橋梁伸縮裝置技術(shù)狀況評(píng)定模型研究及應(yīng)用

黃名波

（四川省交通投資集團(tuán)有限責(zé)任公司 610023）

橋梁伸縮裝置技術(shù)狀況評(píng)定模型研究及應(yīng)用

黃名波

（四川省交通投資集團(tuán)有限責(zé)任公司 610023）

橋梁伸縮裝置易損難修，在運(yùn)營(yíng)近20年的四川成渝高速公路該問題尤為突出。為實(shí)現(xiàn)橋梁伸縮裝置自病害采集，至技術(shù)狀況定損，養(yǎng)護(hù)方案制訂的全流程科學(xué)性，達(dá)到合理降低養(yǎng)護(hù)成本的目的，論文構(gòu)建了簡(jiǎn)明實(shí)用的技術(shù)狀況評(píng)定模型，界定了方案分類標(biāo)準(zhǔn)和簡(jiǎn)要養(yǎng)護(hù)對(duì)策，值得業(yè)內(nèi)采用。

橋梁；伸縮裝置；技術(shù)狀況；評(píng)定模型

伸縮裝置是橋梁結(jié)構(gòu)的重要“附件”之一，更換造價(jià)約為當(dāng)初安裝時(shí)的1.5～2倍，因其可更換性，常在設(shè)計(jì)和施工環(huán)節(jié)被忽略，這也是造成橋梁養(yǎng)護(hù)資金支出居高不下的主要原因。成渝高速是四川成渝集團(tuán)核心資產(chǎn)，運(yùn)營(yíng)20余年來，其伸縮裝置在橋梁養(yǎng)護(hù)資金中占比頗重。隨橋齡增長(zhǎng)，橋體受環(huán)境、氣候等自然因素影響，老化嚴(yán)重；伴隨交通流量、重車和超重車過橋數(shù)量的日益增加，伸縮裝置發(fā)生損壞的概率逐年攀升。特別強(qiáng)調(diào)的是，集團(tuán)旗下運(yùn)營(yíng)高速公路橋梁約484座，總計(jì)約50431延米，如表1所示，若按每座橋梁平均2道伸縮裝置，而每道伸縮裝置以22m計(jì)算，則共計(jì)約21296延米的伸縮裝置需要納入日常養(yǎng)護(hù)管理范疇，這個(gè)數(shù)據(jù)是龐大的。實(shí)際上，成渝集團(tuán)橋梁伸縮裝置的技術(shù)狀況評(píng)定工作所依賴的關(guān)鍵指標(biāo)很大程度上受制于主觀模糊評(píng)定，既不合理，更不科學(xué)。

表1 四川成渝集團(tuán)運(yùn)營(yíng)橋梁統(tǒng)計(jì)一覽Table1 The Statistics of Operation Bridge of Sichuan Chengyu group

因此，本論文提出統(tǒng)一病害表觀判定尺度，量化指標(biāo)，結(jié)合定性分析實(shí)現(xiàn)量化表述，并提出評(píng)價(jià)模型對(duì)量化指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算，從而減少人為主觀性因素過多地干預(yù)，科學(xué)、合理制定規(guī)范化養(yǎng)護(hù)決策，降低養(yǎng)護(hù)成本。

1、標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)狀況評(píng)定模型

分析《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》（JTG H11-2004）以及《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG/T H21-2011）對(duì)伸縮裝置所建立的的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)模型可以得知，二者所建立的方法忽略全面性、針對(duì)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，實(shí)際操作中仍具有較大主觀局限性。

2、量化評(píng)定新模型

基于成渝高速公路全線橋梁伸縮裝置的病害數(shù)據(jù)庫(kù)，綜合運(yùn)用層次分析法、模糊理論、德爾菲法、結(jié)構(gòu)可靠性理論等重建了簡(jiǎn)明實(shí)用的技術(shù)狀況評(píng)定模型，界定了方案分類標(biāo)準(zhǔn)和簡(jiǎn)要養(yǎng)護(hù)對(duì)策。

2.1 建模概要

⑴ 調(diào)查統(tǒng)計(jì)成渝高速現(xiàn)役橋梁伸縮裝置使用狀況，建立靜態(tài)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)；

⑵ 根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)特性、病害表征及原因分析確定建模須考慮因素；

⑶ 按照伸縮裝置結(jié)構(gòu)特性作分類分析，按使用功能等細(xì)分為各構(gòu)件；

⑷ 建立與評(píng)價(jià)模型關(guān)聯(lián)的因素集和評(píng)價(jià)集，并確定構(gòu)件評(píng)定標(biāo)度；

⑸ 構(gòu)建判定矩陣，并利用德爾菲法等方法進(jìn)行計(jì)算分析確定各構(gòu)件權(quán)重；

⑹ 綜合上述各環(huán)節(jié)制定標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)和綜合評(píng)價(jià)公式；

⑺ 對(duì)伸縮裝置評(píng)定的技術(shù)狀況進(jìn)行等級(jí)劃分，確定對(duì)應(yīng)養(yǎng)護(hù)對(duì)策。

2.2 模型主要影響因素

⑴ 裝置結(jié)構(gòu)特性。按照伸縮裝置構(gòu)造、受力特點(diǎn)，可分為對(duì)接式、鋼制式、橡膠式、模數(shù)式及無縫式5種類型。應(yīng)用效果及耐久性差異取決于裝置自身結(jié)構(gòu)特性，引入修正系數(shù)體現(xiàn)其類型的差異對(duì)結(jié)構(gòu)損傷程度、使用狀況的影響。

⑵ 構(gòu)件重要性差異。各構(gòu)件損傷難易有別，引入適當(dāng)權(quán)重體現(xiàn)各構(gòu)件重要程度。構(gòu)件細(xì)分詳見表2 所示。

⑶ 構(gòu)件損傷發(fā)展趨勢(shì)。考慮裝置產(chǎn)生病害后，各構(gòu)件損傷發(fā)展趨勢(shì)影響，擬將損傷發(fā)展趨勢(shì)定位為趨向穩(wěn)定、發(fā)展緩慢、發(fā)展較快3個(gè)等級(jí)，通過對(duì)初評(píng)標(biāo)度進(jìn)行修正予以體現(xiàn)。

⑷ 車輛行駛舒適度。伸縮裝置安裝工藝與其損傷程度共同決定車輛行駛的舒適性。該模型按照車輛行駛的舒適程度對(duì)初評(píng)標(biāo)度進(jìn)行修正來體現(xiàn)該因素的影響。

⑸ 交通流量。流量對(duì)伸縮裝置的損傷有重要影響，流量越大，伸縮裝置工作頻率越高，損傷可能性也就越大。引入交通流量影響系數(shù)來體現(xiàn)交通流量所帶來的影響。

2.3 評(píng)定流程

圖1 伸縮裝置技術(shù)狀況評(píng)定流程Fig1 Evaluation Process of Technical Condition of Telescopic Device

評(píng)定流程如圖1所示。具體如下：

⑴ 確定待評(píng)裝置類型，參照表2細(xì)分構(gòu)件；

⑵ 參照構(gòu)件評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)待評(píng)裝置各構(gòu)件評(píng)分，確定構(gòu)件綜合評(píng)定標(biāo)度值

表2 伸縮裝置構(gòu)件細(xì)分表Table2 Telescopic Device Component Detail Table

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2.4 評(píng)定指標(biāo)及分級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

伸縮裝置各構(gòu)件的評(píng)定標(biāo)度值，是整個(gè)評(píng)定流程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接關(guān)乎最終評(píng)定結(jié)果的取值。

為減少過多的人為因素干預(yù)，盡可能將不同操作人員對(duì)同等病害表征的待評(píng)裝置作出類似的評(píng)定結(jié)果，模型將伸縮裝置各構(gòu)件損傷程度劃分為完好、輕微損傷、一般損傷、明顯損傷、嚴(yán)重?fù)p傷和完全損傷6種等級(jí)，對(duì)應(yīng)標(biāo)度值為0～5。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)病害表征作初步定損，然后再根據(jù)該構(gòu)件的損傷對(duì)行車舒適度的影響程度和構(gòu)件損傷發(fā)展趨勢(shì)作出兩次修正，獲得綜合標(biāo)度，值域0～8，共計(jì)9個(gè)標(biāo)度值。見表3。

表3 伸縮裝置構(gòu)件損傷狀況評(píng)定Table3 Damage Assessment of Telescopic Device Components

2.5 構(gòu)件權(quán)重參數(shù)

據(jù)前述，本文采用層次分析法確定橋梁伸縮裝置各構(gòu)件權(quán)重參數(shù)。首先分析伸縮裝置系統(tǒng)內(nèi)各構(gòu)件元素之間的關(guān)系，對(duì)同一層次各構(gòu)件元素關(guān)于上一層次中某一準(zhǔn)則的重要性進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)造判斷矩陣；由判斷矩陣計(jì)算被比較構(gòu)件元素對(duì)于該準(zhǔn)則的相對(duì)權(quán)重，并進(jìn)行判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)；計(jì)算各層次對(duì)于系統(tǒng)的總排序權(quán)重，并進(jìn)行排序。按照上述方法，采用調(diào)查問卷方式，面向四川省內(nèi)橋梁伸縮裝置的生產(chǎn)、施工、設(shè)計(jì)、管理、科研等單位的橋梁專家發(fā)出了調(diào)查問卷，請(qǐng)專家填寫判斷矩陣，由判斷矩陣綜合計(jì)算各構(gòu)件權(quán)重。權(quán)重參數(shù)求解過程如下：

⑷ 對(duì)個(gè)體排序向量作聚類分析，將其劃成不同類別，確定各專家權(quán)重系數(shù)；

⑸ 采用加權(quán)平均法求得群組 AHP的綜合排序權(quán)重向量，即為伸縮裝置各構(gòu)件權(quán)重向量。

所得各類橋梁伸縮裝置構(gòu)件權(quán)重如表4～9所示。

表4 填塞對(duì)接式伸縮裝置構(gòu)件權(quán)重表Table4 Weigh table of packing and butt type expansion joint

表5 嵌固對(duì)接式伸縮裝置構(gòu)件權(quán)重表Table5 Weigh table of fixed and butt type expansion joint

表6 鋼制式伸縮裝置構(gòu)件權(quán)重表Table6 Weigh table of steel type expansion joint

表7 橡膠式伸縮裝置構(gòu)件權(quán)重表Table7 Weigh table of rubber type expansion joint

表8 模數(shù)式伸縮裝置構(gòu)件權(quán)重表Table8 Weigh table of modulus type expansion joint

表9 無縫式伸縮裝置構(gòu)件權(quán)重表Table9 Weigh table of seamless type expansion joint

2.6 結(jié)構(gòu)特性系數(shù)

表10 結(jié)構(gòu)特性系數(shù)取值表Tableq10 Structural characteristic coefficients

2.7 交通流量影響系數(shù)

表11 交通流量影響系數(shù)取值表Table11 Influence coefficients of traffic volume

2.8 綜合評(píng)價(jià)公式

根據(jù)上述評(píng)定流程及各類評(píng)定參數(shù)，提出橋梁伸縮裝置綜合評(píng)價(jià)公式。

2.9 技術(shù)狀況分類界限及對(duì)應(yīng)養(yǎng)護(hù)對(duì)策

⑴ 分類界限。見表12。

表12 橋梁伸縮裝置技術(shù)狀況分類界限表Table12 Technical Condition Classification Boundary Table of Bridge Expansion Device

⑵ 分類養(yǎng)護(hù)對(duì)策。見表13。

表13 橋梁伸縮裝置養(yǎng)護(hù)對(duì)策表Table13 Maintenance Strategy Table of Bridge Expansion Device

3、依托工程

⑴ 依托“成渝高速九曲河大橋波形骨架無縫伸縮裝置技術(shù)改造”項(xiàng)目進(jìn)行論證性應(yīng)用。伸縮裝置沿該路線前進(jìn)方向冠以1#、2#、3#順序編號(hào)，圖2示。病害按照“凹凸不平、錨固區(qū)缺陷、破損、失效”四項(xiàng)評(píng)定指標(biāo)以定性和定量分類描述，見表14。

圖2 伸縮裝置編號(hào)平面圖Fig2 Numbering Plan Telescopic Device

表14 伸縮裝置評(píng)定指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果Table14 The test results of the expansion joint index

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⑵ 全橋采用對(duì)接式嵌固型FD80型鋼伸縮裝置，型鋼為熱軋整體成型的F型異型鋼材，膠料為氯丁橡膠（CR）。細(xì)分構(gòu)件如表15所示。

表15 九曲河大橋伸縮裝置構(gòu)件細(xì)分表Table15 The Expansion Device Components Detail Table of Jiu Quhe Bridge

⑶ 1#、2#、3#伸縮裝置各構(gòu)件 如表16～18所示。

表16 1#伸縮裝置構(gòu)件Table16 1#Telescopic Device Components

表17 2#伸縮裝置構(gòu)件Table17 2#Telescopic Device Components

表17 2#伸縮裝置構(gòu)件Table17 2#Telescopic Device Components

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① 1#伸縮裝置。

表18 3#伸縮裝置構(gòu)件Table18 3#Telescopic Device Components

表18 3#伸縮裝置構(gòu)件Table18 3#Telescopic Device Components

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② 2#伸縮裝置。

③ 3#伸縮裝置。

⑹ 技術(shù)狀況等級(jí)。

表19 1～3#伸縮裝置技術(shù)狀況等級(jí)Table19 The Technical Grade of 1#～3# Telescopic Device

⑺ 養(yǎng)護(hù)對(duì)策。據(jù)表19評(píng)定等級(jí)，參照表13，1#、3#均隸屬于5類，需更換或進(jìn)行技術(shù)改造，2#隸屬于2類，需加強(qiáng)觀測(cè)，局部維修、調(diào)校個(gè)別構(gòu)件。

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1007-6344（2016）03-0080-04

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黃名波，男，1979，碩士研究生，四川交通投資集團(tuán)有限責(zé)任公司。橋梁隧道專業(yè)工程師。