人行天橋技術(shù)狀況評(píng)價(jià)模型研究

朱 潔，陳 長(zhǎng)

（1.公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)國(guó)家工程中心，北京市 100095；2.同濟(jì)大學(xué) 道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海市 201804）

人行天橋技術(shù)狀況評(píng)價(jià)模型研究

朱 潔1，陳 長(zhǎng)2

（1.公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)國(guó)家工程中心，北京市 100095；2.同濟(jì)大學(xué) 道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海市 201804）

人行天橋作為一種重要的道路基礎(chǔ)設(shè)施，正在越來(lái)越多地被使用。現(xiàn)有橋梁評(píng)價(jià)模型的研究均集中在普通車行橋梁，缺乏對(duì)人行天橋評(píng)價(jià)模型的研究。現(xiàn)通過(guò)對(duì)上海市五十多座人行天橋的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，并對(duì)人行天橋和普通車行橋梁的構(gòu)件劃分做了詳細(xì)的對(duì)比，然后確定了人行天橋的構(gòu)件劃分。人行天橋主要是供行人通過(guò)的，因此確定人行天橋的損壞類型時(shí)，人行天橋的抗滑性能不容忽視。通過(guò)將現(xiàn)有的對(duì)普通車行橋梁的評(píng)價(jià)模型應(yīng)用于上海市五十多座人行天橋后發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有針對(duì)普通車行橋梁的各種評(píng)價(jià)方法在處理多墩或多跨結(jié)構(gòu)時(shí)存在著一定的弊端。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)評(píng)分實(shí)驗(yàn)與分析-標(biāo)定法相結(jié)合確定了適合人行天橋多墩或多跨的計(jì)算方法，并確定了人行天橋各部位的權(quán)重。以上海市區(qū)一座典型的人行天橋?yàn)槔帽疚牡娜诵刑鞓蚣夹g(shù)狀況評(píng)價(jià)模型，對(duì)其進(jìn)行技術(shù)狀況評(píng)定。

人行天橋；技術(shù)狀況；構(gòu)件劃分；評(píng)價(jià)模型；抗滑性能

0　引言

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程加快，城市交通問(wèn)題日益嚴(yán)峻，人行天橋作為一種解決人車矛盾的立體交通分離方式，正越來(lái)越多地被使用。人行天橋成為城市中越來(lái)越較常見(jiàn)的市政設(shè)施，而現(xiàn)有對(duì)橋梁評(píng)價(jià)模型的研究均集中在普通車行橋梁，為了生產(chǎn)和安全需要有必要對(duì)人行天橋進(jìn)行準(zhǔn)確而有效的評(píng)價(jià)。

筆者通過(guò)對(duì)上海市五十多座人行天橋的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，并將其與普通車行橋梁構(gòu)件劃分進(jìn)行了對(duì)比，研究確定了人行天橋的構(gòu)件劃分，通過(guò)組織專家進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)評(píng)分實(shí)驗(yàn)，結(jié)合分析-標(biāo)定法，將理論分析與試驗(yàn)分析結(jié)合起來(lái)，確定了人行天橋各部位的權(quán)重。另外人行天橋是供行人通過(guò)的，人行天橋的抗滑性能應(yīng)得到高度的重視。

國(guó)內(nèi)外針對(duì)普通車行橋梁技術(shù)狀況的評(píng)價(jià)方法有許多，其中有美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家A.L.Saat y提出的層次分析法［1］，美國(guó)聯(lián)邦公路局的Pont i s橋梁管理系統(tǒng)，其對(duì)橋梁的評(píng)價(jià)采用的是一種“基于構(gòu)件”的評(píng)價(jià)方法［2］［3］。丹麥Danbro橋梁養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)，也是“基于構(gòu)件”的評(píng)價(jià)方法［4］。我國(guó)交通部公路研究所建立的結(jié)構(gòu)缺損度加權(quán)法［5］，同濟(jì)大學(xué)陸亞興提出的公路橋梁缺損狀況評(píng)價(jià)方法［6］，同濟(jì)大學(xué)孫立軍等提出的“基于構(gòu)件的分層加權(quán)”評(píng)價(jià)方法等［7］。

通過(guò)對(duì)上海市五十多座人行天橋進(jìn)行損壞狀況采集，并將原有各評(píng)價(jià)方法應(yīng)用于人行天橋技術(shù)狀況的計(jì)算當(dāng)中，發(fā)現(xiàn)：現(xiàn)有針對(duì)普通車行橋梁的各種評(píng)價(jià)方法在處理多墩或多跨結(jié)構(gòu)時(shí)存在一定的弊端［1］［2］［3］［7］，并不適應(yīng)于人行天橋多跨或多墩的特殊情況。對(duì)此，提出了新的計(jì)算多墩或多跨結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況的計(jì)算方法，并將該計(jì)算方法應(yīng)用于人行天橋結(jié)構(gòu)當(dāng)中。

1　現(xiàn)有橋梁評(píng)價(jià)模型應(yīng)用于人行天橋時(shí)的弊端

筆者通過(guò)對(duì)上海市五十多座人行天橋的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)人行天橋區(qū)別于普通車行橋梁的一個(gè)顯著的特點(diǎn)：人行天橋由主橋和梯道兩部分組成，而一座最簡(jiǎn)單的人行天橋包括一個(gè)主橋，兩個(gè)梯道，更復(fù)雜的人行天橋可能有大于10個(gè)梯道的情況出現(xiàn)。而主橋和每個(gè)梯道又分別由多跨或多墩臺(tái)組成。

筆者對(duì)上海市現(xiàn)有五十多座人行天橋進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)損壞狀況采集，并將原有各評(píng)價(jià)方法應(yīng)用于人行天橋后發(fā)現(xiàn)：

（1）在《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（CJJ99-2003）中，對(duì)多跨或多墩橋梁采用的計(jì)算方法存在一定的弊端。具體表現(xiàn)在：如果某座有十跨的橋梁，有一跨的上部結(jié)構(gòu)評(píng)分為0，其余全為100，原有計(jì)算方法將所有跨上部結(jié)構(gòu)評(píng)分進(jìn)行平均，則根據(jù)模型計(jì)算得分為90分，將某一損壞較嚴(yán)重的評(píng)分結(jié)果平均了，這樣的結(jié)果明顯不合理。

（2）為了修正《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（CJJ99-2003）中，上部結(jié)構(gòu)各跨和上部結(jié)構(gòu)各墩平均的計(jì)算方法，同濟(jì)大學(xué)提出了“基于構(gòu)件的分層加權(quán)”的方法［7］［8］。該方法雖然解決了平均的不合理性，但應(yīng)用于人行天橋時(shí)，依然存在一定的弊端。具體表現(xiàn)在：如果某座有十跨的橋梁，每跨上部結(jié)構(gòu)的得分都為85分，則根據(jù)原有模型計(jì)算得分為55分，這樣的結(jié)果明顯不合理。

為此需要對(duì)多跨或多墩的計(jì)算方法進(jìn)行修正，新的計(jì)算方法必須能反映損壞嚴(yán)重的跨或墩，又能對(duì)構(gòu)件進(jìn)行分層加權(quán)，并將修正后的結(jié)果應(yīng)用于人行天橋上部和下部結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)中。

2　人行天橋評(píng)價(jià)模型的指導(dǎo)思想

（1）人行天橋各部分構(gòu)件的劃分與原有普通車行橋梁略有不同，需要對(duì)人行天橋進(jìn)行構(gòu)件劃分。

（2）人行天橋往往是由主橋和多個(gè)梯道組成的，由于主橋和梯道的構(gòu)件劃分不同，評(píng)價(jià)模型應(yīng)對(duì)兩者分開(kāi)計(jì)算。

（3）由于人行天橋是供行人通過(guò)的，而人行天橋目前的橋面鋪裝的材料多種多樣，為了確保行人的安全，需要考慮人行天橋的抗滑性能。

（4）該研究采用現(xiàn)場(chǎng)評(píng)分試驗(yàn)的方法來(lái)確定人行天橋各部位的權(quán)重，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析采用分析-標(biāo)定法，即將理論分析與試驗(yàn)分析結(jié)合起來(lái)［9］。進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)的目的：

a.修正原有橋梁模型中多跨或多墩計(jì)算方法中的弊端；

b.確定人行天橋各部位的權(quán)重。

3　人行天橋構(gòu)件劃分

由于人行天橋的特殊性，人行天橋各部分構(gòu)件的劃分與普通橋梁構(gòu)件的劃分略有不同，表1列出現(xiàn)從者構(gòu)件劃分的對(duì)比情況，表2為人行天橋各部分的構(gòu)件劃分。

4　人行天橋評(píng)價(jià)模型

4.1評(píng)價(jià)思路

由于人行天橋的結(jié)構(gòu)劃分與橋梁有很多的相似性，因此結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)方法仍采用《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》中的“分層加權(quán)”的方法［1］［10］［11］，但是鑒于其結(jié)構(gòu)上也有不同于橋梁的特殊性，對(duì)其評(píng)價(jià)模型也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)。

表1　人行天橋構(gòu)件劃分與普通橋梁對(duì)比表

表2　人行天橋構(gòu)件劃分表

人行天橋結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)的各個(gè)層次之間的關(guān)系如圖1所示［7］。

4.2人行天橋損壞類型及扣分值

通過(guò)收集上海市五十多座人行天橋典型損害及分析各種損害對(duì)橋梁整體安全性能的影響，建立人行天橋扣分表格。損害程度的劃分遵循反應(yīng)人行天橋整體性能及可操作性的原則基本劃分3個(gè)等級(jí)，某些定量損害劃分4個(gè)等級(jí)，由于篇幅的原因，此處不做具體的介紹。

對(duì)人行天橋而言，影響行人安全的重要性能是防滑能力，在主橋的橋面鋪裝和梯道的梯面鋪裝中，應(yīng)對(duì)人行天橋的防滑能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，分為足夠，臨界和不足三個(gè)等級(jí)，見(jiàn)表3所列。

圖1　人行天橋?qū)哟侮P(guān)系圖

表3　人行天橋損壞類型及嚴(yán)重程度一覽表

4.3人行天橋各部位權(quán)重和計(jì)算方法

該項(xiàng)現(xiàn)場(chǎng)評(píng)分試驗(yàn)要求評(píng)分人員必須具有高度的專業(yè)知識(shí)與實(shí)際檢測(cè)評(píng)比經(jīng)驗(yàn)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)和心理學(xué)的分析，評(píng)分總體應(yīng)有8～15個(gè)樣本才能獲得較好的代表性與穩(wěn)定性，但具有高度專業(yè)的人員數(shù)量有限，因此最終確立的樣本數(shù)為9個(gè)。邀請(qǐng)到的專業(yè)人員分別有以下幾類：上海市政管理部門的專業(yè)養(yǎng)護(hù)工程師，參與多次橋梁模型評(píng)比檢測(cè)的高級(jí)橋梁工程師，進(jìn)行多年評(píng)價(jià)體系研究的專家學(xué)者，共九人組成現(xiàn)場(chǎng)評(píng)分小組，對(duì)上海市50多座人行天橋進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)評(píng)分實(shí)驗(yàn)。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)評(píng)分，根據(jù)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)并考慮構(gòu)件好壞對(duì)評(píng)分結(jié)果的影響，回歸出如下計(jì)算多跨上部結(jié)構(gòu)和多墩下部結(jié)構(gòu)評(píng)分的計(jì)算公式：式中：PBCIs/x為人行天橋上部或下部結(jié)構(gòu)評(píng)分；j為對(duì)上部結(jié)構(gòu)而言，代表上部結(jié)構(gòu)的跨數(shù)；對(duì)下部結(jié)構(gòu)而言，代表下部結(jié)構(gòu)的墩臺(tái)數(shù)；PBCIj為第j個(gè)構(gòu)件的得分；wj為第j種構(gòu)件的權(quán)重，按《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》中權(quán)重的計(jì)算方法計(jì)算。

注：若PBCIs/x＜0時(shí)，取0。

此公式的優(yōu)點(diǎn)在于：

（1）不僅能反映損壞較嚴(yán)重的跨或墩，不會(huì)將其與損壞較輕的評(píng)分平均；

（2）當(dāng)出現(xiàn)多個(gè)跨或墩損壞時(shí)，以各跨或墩扣分值相對(duì)于全橋所有跨或墩的損壞扣分之各的比重，根據(jù)權(quán)函數(shù)曲線求其權(quán)重。

4.3.1橋面系權(quán)重和計(jì)算方法

對(duì)于橋面系而言，在評(píng)價(jià)過(guò)程中，無(wú)論單跨還是多跨，無(wú)論材料和結(jié)構(gòu)類型如何，橋面系都被看作一個(gè)整體。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)評(píng)分結(jié)果進(jìn)行處理，主橋和梯道的重要性系數(shù)基本相同，故主橋和梯道的權(quán)重分別取0.5，人行天橋橋面系各構(gòu)件權(quán)重值如表4、表5所列。

表4　人行天橋主橋橋面系各構(gòu)件權(quán)重值一覽表

表5　人行天橋梯道梯面系各構(gòu)件權(quán)重值一覽表

人行天橋的結(jié)構(gòu)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)采用人行天橋狀況指數(shù):PBCI（Pedest ri an Bri dge Condi t i on Index）表示，因此橋面系評(píng)價(jià)指標(biāo)為PBCIm。式中：PBCIm為代表橋面系的評(píng)分；t為梯道的個(gè)數(shù)；PBCImtt、PBCImz為代表第t個(gè)梯道梯面系和主橋橋面系的評(píng)分。PBCImtt、PBCImz的計(jì)算均參照《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（CJJ99-2003）中橋面系的計(jì)算方法。

4.3.2上部結(jié)構(gòu)權(quán)重和計(jì)算方法

應(yīng)用上文中的多跨上部結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法，上部結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況指數(shù)PBCIs的計(jì)算方法，如下式所示：

式中：k為梯道的個(gè)數(shù)；PBCIs為上部結(jié)構(gòu)的評(píng)分；PBCIstt、PBCIsz為上部結(jié)構(gòu)第t個(gè)梯道和主橋的評(píng)分；k為主橋或梯道的跨數(shù)；PBCIszk、PBCIsttk為主橋第k跨上部結(jié)構(gòu)評(píng)分和第t個(gè)梯道的第k跨上部結(jié)構(gòu)評(píng)分。

PBCIszk、PBCIsttk的計(jì)算方法參照《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（CJJ99-2003）中每一跨的計(jì)算方法。表6為人行天橋上部結(jié)構(gòu)各構(gòu)件大類的權(quán)重一覽表。

表6　人行天橋上部結(jié)構(gòu)各構(gòu)件大類的權(quán)重一覽表

4.3.3下部結(jié)構(gòu)權(quán)重和計(jì)算方法

人行天橋下部結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況的評(píng)價(jià)要逐（臺(tái)）進(jìn)行，然后再計(jì)算主橋下部結(jié)構(gòu)的狀況指數(shù)PBCIx，其計(jì)算方法見(jiàn)下式：

式中：t為梯道的個(gè)數(shù)；PBCIx為下部結(jié)構(gòu)的評(píng)分；PBCIxtt、PBCIxz為下部結(jié)構(gòu)第t個(gè)梯道和主橋的評(píng)分；k為主橋或梯道的跨數(shù)；PBCIxzk、PBCIxttk為主橋第k跨下部結(jié)構(gòu)評(píng)分和第t個(gè)梯道的第k跨下部結(jié)構(gòu)評(píng)分。

PBCIxzk、PBCIxttk的計(jì)算方法參照《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（CJJ99-2003）中下部結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法。表7為人行天橋下部結(jié)構(gòu)各構(gòu)件權(quán)重值一覽表。

表7　人行天橋下部結(jié)構(gòu)各構(gòu)件權(quán)重值一覽表

4.3.4人行天橋結(jié)構(gòu)全橋權(quán)重和計(jì)算方法

與橋梁結(jié)構(gòu)的綜合指標(biāo)計(jì)算方法相同的。

人行天橋結(jié)構(gòu)主橋結(jié)構(gòu)的技術(shù)狀況指數(shù)PBCI由下式計(jì)算：

式中：wm、ws、wx為橋面系、上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的權(quán)重。

以現(xiàn)場(chǎng)評(píng)分結(jié)果為基礎(chǔ)，計(jì)算各部分的權(quán)重，三部分的權(quán)重見(jiàn)表8所列。

表8　人行天橋三部分權(quán)重一覽表

5　計(jì)算示例

以上海市區(qū)有代表性的人行天橋作為示例，該座人行天橋的基本信息見(jiàn)表9所列；人行天橋各部位的損壞情況見(jiàn)表10所列。

表9　人行天橋基本信息一覽表

依據(jù)人行天橋評(píng)價(jià)模型，計(jì)算得到人行天橋各部位得分，見(jiàn)表11所列。

6　結(jié)論

筆者通過(guò)對(duì)上海市五十多座人行天橋的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，并將人行天橋和普通車行橋梁的構(gòu)件劃分進(jìn)行對(duì)比，研究確定了適合人行天橋的構(gòu)件劃分。同時(shí)由于人行天橋的特殊性，在確定人行天橋損壞類型時(shí)，提出了防滑能力用來(lái)確保人行天橋的安全性。將現(xiàn)有各種針對(duì)普通車行橋梁的評(píng)價(jià)模型應(yīng)用于人行天橋的評(píng)價(jià)中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有各種評(píng)價(jià)模型在處理人行天橋多跨或多墩結(jié)構(gòu)時(shí)，存在一定的弊端，并通過(guò)組織專家進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)評(píng)分實(shí)驗(yàn)，對(duì)多跨或多墩結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)模型進(jìn)行了修正，并將該計(jì)算方法應(yīng)用于人行天橋上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)中。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)評(píng)分實(shí)驗(yàn)與分析-標(biāo)定法的結(jié)合，確定了適應(yīng)于人行天橋各部位的權(quán)重。并將該計(jì)算方法應(yīng)用于上海市某座四跨的人行天橋的技術(shù)狀況評(píng)定中。

表10　人行天橋各部位損壞情況一覽表

表11　人行天橋技術(shù)狀況評(píng)價(jià)結(jié)果一覽表　

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U448.11

A

1009-7716（2016）09-0203-05

2016-01-25

朱潔（1984-），女，山西運(yùn)城人，博士，從事道路與機(jī)場(chǎng)設(shè)施管理方面的研究。