大跨徑斜拉橋安全評(píng)估方法研究

陳 飚

梅州市市政工程維護(hù)中心，廣東 梅州 514000

1 研究背景

橋梁結(jié)構(gòu)所承受的車(chē)輛荷載日益增加，橋梁結(jié)構(gòu)性能也隨著材料老化、外部環(huán)境變化等因素逐漸降低。因此，有必要對(duì)橋梁開(kāi)展科學(xué)、準(zhǔn)確的安全評(píng)估工作。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，橋梁評(píng)估方法一般只適用于中小跨徑的橋梁，對(duì)于特殊的大跨徑橋梁并不適用。為此，文章圍繞大跨徑斜拉橋的安全評(píng)估展開(kāi)研究。

2 層次分析法

2.1 層次劃分

（1）最頂層為橋梁整體，該層的評(píng)分即為橋梁評(píng)估的最終評(píng)分。

（2）第二層為橋梁結(jié)構(gòu)的主要部件，包括斜拉橋的主梁、索塔、斜拉索、下部結(jié)構(gòu)和其他設(shè)施。

（3）第三層是根據(jù)橋梁日常運(yùn)維、定期檢測(cè)和長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)中獲得的橋梁各個(gè)構(gòu)件的具體指標(biāo)而確定的評(píng)估指標(biāo)。該層評(píng)估指標(biāo)主要是第二層指標(biāo)的子構(gòu)件層，即由對(duì)部件的外觀檢查和各種監(jiān)測(cè)指標(biāo)構(gòu)成，例如對(duì)于主梁的第三層指標(biāo)有主梁的外觀檢查、主梁線形、主梁的自振頻率，具體的可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選取。

（4）第四層則是該評(píng)估體系的最底層指標(biāo)，該層指標(biāo)為上一層指標(biāo)對(duì)應(yīng)于《城市橋梁檢測(cè)與評(píng)定技術(shù)規(guī)范》（CJJ/T 233—2015）（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規(guī)范》）所描述的各種病害或者是一組序列指標(biāo)里面具體某個(gè)測(cè)點(diǎn)的值，例如對(duì)于混凝土的第四層指標(biāo)則包括混凝土強(qiáng)度和混凝土碳化深度。

2.2 指標(biāo)分類(lèi)與評(píng)分

（1）定性指標(biāo)。由于該類(lèi)指標(biāo)沒(méi)有具體數(shù)值，僅進(jìn)行定性的評(píng)價(jià)，因此往往具有較大的主觀性。

（2）定量指標(biāo)。該類(lèi)指標(biāo)有具體數(shù)值或者一個(gè)具體數(shù)值的范圍，可以對(duì)其進(jìn)行定量的評(píng)價(jià)。

（3）序列指標(biāo)。該類(lèi)指標(biāo)為一系列數(shù)值相關(guān)的指標(biāo)。

針對(duì)不同種類(lèi)的指標(biāo)采取合適的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，所有的指標(biāo)滿分均為100分。對(duì)于定性指標(biāo)，由于《規(guī)范》只有分級(jí)描述，可以由檢測(cè)人員酌情評(píng)分；對(duì)于定量指標(biāo)，計(jì)算其實(shí)測(cè)數(shù)值和《規(guī)范》或者理論結(jié)果進(jìn)行對(duì)比評(píng)分；對(duì)于序列指標(biāo)，綜合考慮指標(biāo)的均勻變化和非均勻變化后最終確定評(píng)分。

2.3 構(gòu)造判斷矩陣與權(quán)重計(jì)算

橋梁結(jié)構(gòu)各部件的權(quán)重決定其重要程度，工程上常用標(biāo)度法來(lái)反映各個(gè)指標(biāo)之間重要性與相互關(guān)系。其中，1～9標(biāo)度法以其簡(jiǎn)潔明了、計(jì)算簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。因此，文章采用1～9標(biāo)度法構(gòu)造判斷矩陣，然后用特征向量法計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重[1]。

以第二層指標(biāo)為例進(jìn)行分析。將第二層各指標(biāo)按其重要性由大到小排列如下：下部結(jié)構(gòu)、主梁、索塔、斜拉索、其他附屬設(shè)施。根據(jù)1～9標(biāo)度法所建立的判斷矩陣如表1所示。采用特征向量法計(jì)得權(quán)重如表2所示。

表1 判斷矩陣

表2 第二層權(quán)重計(jì)算

2.4 評(píng)分評(píng)估

上述步驟完成后，可從最底層指標(biāo)依次向上評(píng)分，得出橋梁綜合評(píng)分。對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)狀況進(jìn)行分級(jí)及安全評(píng)估[2]，評(píng)分結(jié)果如表3所示。

表3 結(jié)構(gòu)狀況分級(jí)

3 實(shí)例評(píng)估

3.1 工程概況

梅州廣州大橋主橋?yàn)槿绮粚?duì)稱(chēng)塔單索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，主橋跨組合為（139+67+39）m。主橋塔、墩、梁固結(jié)，主梁采用箱形截面，主跨拉索為單索面（雙排索）、輻射形，塔柱為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。梅州廣州大橋截面圖如圖1所示。

圖1 廣州大橋截面圖（單位：m）

3.2 綜合評(píng)分

根據(jù)2020年在梅州廣州大橋收集到的各種數(shù)據(jù)，采用文章所提方法分析得出各指標(biāo)的權(quán)重，結(jié)構(gòu)的綜合評(píng)分如表4所示。評(píng)估結(jié)果對(duì)比如表5所示。

表4 結(jié)構(gòu)綜合評(píng)分

表5 評(píng)估結(jié)果對(duì)比

由表5可看出，梅州廣州大橋2020年的最終評(píng)分為79.35，評(píng)估等級(jí)為C級(jí)，即該橋各項(xiàng)性能均正常，狀態(tài)評(píng)估為合格，僅需要進(jìn)行針對(duì)性小修即可[3]。將根據(jù)該方法得出的綜合評(píng)分對(duì)橋梁做出的評(píng)價(jià)與該橋根據(jù)《規(guī)范》進(jìn)行的檢測(cè)結(jié)果對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，文章方法的最終評(píng)分值高于規(guī)范值，這是因?yàn)槲恼路椒ǖ诙又笜?biāo)并未采取《規(guī)范》上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、橋面系、其他附屬設(shè)施的分類(lèi)方法，而是將上部結(jié)構(gòu)的主梁、斜拉索、索塔作為第二層重要部件參與結(jié)構(gòu)安全評(píng)估，并且將較為次要的橋面系歸類(lèi)到其他附屬設(shè)施的子構(gòu)件層，從而充分考慮了大跨橋梁的主梁、斜拉索、索塔對(duì)結(jié)構(gòu)起到的作用，因此結(jié)果更符合實(shí)際情況。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章基于層次分析法，建立了適用于大跨度斜拉橋的安全評(píng)估方法。該方法根據(jù)橋梁各構(gòu)件和部件之間的聯(lián)系劃分層次并確定指標(biāo)，采用1～9標(biāo)度法構(gòu)造判斷矩陣，采用特征向量法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重，從最底層指標(biāo)依次向上評(píng)分，得出橋梁綜合評(píng)分。該評(píng)估方法在評(píng)估過(guò)程中充分考慮了大跨徑斜拉橋主梁、斜拉索、索塔的重要性，并融合橋梁各類(lèi)檢查檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)指標(biāo)進(jìn)行量化評(píng)分。實(shí)例分析表明，該方法可以取得較好的評(píng)估結(jié)果。