设计规范一起作为本书中的AASHTO规范。本书引用了AASHTO手册中的文章，其中添加了M作为识别号码的前缀。例如，M1.2.3参考AASHTO 手册（ 2011 ）中的第 1.2.3 条。相比之下， 1.2.3 参考了 AASHTO LRFD桥梁设计规范（2012）中的第1.2.3条。
目前，美国桥梁工程师的主要工作是维护公路基础设施系统中现有桥梁的安全和正常运行。因此，新桥梁规划的目标，设计，建筑通常是为了满足现有系统的需要，例如更换或修复老化的结构。这些决策是基于许多因素做出的，包括但不限于条件评级，负载评级，功能，流量需求和资金可用性。在本书中，条件等级在第7.2节中简要讨论，负载等级在7.3节中介绍，钢桥组件的疲劳评估在7.4节中给出。
条件等级是在现场检查桥梁的结果，主要基于目视观察并且偶尔使用其他装置或设备来执行。图7.1-1至7.1-3显示了桥梁检查的一些示例结果。图7.1-1和7.1-2也常用于最终确定桥梁修复的范围。图7.1-3是检查和随后的范围界定的结果，其中桥墩中的恶化混凝土已被移除并且要放置新的混凝土。
图7.1-1
钢桥梁具有腐蚀和有限的垂直间隙
图7.1-2破裂的混凝土桥墩
图7.1-3
7.2检测与条件评定
根据国家桥梁检查标准的要求，每个桥梁（即公路上的每个结构，在20英尺或更长的跨度的洼地或障碍物上）需要每24个月至少检查一次。这样做是为了监测桥梁工作条件的演变或可能的恶化，并及时做出决定修复，或紧急处理，如加强或关闭。
在美国有两种主要的状态评估系统：FHWA国家桥梁库存（NBI）系统和Pontis系统。在某些州，还有许多与NBI不同的评级系统。但是，FHWA要求各州以NBI格式报告其桥梁检查结果，以方便数据处理和后续报告。
FHWA NBI系统使用数字评级框架来指示桥梁的状况。被评定的桥接部件可以是RC甲板，梁，电缆等。评级可以是0,1,2，...，9。表7.2-1给出了这些级别的定义。如图所示，这些级别是口头定义的。当使用表7.2-1中的定义时，不可避免地需要主观判断。在一些状态下使用了一些桥组件评级系统，与FHWA系统的差异很小。例如，纽约州交通部使用了一个1到7之间的系统，如表7.2-2所示。
应该强调的是，评级结果主要基于视觉观察达到。如果认为有必要，偶尔可以使用装置进行物理测量。例如，如果怀疑钢桥梁中的疲劳裂纹，则简单的染料渗透测试是确认或否认观察的一种方式。如果确实存在，它还可以识别裂缝的末端，从而更好地理解裂缝的严重程度。
桥梁管理系统是美国国会授权的管理系统之一，用于更加量化地制定桥梁维护，修理，修复和更换的决策。多年来，Pontis（源自拉丁文词pons，意为“桥”）
管理体制在各州获得了支持。截至2008年，它已被AASHTO许可给45个美国州交通部门和美国及其他国家的其他组织。因此，这里简要讨论系统的评级结构。
|
等级 |
NPI评级定义 |
|
N |
不适用 |
|
9 |
极好 |
|
8 |
非常好 |
|
7 |
好 |
|
6 |
满意 |
|
5 |
中等 |
|
4 |
差的 |
|
3 |
很差的 |
|
2 |
临界 |
|
1 |
将要损坏的 |
|
0 |
损坏的 |
表7.2-1
FHWA对桥梁部件状况评级的定义
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等级 |
描述 |
|
9 |
条件和/或存在未知 |
|
8 |
不适用 |
|
7 |
新条件，没有恶化 |
|
6 |
用于过渡5到7的等级 |
|
5 |
轻微变质但按原设计运行 |
|
4 |
用于在3和5的额定值之间进行过渡 |
|
3 |
严重劣化或无法按原设计运行 |
|
2 |
用于在1和3的额定值之间进行过渡 |
|
1 |
完全恶化或损坏的情况 |
表7.2-2
纽约州交通运输部的桥梁部件状态等级定义
Pontis系统使用最多五个状态（级别）的评级方案，具体取决于桥元素。Pontis中的最小条件状态数为3.例如，元素314（罐承载）使用状态1到3进行评级;元素103（预应力混凝土箱梁）使用1至4;和元素12（混凝土甲板和没有覆盖的板）使用1到5.通常，1表示设计中预期的最佳/新条件，最大可能状态（3,4或5）表示最差条件。
虽然州公路机构可以使用Pontis系统进行桥梁部件评级并根据Pontis概率模型预测未来评级，但仍需要以NBI格式（0到9）向FHWA报告桥梁状况，以便为国家桥梁库存。结果，许多州使用两种系统执行条件评级。显然，对于相同的桥组件，NBI和Pontis系统之间必然存在关系，尽管它肯定不是线性的（或者不需要这两个系统）。
NBI系统和Pontis系统之间的另一个主要区别是，前者是仅记录条件演变的数据库，但后者具有使用记录和累积的历史条件评级来概率预测未来条件可能是什么的附加功能。程序级别（例如，在州，市和县的级别）。
FHWA已经发布了关于如何检查和评估公路桥梁部件状况的指南（FHWA，2006）。桥梁所有者（主要是州或州运输机构）也发布了各种指导方针，以便在管辖范围内实施。有些是免费在线提供的。
除桥接组件额定值外，各州还开发了综合评级系统，将组件额定值汇总为子系统或整个桥梁系统的单一评级。例如，许多州分别使用上部结构部件和子结构部件的额定值来对每个桥的上部结构系统和子结构系统（包括轴承）进行聚合评级。他们还开发了公式，将所有组件额定值合并为一个整体桥系统。这些公式通常将关键组件评级与相应和不同的权重线性相结合。例如，这些部件在桥梁系统中被认为更为关键，因此具有更重的重量：上部结构中的主要承载构件（梁，桁架，拱门等），桥台和桥墩，冲刷条件等等。这些组件的权重更加显着，因为它们的故障可能更有可能导致桥接系统故障。
对于Pontis评级，一些州还制定了关于Pontis桥检查和评级的指南/手册，特别适用于辖区内。其中一些指南/手册也可以在线免费下载。感兴趣的读者可能希望在需要时咨询他们。许多内容包括用于定义评级的照片，以教育新教师并使检查结果更加一致。
请注意，桥梁检查和状态评定中提到的要素还包括非结构性桥梁组件，例如油漆系统
钢铁成分。图7.2-1显示了修复中桥梁的脱漆操作，作为桥梁状态升级的典型任务。
此外，还为工程师提供专业的短期课程，以学习，加强和更新桥梁检查和状态评定所需的知识。这些课程提供了详细检查和评级的进一步报道，这超出了本公路桥梁设计和评估的入门书籍的范围。
图7.2-1
真空限制用于从钢桥梁上去除油漆以重新涂漆
7.3 额定荷载
额定载荷是公路桥梁评估的另一个重要步骤。它比条件评级更具量化性。它解决了安全承载能力或定量给出了桥梁能够安全携带的负载水平，并且包括一致的安全裕度。负载评级过程使用有关设计过程中的强度和负载的信息，通过现场检查更新可用和/或适当的桥。
AASHTO手册规定了以下等级的额定负荷，定义为额定因子RF：
M6A4.2.1 （7.3-1）
对于强度极限状态：
M6A4.2.1 （7.3-2）
适用下限：
对于使用极限状态:
M6A4.2.1 C=fR (7.3-3)
注：
RF =额定因子
C =承载应力
f R = AASHTO设计规范中规定的允许应力
Rn=标称阻力
DC=结构部件和附件造成的静载效应
DW =由于磨损表面和实用设施导致的静载效应
P =静载荷以外的永久载荷
LL =活载载荷效应
IM =动力系数
= AASHTO设计规范DC的负载系数
= DW的AASHTO设计规范负载系数
=AASHTO设计规范永久载荷的载荷系数=
=评估活载因子（不同于AASHTO设计规格）
=条件因子如表7.3-1所示
=系统系数，如表7.3-2所示
=AASHTO设计规格阻力系数
表7.3-1
|
部件结构因数 |
|
|
好或满意 |
1.00 |
|
中等 |
0.95 |
|
差 |
0.85 |
表7.3-2
|
上部结构 |
|
|
双梁/桁架/拱桥中的焊接构件双梁/桁架/拱桥中的焊接 |
0.85 |
|
双梁/桁架/拱桥中的焊接构件双梁/桁架/拱桥中的铆接 |
0.90 |
|
构件桁架桥中的多个瞄杆构件 |
0.90 |
|
三梁桥，主梁间距6英尺 |
0.85 |
|
四梁桥，主梁间距le;4英尺 |
0.95 |
|
所有其他梁桥和板桥 |
1.00 |
|
间距gt; 12英尺的地梁和非连续纵梁 |
0.85 |
|
楼板梁之间的冗余纵梁子系统 |
1.00 |
图7.3-1
可能导致截面损失的重大油漆损坏和腐蚀。
虽然在美国使用一组在各州之间相对统一的规范来实施公路桥梁的设计，但是现有桥梁的额定负载在更灵活的规范下执行。AASHTO手册允许更多依赖于司法管辖区的实践，考虑到成本影响，状态实践历史，有时还考虑现场条件（例如，负载要求取决于当地负载范围）。这种方法考虑到这样一个事实，即在设计阶段增加新桥梁的容量可能会增加现有桥梁以增加其承载能
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资料编号：[2912]
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