2021年度研究进展13：桥梁养护

引言

2021年，江苏省南通市通州区刘桥镇九圩港英雄大桥、江苏省丹阳市导墅镇老黄埝桥、黑龙江省哈尔滨市方正县新兴大桥、湖北省鄂州市大广高速花湖互通D匝道桥垮塌。洪水作用下，南同蒲线昌源河大桥桥台冲毁、海南G98环岛高速公路K453+900珠碧江大桥桥墩下沉倾斜，封锁桥梁。四川泸县6.0级地震，绵泸高铁多座简支梁桥支座螺栓剪断，区间被迫停运。

桥梁养护决定运营安全，建设和养护全功能全寿命的理念已经在行业内达成共识。在安全可靠前提下，实现干扰少、时间少、费用少的高效养护，是桥梁养护研究目标。运营桥梁养护工作，最先接触到病害，然后自然地系统思考如何养护得更好，进而提升养护技术水平。病害整治、养护策略、养护技术是桥梁养护三大主题。本文主要介绍2021年业界在这三方面取得的成绩。

病害整治

1.1 ?

索夹和吊杆

何少阳[1]介绍了悬索桥索夹滑移、索夹与主缆涂层之间出现缝隙、索夹螺杆拉力减小病害。运营期间，索夹螺杆张力损失可超过50%。其原因为：活载拉力导致主缆直径变小；主缆钢丝重新排列，孔隙率变化；主缆缠丝不够紧密；索夹橡胶密封带老化变形。

胡小康等[2]分析了2×1080m三塔两跨悬索桥10根短吊索病害。上、下销轴中心间距增大，吊索长度变长，下套筒脱开，下锚头护筒密封圈与锚杯间出现缝隙，下套筒与锚杯连接处出现断裂。上套筒与锚杯连接处严重锈蚀，吊索钢丝坑蚀，钢丝锈蚀疲劳断裂。病害主要原因为销轴与衬套卡死致使耳板不能正常转动，检查吊索下叉形耳板与钢箱梁锚板没有转动痕迹，而正常吊索转动痕迹很明显。更换病害吊索，对新吊索上、下锚头进行优化设计，特别是衬套，新吊索的销轴与梁端锚板接触面用锡青铜、与叉形耳板接触面用DU复合材料。销轴不外露，不与叉耳板连接固定。采取各种措施，增加销轴转动性能。下锚头钢套筒伸入锚杯口由原28mm增大到45mm。下锚头钢套筒壁厚由原12.5mm增大到23.5mm。安装临时索夹、临时索辅助卸载更换新吊索。

张小丹等[3]也介绍了2×1080m三塔两跨悬索桥吊索病害(图1)。下锚头套筒与锚杯连接处断裂，对其解剖后发现下锚杯内部不密实，局部位置存在空隙，导致锚杯内腔湿气侵入，钢套筒与锚杯连接处钢丝断裂，钢丝断口和钢套筒锈蚀严重，锈蚀程度由下至上逐渐减弱。上、下销轴总体完整，表面磨损严重(图2)。上、下衬套挤压、磨损变形严重，局部位置破损，表面有部分固体润滑剂缺失和破损，且受压区润滑剂损失严重(图3)。更换后的新吊索与旧吊索对比见图4.

(a) 下护筒拉开照片

(b) 正常下护筒与锚头连接

图1 悬索桥吊索下护筒脱开缝隙(张小丹等[3])

图2 销轴病害照片(张小丹等[3])

图3 衬套病害照片(张小丹等[3])

图4 新吊索和旧吊索对比(张小丹等[3])

朱毅[4]介绍了上海轨道交通3号线苏州河桥梁拱组合结构多根吊杆下锚头锈蚀较严重，采用临时兜吊方案更换吊杆。射水法清除吊杆锚头内的环氧铁砂，取出吊杆。对变形、应力、索力、温度进行换索施工监测。

赵素雅[5]发现福州湾边大桥刚构-拱组合结构2019~2021年3次专项检测吊杆索力超设计值，边跨吊杆索力大，中跨吊杆索力小。采用MIDAS软件分析认为混凝土收缩徐变、频率法测试误差等对吊杆索力影响较大，建议更换全部吊杆。

宋重阳等[6]分析了跨径220 m广西柳南高速六景郁江桥钢管混凝土拱桥典型病害。钢管与混凝土温度膨胀系数差异、混凝土灌注不密实引起钢管脱空。吊杆防水罩开裂导致雨水渗流至锚头保护罩内，导致锚头积水、锈蚀。桥面系预应力横梁大量U型裂缝、纵向矮T梁大量U型裂缝系受力引起。采用钢-混叠合梁替换桥面系，更换吊杆，向钢管内压注环氧类浆液。加固后，实测吊杆索力、桥面线形满足要求。

四川华腾公路试验检测有限责任公司等单位发现某拱桥吊杆突然振动，横向振幅10cm，立即封锁桥梁。该桥1999年建成，吊杆采用钢绞线，挤压式锚头。检测发现钢绞线锚头滑移、钢丝锈蚀严重。

1.2 ?

曲线梁桥

胡安庆等[7]发现一座4层立交桥的第4层曲线桥(A线桥)桥墩A30-2顶紧第3层曲线梁体(B线桥)，第4层桥墩柱的梁墩抵紧背面弯曲开裂，第3层曲线梁的防撞墙混凝土压溃、曲线梁错位明显、支座剪切变形明显。长期监测表明，2019年第3层曲线梁横向位移30.64mm，残余横向位移8.12mm。第3层曲线梁横向位移没有随着温度变化而回复原位，第4层曲线梁横向位移较小。第4层、第3层曲线梁横向位移与温度相关系数分别为0.92、0.68。第3层梁横向位移受到温度、重车等联合作用。在季节性温度变化作用下，第3层曲线梁横向温度位移大，叠加上重车荷载，逐渐向曲线外侧横向爬移，梁体靠近第4层桥墩柱；第4层曲线梁与第3层曲线梁反向交叉，横向位移方向相反，第4层曲线梁横向位移带动其桥墩横向移动，墩柱靠近第3层曲线梁，最后发展为梁墩顶死病害(图5)。

图5 第4层桥A30-2墩与第3层桥Bc联梁体横向顶死(胡安庆等[7])

黄筱淇等[8]分析了南昌市坛子口立交桥病害。该桥为大圆环带匝道立交，主桥与5条匝道(TA、TB、TD、TE、TC)采用牛腿连接。高温天气出现梁端顶死，伸缩装置偏斜扭转。TD5墩柱根部顺桥向剪切破坏，墩顶有劈裂性裂缝，支座破坏。TD2墩支座上钢板螺栓剪断，单向支座上钢板滑出主梁，支座上、下钢板错位量达114mm。TD4墩支承垫石混凝土剥落。TD3 处梁体向北位移66mm，TD6、TD7梁端向南位移，TD匝道梁发生逆时针旋转(图6)。其余匝道与主桥在在牛腿位置均发生错缝，有旋转迹象。环形主桥偏位带动匝道梁发生偏转。病害原因为：匝道牛腿支座没有支承垫石，梁底到牛腿顶面距离小，灰尘泥沙堆积掩埋支座，难以检查支座病害，支座被压入梁内，支座失效。整治方案为：分离主桥梁体和匝道梁体，废弃牛腿，新建部分桥墩支撑主桥和匝道，钢套箍加固增设梁体限位装置的桥墩，增大梁缝，更换伸缩装置。利用升温，顶推环形主桥纠偏。一年半的监测表明，整治效果良好。

图6 TD匝道跟随主桥旋转偏位

孟杰等[9]介绍了曲线桥支座移位和脱空病害(图7)。预应力、日照分别作用下，支座出现负反力。建议采用扁平箱式截面、增加抗扭支座间距。

图7 支座脱空(孟杰等[9])

1.3 ?

钢梁

刘小玲等[10]分析了一座跨径648m钢箱梁斜拉桥病害的空间分布特征。钢箱梁斜腹杆过焊孔裂纹分布与主梁受力分布吻合，跨中和辅助墩裂纹多，桥塔附近基本没有裂纹；上、下游索力不一致；上、下游拉索护套开裂病害相差大；钢塔涂层劣化主要在桥面和塔顶区域；钢塔有190个高强螺栓锈蚀。

潘思彤等[11]分析了一座主跨618m斜拉桥钢箱梁病害。该桥2000年建成，2019年发现439套高强度螺栓断裂、16073套螺栓严重锈蚀。年断栓率约0.05%。断裂螺栓主要集中分布在钢箱梁底板和斜腹板，底板占比为 69%，腹板占比为 31%，顶板螺栓未发现断裂。断裂部位的螺栓更换后容易再次断裂。严重锈蚀螺栓95%截面已断裂。断裂螺栓部位渗水严重，桥面铺装损坏严重。断口宏观分析显示应力腐蚀断裂占比94.6%，脆性断裂占比5.4%。电镜扫描图谱能看出断裂缺陷源区、发展区，显示应力腐蚀特征。实测扭矩超拧超过10%的螺栓占比3%。金相分析图谱显示断裂螺栓均为索氏体，螺栓热处理工艺满足要求。实测螺栓摩擦系数为0.58～0.67，大于设计值0.45。螺栓断裂主要原因为桥面积水从铺装破损处的连接接头渗入钢箱梁，引起螺栓应力腐蚀。堵漏处理后，螺栓锈蚀断裂明显减少。

祝龙[12]认为滨海公路辽河大桥斜拉桥钢箱梁靠近渤海，空气中盐分含量高，导致箱梁内部顶、底板局部腐蚀，底板外部有点状锈蚀及泡状锈蚀。

史毅杰[13]检测发现一座城市立交桥钢混组合箱梁的桥面板混凝土剥落、箱内钢板与螺栓锈蚀、箱内底板积水、箱内有混凝土残渣、木板碎屑及碎石块等建筑垃圾以及泄水管失效病害。建议增设底板泄水孔、涂刷界面胶和C50自流平混凝土修补桥面板进行病害处置。

京广线K999+188柳林桥双线3×24m上承式钢板梁于1964年1月竣工，使用56年后，钢板梁上下盖板锈蚀磨损严重，支座剪切变形开裂，钢梁纵向偏移严重，接近桥台前墙，线桥偏心较大，浅基严重病害。张齐[14]比较了混凝土框架桥、刚构桥、简支梁桥方案，认为框架桥方案底板受冲刷威胁。简支梁桥方案利用原有桥墩和扩大基础，也未消除浅基病害。刚构桥方案钻孔桩基础的整体性好，解决了原桥所有病害，为实施方案。

京沪线K528上行线和下行线分别为一孔24m、21m上承式钢板梁桥，1973年建成。钢梁上盖板翘起，铆钉烂头，钢梁严重腐蚀，钢梁纵向位移大，梁端顶紧桥台，桥台护锥冲刷，桥梁限速45km/h运营。程正楷等[15]考虑到利用既有桥台和扩大基础风险较大，推荐重建新桥。比选简支T梁和框架桥，采用了对铁路影响小、施工风险低、投资少、后期运营成本低的框架桥方案。

付军等[16]采用ABAQUS软件建立宜都枝城长江大桥整体-局部-细部多层次精细化有限元模型，公路桥面托架角钢开裂病害原因为：托架竖直角钢与上弦角钢翼缘分离导致局部区域发生应力集中，最大等效应力139.2MPa；公路桥面纵梁不连续，托架受力发生扭转；公路车辆超载1倍，托架应力增大153.4%。采用增大垫板尺寸、竖直角钢上端顶紧翼缘、在角钢裂缝两侧设置T形钢板等加固措施后，角钢最大等效应力降低62.7%，已经安全通车运营3年。

娄松等[17]分析了运营50多年的南京长江大桥病害。公路混凝土桥面板开裂剥落，钢纵梁腹板疲劳开裂，威胁下层铁路行车安全。更换公路桥面系，将公路桥面改造为适用于既有钢桁梁的多支座支承正交异性钢主梁结构体系，研发适应板桁间多项效应的多功能拉压钢支座，设计兼具施工平台作用的防护隔离棚架，研制快速架设宽体钢主梁的架板机以及新制钢主梁与既有钢桁梁匹配安装控制技术。

1.4 ?

混凝土梁

袁鑫等[18]分析了鹤大高速红岭高架桥预应力混凝土连续刚构桥腹板斜裂缝、顶板纵向裂缝、底板纵向裂缝等病害原因。认为弯矩和剪力引起腹板斜向开裂，横向弯矩过大引起顶板纵向开裂，预应力径向作用过大造成底板开裂。应变校验系数大于1。建议顶板加厚、腹板加厚、底板增设横梁以及体外预应力进行加固。

徐光铭等[19]统计分析了2020年山东省10条高速公路桥梁检测结果，服役15年以内的桥梁技术状况基本上为一类桥。发现预应力混凝土箱梁沿钢束走向出现裂缝(图8)。

图8 预应力混凝土箱梁沿钢束走向裂缝

陈锋[20]介绍了一座(45+3×70+45)m预应力混凝土连续箱梁腹板斜裂纹病害。箱梁内部腹板斜向裂纹主要集中在70m跨0.2～0.4L、 0.6～0.8L 之间，即1/4和3/4截面附近。箱梁外侧腹板斜向裂纹比内侧少。斜裂纹走向与梁体轴线夹角10°～45°。斜裂纹宽度多为 0.10~0.30mm，裂纹中部缝宽、两端缝窄。腹板斜裂纹分布与计算主拉应力吻合。在箱内腹板主拉应力计算超限区及开裂区竖向粘贴宽150mm、厚6mm的Q345钢板条，再用纵向钢板条扣压竖向钢板条。加固后运营显示，斜裂纹未发展。

王灿等[21]分析了2007年底通车的一座(55+80+55)m预应力混凝土连续箱梁病害。边跨现浇段顶板纵向裂纹，顶板齿块裂纹严重，中跨L/4、3L/4截面腹板斜向裂纹，2011~2017年跨中下挠83.4mm。认为混凝土收缩徐变、梁体刚度降低、预应力损失导致跨中下挠。通过MIDAS计算分析出混凝土收缩徐变下挠值12.9mm、梁体刚度降低引起的下挠值25.4mm，再用实测下挠值83.4mm减去收缩徐变、刚度降低下挠值，得到预应力损失引起的下挠量值45.1mm，再反算出顶板预应力损失10%、底板预应力损失30%。采用体外预应力补充原来的预应力损失，增加压应力1MPa，消除主拉应力。体外束加固后，2018年基本无下挠，裂纹无明显发展。

龙佩恒等[22]分析了北京地区京哈、京平高速公路的混凝土梁桥病害，发现80%的混凝土梁桥存在裂纹、钢筋锈蚀、混凝土碳化和剥落以及支座下沉等病害，超过50%的病害与梁桥渗漏水有关。

郑舟军等[23]介绍了某主跨150m预应力混凝土连续梁桥底板横向裂缝、腹板竖向裂缝病害。静载试验时，底板横向裂缝和腹板竖向裂缝宽度增大。2020年比2004年静载试验的结构校验系数增大，结构性能降低。

孙晋城等[24]针对湖州某立交桥预应力混凝土连续箱梁横向裂缝加固，比较预应力钢板、体外预应力加固，体外预应力加固效果和经济性更好。

朱屏[25]提出了空心板铰缝失效的处治方法：体外横向预应力、铰缝横向局部植筋、加强桥面铺装钢筋、横桥向粘贴钢板。

王知乐等[26]将钢筋混凝土梁加载至开裂，然后进行钢筋锈蚀处理。继续加载，比较粘贴CFRP片材、粘贴BFRP片材、锚贴钢板3种方法对锈蚀钢筋混凝土梁的加固效果。粘贴CFRP、粘贴BFRP限制裂缝发展比锚贴钢板更好。锚贴钢板加固，加载至某一级荷载，裂缝宽度突然增大。

1.5 ?

支座

宋连亮[27]将橡胶支座病害分为五类：劣品、脱空、移位、剪裂、失效。失效指转角超容许转角及剪切水平位移超容许值。采用可调节转换型支座，更换整治兴延高速公路六环立交匝道桥支座剪切变形过大的剪裂病害。预应力张拉前，支座可滑动；预应力张拉后，再安装支座上、下钢板锚固螺栓，转换为普通板式支座。

沪昆高速公路(镇胜段)北盘江大桥为跨度636m简支钢桁梁悬索桥，钢桥面板下设置5根纵梁，纵梁通过盆式橡胶支座支承在钢桁梁横联的横撑杆上。2014年发现钢桥面系固定支座挡块剪断破坏、钢桥面系整体向昆明端纵移病害。张春安[28]等采用ABAQUS、MIDAS、SAP2000软件计算，分析病害原因为桥面系构件与其它构件的相对温差所致。固定支座承受剪力随构件相对温差增大而迅速增大，桥面系相对横撑杆的位移也明显增大，非线性效应显著，温差超过16 ℃时，支座抗剪承载力不足。支座硅脂流失、下钢板锈蚀引起桥面板温度伸缩变形中心偏离设计中心位置。

1.6 ?

桥墩和桥台

张鸿志等[29]介绍了郑州市建设路西三环立交桥南线桥第十联挂耳式连续梁桥的下部结构病害。梁体纵向位移，伸缩缝挤死失效，桥台背墙开裂，桥墩开裂。病害原因与纵坡4%、紧邻公交站和客运站车辆制动、仅仅在一个墩上布置固定支座、固定墩未加强配筋等有关。采用顶升复位梁体、加固固定支座桥墩、增设固定支座、限速整治后，梁体未发现纵移。

王泽宁等[30]分析了广东省佛山市桂丹路上跨G325立交桥不等跨交界墩上的L形盖梁病害。盖梁向小跨径方向倾斜，支座滑移脱空，桥墩开裂。病害原因为不等跨主梁温度纵向变形差异大，盖梁上的垃圾影响伸缩装置纵向伸缩。计算分析显示墩柱系梁下方钢筋屈服，挖探证实该区域裂纹密集。桩基托换，墩柱外包钢筋混凝土增大截面，更换支座，清理垃圾，更换损坏的伸缩装置。

广州市东南西环高速公路仑头小桥2012年检查发现，桩承式桥台耳墙斜向裂缝1~2.5mm，台前护坡相对桥台下沉30~80mm，外侧锥坡相对桥台下沉50~90mm。梁端顶死桥台，梁端开裂破损。梁面上、桥台防撞墙顶死，防撞墙破损。支座剪切变形大，局部脱空。随后对桥台地基采用袖阀管分层劈裂注浆加固，凿除桥台部分前墙，重做耳墙和伸缩缝，更换支座。2020年，发现台前护坡仍旧下沉，桥台侧墙斜向裂缝长87cm，宽0.2mm。周斌杰等[31]采用 PLAXIS2D软件，模拟桥台施工、加固及运营过程，认为淤泥地基发生长期固结沉降以及次固结沉降，汽车荷载引起淤泥累计变形，建议加大地基注浆深度，加强桥台排水。

陈玉欣等[32]介绍小河至安康高速公路一座处于滑坡体上的桥梁病害。滑坡推力导致桥墩顶水平位移10.5~35.7cm；桥墩盖梁防撞挡块被梁体推移开裂；桥墩沉降6~21cm，中间桥墩沉降更大；支座滑移错位、剪切变形、挤压开裂破损；桥台护栏水平错位3cm。连续强降雨下，软弱松散土体构成的滑坡体抗剪强度不足，滑体下滑。原设置的1排抗滑桩失效。建议增设第2排抗滑桩，桥梁桩基托换，墩柱外包钢筋混凝土，盖梁粘贴钢板，修复挡块，更换支座和伸缩装置。

1.7 ?

基础

熊文等[33]认为桥梁服役时间、结构安全状态、年平均径流量与受冲刷程度存在较强相关性，冲刷坑计算误差源于模型没有考虑床沙级配等，雷达、声波以及潜水员水下检测冲刷是主要方法。

刘志国等[34]为整治桩基冲刷病害，提出新型压入钢套箱技术。将节段焊接拼装的钢管沿桥墩、桩基础四周，静力压入土中，形成钢管桩围堰，抽水，灌注快凝混凝土对桥墩、桩基加固。

养护策略

2.1 ?

养护决策

长期沿用的主流养护策略是重病先治。养护决策方法有多种，常用的还是最简单的最危险策略。业内逐渐认识到，把有限资源绝大部分用于危险病害桥梁，忙于应急抢险整治，人员主要精力用于危机处理，不是一种好的养护策略。既要解决历史遗留病害问题，又要关注病害发展问题，保证路桥系统总体最优。

从桥梁养护角度，一条铁路线、一条高速公路线上的桥梁建设时间一致，病害有同一性、同时性、群体性，同一类构件或连接同时出现大量病害，预防性养护非常必要。

Rubel Das等[35]针对有限的桥梁维修资金如何系统分配的问题，认为桥梁维修不仅仅是一个技术问题，还应考虑社会影响，提出采用多准则决策(multiple-criteria decision-making, MCDM)的系统方法。桥梁维修优先顺序决策可通过5个准则决定：桥梁技术状况指数、延期养护代价、货车效应、可达到性、冗余性。对每个准则量化，采用模拟理想工况确定优先顺序的技术(technique for order of preference by similarity to ideal solution, TOPSIS)分析表明，高优先维修级的桥梁垮塌，社会代价越大。

O. Brian Oyegbile等[36]提出了一种新的维修优先级排序。认为现行的通过资产折旧率来排序，过于保守，没有考虑到桥梁构件之间的长期相互影响。一个构件维修完成，会减轻其它构件的性能退化；其它构件性能好转，又会减轻已经维修构件的性能退化，这种相互作用，提升了全桥健康状况。通过对美国东南地区3个州的桥梁构件级检测数据分析，这种性能改善机制是存在的。指出伸缩装置的技术状况对桥梁构件长期性能至关重要，Alabama州延误了伸缩装置维修，导致桥面构件花费了更多的维修资金。

Eslam Mohammed Abdelkader等[37]提出三步模型进行桥梁养护优化。第一步，识别桥梁特征。第二步，设计多目标决策模型，包括4个目标：桥梁构件性能最大、使用成本最小、交通中断时间最少、环境影响最小，采用指数混沌差分进化算法(exponential chaotic differential evolution, ECDE)计算。第三步，结合客观权重赋权法+复杂比例评估法+灰色关联分析，给出最优养护方案。

Sahar Hasana等[38] 结合知识驱动、随机分析、回归分析进行钢桥面状态评估，以提供一种合理的养护决策方法。

2.2 ?

养护体系

冯乾宽等[39]分析总结了我国铁路运营特点、桥梁规模、状态发展规律。指出铁路桥梁检测监测有验收检测、日常巡查、周期检查、临时检查、专项检测、重点监测6个类别。存在的主要问题有：需要明确高速铁路桥梁各类别检查范围、人员要求、数据及结果形式，优化桥梁各检查类别和检查周期；检测技术及装备智能化程度低；缺乏大跨度桥技术状态评价标准；桥梁状态检测数据结构化、信息化标准尚未建立；检测结果缺乏实时性、时效性；数据分析管理不到位。

冯乾宽等[40]介绍了日本、欧洲、美国、中国的铁路桥梁养护维修制度及技术状态评定标准，指出中国高速铁路桥梁检查实际上无法覆盖规范要求的全部指标，检测周期与检测类别不匹配，人员资质及作业流程未规范化，重点桥梁还没有建立统一监测制度，劣化状态评定缺乏全桥的综合分析，欠缺病害成因分析及发展预测。建议构建中国高速铁路桥梁检测和监测体系，建立基于全寿命周期的检测和监测制度。

2.3 ?

统计分析

吴荣桂等[41]以1.5万余座公路梁桥的40多万条定期检查病害数据为样本，进行关联性分析。采用Apriori算法，计算出上部结构、桥墩、桥台、基础、支座部件与病害类型之间的支持度，以及混凝土碳化，剥落掉角、裂缝、空洞孔洞、蜂窝麻面、钢筋锈蚀、混凝土强度不足病害类型相互之间的支持度和置信度。上部承重构件最易出现碳化腐蚀、剥落掉角和裂缝病害，支持度分别为0.147、0.142、0.079。混凝土裂缝出现时，剥落掉角的支持度为0.11，置信度为0.60，即混凝土剥落掉角在裂缝发生时出现的概率为60%。

闵兆兴[42]统计分析东北地区高速公路1379座中小跨径桥梁上部承重结构、桥墩、桥台的混凝土剥落、麻面、裂纹病害与运营时间、跨径的相关性。运营12年后，梁板混凝土剥落和桥台裂纹病害基本不再发展。10~20m跨径梁板病害数量高于6~8m跨径。

养护新技术

3.1 ?

无人机

章宏辉等[43]采用无人机拍摄图像检查一座钢桁架桥，发现了腹杆翼缘板和腹板、上弦杆翼缘板和腹板、焊缝、螺栓、连接板、杆件泄水洞锈蚀；螺栓脱落；涂层起泡、剥落、变色、污渍、水渍等病害。

陈富强[44]等结合云桂铁路南盘江大桥检测，采用飞马D2000+DOP3000、大疆精灵4RTK、TOPCON Falcon 8 三种无人机机型，进行倾斜摄影测量、贴近摄影测量等，获取桥梁高分辨率多角度影像，上传华为云三维实景建模系统，完成桥梁高精度三维实景建模。

3.2 ?

图像识别

朱劲松等[45]对包含涂层劣化、腐蚀、焊缝开裂病害的656幅钢桥图像，采用迁移学习的特征提取模型和微调模型、以及卷积神经网络Inception-v4全新训练模型，进行学习训练和测试，认为特征提取模型和微调模型更适用。

骆剑彬等[46]针对水下桩墩外观病害的声呐成像图像，通过水平、垂直等线性变换进行数据增强，采用深度学习模型联合优化训练，总体识别准确率为88.3%。

余加勇等[47]提出基于无人机及掩膜区域卷积神经网络(Mask R-CNN)的混凝土裂缝智能识别方法。采用M210-RTK多旋翼无人机贴近航摄，获取混凝土表面高清图像；利用SDNET裂缝数据集等图像资源，制作1133张标记裂缝精确区域的深度学习训练样本图像库；训练和建立Mask R-CNN裂缝识别模型；采用矩形滑动窗口模式扫描混凝土表面高清图像，实现裂缝自动识别和定位。构建包含图像二值化、连通域去噪、边缘检测、裂缝骨架化、裂缝宽度计算等流程的图像后处理方法，实现裂缝形态及宽度信息自动获取。采用大疆M210-RTK无人机+ZENMUSE X5S相机+45 mm奥林巴斯镜头装备，当无人机至桥梁结构表面垂直距离为10m时，无人机识别裂缝宽度与裂缝人工测量仪比较的绝对误差小于0.097mm，相对误差小于9.8%。该方法应用于高度136.8m的长沙市洪山大桥桥塔表面裂缝检测，裂缝识别准确率和召回率均为92.5%。

3.3 ?

磁致伸缩导波

郭志越等[48]介绍了磁致伸缩导波检测缆索锈蚀、断丝的原理和实现方法，并通过解剖验证。

蒋立军等[49]用试验模拟拉索腐蚀和检测过程。选取制造完好的平行钢丝拉索截段倾斜摆放，不剥开拉索外护套HDPE，制作一套均匀滴加NaCl溶液吊瓶装置，通过护套小孔对钢丝滴加NaCl溶液，进行98d加速腐蚀。使用磁致伸缩导波检测仪，定期跟踪采集拉索腐蚀区域和端部信号。分析对比腐蚀前、后信号发现，腐蚀区域反射系数逐渐增大，导波能量在腐蚀钢丝中逐渐衰减，端部回波信号逐渐减小。

石菊创等[50]结合广西六景郁江大桥吊杆检测，发现钢丝缺陷回波信号幅值与截面损失正相关，截面损失越多，缺陷回波幅值越大；吊杆钢丝缺陷回波反射系数与截面积损失率之间呈线性关系，可通过缺陷回波信号反射系数估算吊杆截面损失。

杨圣洁等[51]采用爬索机器人、工业内窥镜、磁致伸缩导波检测南宁市某拱桥吊索锈蚀断裂情况。对磁致伸缩导波检测出现异常回波、PE层外观破损严重的3根吊索，选取2根吊索剥除PE层，发现钢丝光滑无断丝，钢丝表面有白锈，说明磁致伸缩导波检测结果可靠。

唐堂等[52]采用磁致伸缩导波检测攀枝花倮果金沙江大桥拱桥10根吊杆的锈蚀断丝情况，按照《无损检测磁致伸缩超声导波检测方法》(GB /T 28704－2012) 评定标度均为1级，没有锈蚀和断丝。

3.4 ?

红外热成像

Van Ha?Mac等[53]采用天然条件下的红外热成像技术(Infrared thermography under natural conditions, IRT-NC)，探测混凝土桥面板顶、底面附近的保护层脱落面(图9)。将2个预先设置保护层脱落面的混凝土桥面板试件置于室外4m高的钢框架上，模拟实桥温度场。IRT-NC不需要人工热源，无接触。

图9 混凝土桥面板保护层脱落病害和红外热成像检测(Van Ha?Mac等[53])

3.5 ?

冲击回波扫描

魏子然等[54]利用MATLAB快速傅立叶变换，将传感器时域信号转换为频域信号，识别关键频率，分析孔道压浆缺陷。缺陷尺寸越大，关键频率越易识别。波纹管的材质对缺陷识别影响不大。

杨昌民等[55]采用冲击回波法对某桥41个预应力孔道进行压浆密实度检测，提取时域数据进行快速傅里叶变换，拟合出压浆密实度和频率关系式。用小波包熵值技术分析时域数据，缺陷尺寸减小，小波包熵值增大。

Johannes F. Scherr等[56]采用冲击回波扫描仪(impact-echo scanner)检测德国混凝土桥面板内的离层病害。通过人工敲击和钻孔，找出混凝土桥面板离层病害位置，然后进行大范围的冲击回波检测，为维修决策提供依据。每平米桥面冲击300次，检测速度600m/h。检测分析了17000m2的混凝土桥面板。

3.6 ?

三维激光扫描

尹恒等[57]应用Z+F IMAGER 5010C三维激光扫描仪，对四川省大邑县虎跳河大桥跨径40m混凝土肋拱桥进行危旧桥梁健康监测。利用点云数据进行垂向变化对比，桥墩附近沉降1.5 mm，桥台沉降大于8.0 mm，拱腹平均沉降5.08 mm。桥墩向213.81°方向、即虎跳河下游水平位移3.11~3.56mm。

迟宇等[58]采用Faro Focus 3DX130三维激光扫描仪，对卢沟桥进行变形监测。卢沟桥各拱圈上、下游之间已出现相对变形，拱5最显著；顺桥向各拱圈的结构对称性有显著改变，拱11、拱1之间的净矢高与净跨径差值分别为252.4、380.7mm。

3.7 ?

BIM

卫星等[59]引入BIM技术，采用Dynamo可视化编程软件，开发了钢桁梁桥裂纹病害随时间发展的4D信息模型，能够快速批量更新病害信息，直观呈现裂纹发展规律。

高兆东等[60]结合江苏沿海高速公路如皋市烈士河桥预应力混凝土箱梁检测，采用BIM创建腹板竖向裂缝、腹板纵向裂缝、底板横向裂缝、底板纵向裂缝、底板斜裂缝5种类型的裂缝族，以裂缝形状、长度、宽度、深度4个指标描述裂缝信息，进行裂缝信息录入和可视化，构建了桥梁裂缝信息管理BIM可视化平台，提高了管理系统的可理解性、交互性。

张春声等[61]结合虎门二桥，介绍了BIM智慧建管养一体化平台应用。该平台能积累检测、养护和维修数据，实现桥梁全要素、全过程和全方位数字化，对桥梁在虚拟空间中进行可视化管理。

D. Samadi等[62] 和Namju Byun等[63]都提出应将BIM技术用于桥梁养护中。

3.8 ?

安全监测

贺拴海等[64]等指出光纤传感、热成像、声发射、超声波、电磁传感检测新技术的抗环境干扰能力还需要提升。采用数字孪生技术进行结构状况的实时再现与评价，以多源数据融合技术进行区域级、路网级桥梁服役性能及抗灾韧性评价，是桥梁智能检测与安全评估的主要发展方向。

王凌波等[65]指出以结构监测数据反映总体力学行为，再结合局部损伤的智能检测信息进行服役性能评价，是未来主要发展方向。

邝靖等[66]指出山区桥梁监测系统存在的主要问题为：构建不充分、标准不统一、应用不深入、维护不到位、监管未成网、数据未共享。发展瓶颈为：成本重、预警误、评估惑。研发了解决方案：基于GIS+BIM+AIOT数据平台的工程结构安全智能监测云，给出了综合版、定制版、应急版，重点监测高风险指标。解决方案应用于四川雅西、雅康、西攀、仁沐新等10余条高速公路的40多座桥梁等安全风险监测项目，安全预警准确率超过80%，在应急抢险、维修加固和恢复重建工程中效果显著。

陈兴权等[67]设计了某重载铁路跨径132m预应力混凝土连续刚构桥健康监测系统。该桥在施工阶段，张拉底板钢束时，中跨和边跨底板混凝土崩裂、脱落，随后加固补强。对运营阶段的桥梁应力、变形、振动、温度进行监测，已经安全运营超过6年。

王一平[68]介绍了南京市六合区淮六线S247跨金牛湖提水站刚架拱桥病害无线监测系统，监测项目有：拱顶挠度、弦杆横向裂缝宽度。挠度监测采用 TZT- 1000A 液压式静力水准仪，裂缝宽度监测采用 TZT- 20L(B)4- 20mAW 裂缝计。每小时采集一次数据。

鲁铁定等[69]利用欧空局Sentinel-1A卫星影像获取了芜湖长江大桥2018年7月~2019 年 10月的形变数据，采用SBAS-InSAR(Small Baseline Subset- Interferometric synthetic aperture radar)技术进行数据分析，西侧引桥钢桁梁冬季下沉、夏季上拱；东侧主桥矮塔斜拉桥冬季上拱、夏季下沉，变化量12.5 mm，梁体变形为温度变化所致。In SAR监测值与主桥上的挠度仪比较，相差0.1~4.2mm。

Selassie David Mayunga等[70]采用GPS和LVDT监测一座混凝土桥变形。

Sampath Kumar S等[71]介绍了无线实时桥梁监测技术。

R. Delgadillo等[72]采用Hilbert-Huang变换对实际桁架桥进行损伤识别，提出自适应噪声改进的互补集总经验模态分解法(Improvements on Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise, ICEEMDAN)，从振动监测数据中分析出固有模态(intrinsic mode functions, IMF)，研究两大损伤特征：边际希尔伯特频谱(Marginal Hilbert spectrum, MHS)和相位差。在实桥设置不同程度的人为损伤，对一辆房车过桥振动数据分析表明，采用ICEEMDAN方法进行损伤检测和定位，效果良好。

Arvindan Sivasuriyan等[73]介绍了桥梁健康监测技术总体情况和未来发展趋势，指出传感器可靠性应满足长期监测需求，应统一术语，解决低成本和电源等问题。

针对山区斜坡蠕滑地质灾害对桥梁造成严重损伤，如桩顶多条环形裂纹(图10)、混凝土压溃、桥墩环形裂纹、桥墩水平位移、支座歪斜、梁缝变窄等。中国铁路成都局、中铁二院、西南交通大学等单位对某桥开展了长期监测，包括斜坡、桥梁、线路。监测指标包括斜坡体表面水平位移和沉降；深部土体水平位移；抗滑桩位移和沉降；桩基应变和变形；承台变形；桥墩应变、倾斜、水平位移和沉降；支座倾斜；梁缝；轨道不平顺；降雨量等，及时研判斜坡变形破坏阶段以及桥梁变形损伤发展阶段，做好预案，确保运营安全。

图10 某桥桩基在桩顶附近环形断裂

公路桥常常关注汽车超载安全，而铁路桥最为关注列车走行安全。在下穿既有铁路的框架桥施工中，D便梁常常用于承载既有铁路。D便梁做为施工临时钢桥，通行铁路列车，必须确保行车安全。中国铁路成都局、西南交通大学对某框架桥施工用的跨度24mD便梁，进行了D便梁横向振动24小时长期监测。在45km/h行车速度下，发现D24型便梁横向振幅达9.35mm，超过《铁路桥梁检定规范》(2004)安全限值4mm，超限达134%，无法保证行车安全；25km/h行车速度下，D24型便梁横向振幅4.26mm。建议对D24型便梁进行横向刚度加固。

3.9 ?

智能养护

刘大洋等[74]研发桥梁检测病害智能诊断与决策系统，包括病害知识库、算法，通过病害特征提取，匹配到病害成因，病因再映射到处治建议，实现梁桥常规病害实时智能诊断、成因分析、养护对策报告一键生成，已用于桥梁检测和养护终端系统。

史文秀[75]设计了山西桥梁综合管控平台和桥易检APP，介绍了该平台框架、业务逻辑、数据统计等。2020年应用完成检测项目29项，评定桥梁3724座，病害235459 条，检测速度25. 82m /人/h，0.92 跨/人/h，不影响检测进度，不增加外业成本。

章群英等[76]基于马鞍山长江大桥悬索桥数据库数据和实际养护要求，通过URL地址，接收Web Service技术分享的第三方Json数据，应用.net框架和MySQL数据库，开发了桥梁养护数据融合工具。

季云峰等[77]结合象山港、清水浦大桥检测，研发斜拉索表观检测机器人，具有小型化、快速自爬行、高质量图像采集、缺陷自动化识别优势。

董一庆等[78]提出将人工定期检测的构件病害分布CAD图，通过区域划分和编码，按照位图图像导出，批量生成网格式栅格化标准尺寸病害分布图像，进行连通域分析和形态学分类，根据网格预设标签，生成结构化病害数据，对病害信息进行统计分析。

结论和展望

(1) 混凝土结构和钢结构裂纹、螺栓断裂、冲刷等老病害经常发生。开始出现悬索桥吊索连接部位断裂、索夹滑移等新型病害，拱桥钢绞线吊杆异常振动。病害严重的老旧钢梁桥下部结构加固困难，全桥重建。发现地质灾害等大型病害威胁桥梁安全，需要论证改线方案。

(2) 中国桥梁养护规范还没有明确钢桥断裂控制构件，应该予以补充，重点对其检测。美国相关规范明确指定钢桥断裂控制构件，并不断更新调整，近期把钢桁架的大节点板判定为断裂控制构件，要求断裂控制构件的检测触手可及。

(3) 养护策略可采用立即整治、延期整治、预防性养护。发展趋势为从被动养护转变为主动养护，从病后养护转变为预防性养护，从中断行车养护转变为无干扰行车养护，从缺乏检查转变为长期自动监测，数据驱动养护决策。预防性养护的目的是不出现病害或立足于处理微小病害，避免发展为严重病害。桥梁病害初现，如果不至于关闭交通和应急整治，一般可采取监测处置。

(4) 目前普遍面临资金短缺，维修加固费用太高，需要重新评估维修加固效益。特别是可能涉及改线的大型病害，决策难度大。带病害桥梁通过安全监测手段，管制运营。一旦桥梁安全状态判断失误，可能突发垮塌事故和行车安全事故。这就要求具有准确预测桥梁临界破坏的监测设备和分析理论，提供及时可靠的监测数据及其分析结论，为病害桥梁安全运营提供保障。在正确时间对桥梁正确加固或停运，对技术分析和管理决策都提出严峻挑战。

(5) 桥梁养护新技术不断涌现和验证使用，以查清构件真实损伤程度。桥梁安全监测发展迅速，成绩显著。目前主要体现出自动化程度高、测点数量多、数据规模大，尚需要着重解决传感器非线性、非正常报警、监测数据质量、数据深入分析、作用效应单独分离、桥梁损伤发展阶段及承载能力判定等重大问题。为消除误报，目前必须依靠人工监测，无人监测系统还需假以时日。多次事故和经验表明，现有的自动监测系统不能完全取代人工监测，现场必须要有检查人员。

团队成员介绍

李俊，副教授，硕导。主持完成40余项科研项目，发表论文40余篇。研究方向：桥梁养护。电子邮箱：tumulijun@163.com。

卫星，教授，博导，四川省学术与技术带头人后备人选，中国钢结构协会结构稳定与疲劳分会理事。长期致力于钢结构及钢-混凝土组合结构桥梁损伤机理应用基础研究，长期从事《钢结构设计原理》、《钢桥与组合结构桥梁》及《桥梁结构分析理论及方法》教学工作。在钢-混组合结构体系、焊接细节疲劳损伤机理及结构性能劣化机理三方面开展了卓有成效的创新性研究。主持和主研完成各类科研项目40 余项，发表学术论文150余篇。主要研究方向：（1）钢-混组合结构桥梁复杂力学行为；（2）复杂服役条件下桥梁性能退化行为；（3）桥梁信息化及智能化技术。电子邮箱： we_star@swjtu.edu.cn。

唐朝勇 ，硕士研究生，四川华腾公路试验检测有限责任公司高级工程师，参与10余项科研项目。研究方向：桥梁养护。邮箱316581055@qq.com。

张博伦 ，硕士研究生。研究方向：桥梁养护。电子邮箱：754194597@qq.com。

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