橋梁加固技術(shù)應(yīng)用效果綜合評價(jià)方法研究

朱 靜

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 沈陽市 110166)

0 引言

項(xiàng)目后評價(jià)[1-5]的方法有對比法、成功度法、類比法、邏輯框架法、因果分析法、層次分析法、模糊綜合評價(jià)法、神經(jīng)網(wǎng)技術(shù)的綜合評價(jià)法等等，這些方法對于不同的項(xiàng)目來說各有特點(diǎn)，使用的范圍也不一樣，評價(jià)的效果也不同。

根據(jù)橋梁加固及改造技術(shù)特點(diǎn)，以及不同加固技術(shù)應(yīng)用效果評價(jià)的要求，在成功度法評價(jià)思路的基礎(chǔ)上，參考《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)評價(jià)方法，并結(jié)合對比法、定量比較法和層次分析法，提出橋梁加固技術(shù)應(yīng)用效果綜合評價(jià)方法。

1 評價(jià)指標(biāo)體系建立

1.1 技術(shù)狀況變化情況評價(jià)指標(biāo)

在對加固橋梁技術(shù)狀況評價(jià)時(shí)，在《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》的評價(jià)體系基礎(chǔ)上，針對加固部分提出新的評價(jià)指標(biāo)。橋面系及支座一般采用部分或整體更換的方式進(jìn)行加固，故此處均按《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行評定。對于上、下部結(jié)構(gòu)，該評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)未針對加固部分給出針對性的評價(jià)指標(biāo)，因此針對不同的加固材料，增加相應(yīng)的評價(jià)指標(biāo)。

目前橋梁加固常用的材料主要有鋼板、纖維布、鋼筋混凝土以及預(yù)應(yīng)力鋼絞線，按照加固材料的不同，增加相應(yīng)加固方法的評價(jià)指標(biāo)。與《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG/T—2011)相比，可將評價(jià)指標(biāo)分為兩類：一類是與標(biāo)準(zhǔn)中相同的通用指標(biāo)，另一類是根據(jù)后評價(jià)的要求新增的指標(biāo)，見圖1。

圖1 結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評價(jià)指標(biāo)

當(dāng)采用鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力對橋梁進(jìn)行加固時(shí)，橋梁加固部分可能出現(xiàn)的病害有混凝土蜂窩麻面、碳化、開裂、預(yù)應(yīng)力構(gòu)件損傷等，這與《評定標(biāo)準(zhǔn)》中混凝土梁式橋上部承重構(gòu)件和上部一般構(gòu)件的評定指標(biāo)相同，因此采用鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力加固時(shí)，給出9個(gè)通用評價(jià)指標(biāo)。

當(dāng)采用鋼板和纖維布對橋梁進(jìn)行加固時(shí)，橋梁加固部分可能出現(xiàn)的病害有鋼板銹蝕、錨固失效、纖維布脫落等，在《評定標(biāo)準(zhǔn)》中未給出相應(yīng)的評價(jià)指標(biāo)，因此采用鋼板和纖維布加固時(shí)，新增8個(gè)評價(jià)指標(biāo)。對于鋼板有涂層裂化、鋼板銹蝕、鋼板裂縫、鋼板變形、與原結(jié)構(gòu)錨固質(zhì)量；對于纖維布有涂層劣化、纖維布斷裂、與原結(jié)構(gòu)粘結(jié)質(zhì)量。

1.2 結(jié)構(gòu)受力性能變化情況評價(jià)指標(biāo)

結(jié)構(gòu)受力性能變化情況主要體現(xiàn)于橋梁承載能力、整體剛度以及動(dòng)力特性的變化情況。通過對比分析橋梁加固前后承載能力、整體剛度以及動(dòng)力特性等基本指標(biāo)的變化情況，來評價(jià)結(jié)構(gòu)受力性能的改善程度。以定量指標(biāo)為主，建立加固后橋梁受力性能的評價(jià)指標(biāo)體系，對橋梁加固后受力性能進(jìn)行定量評價(jià)。

承載能力指標(biāo)用于評價(jià)危橋加固后的承載能力是否滿足規(guī)范以及使用要求，是否達(dá)到加固前預(yù)期，以及加固后承載力較加固前提高比例等。主要通過撓度、應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)以及相對殘余變位和相對殘余應(yīng)變等改善程度進(jìn)行評價(jià)。

整體剛度指標(biāo)用于評價(jià)危橋加固后其縱向、橫向剛度的變化情況?？v向剛度變化情況以加固前后跨中截面相對撓度的改變程度來衡量，反映結(jié)構(gòu)抗變形能力的變化。橫向剛度變化情況以加固前后橫向分布系數(shù)的改變程度來衡量，反映橋梁加固后橫向整體性的變化。

動(dòng)力特性指標(biāo)用于評價(jià)危橋加固后其動(dòng)力性能的變化情況，主要通過危橋加固前后結(jié)構(gòu)固有頻率以及沖擊系數(shù)的變化情況進(jìn)行衡量。

結(jié)構(gòu)受力性能變化情況方面共提出了8個(gè)評價(jià)指標(biāo)，見表1。

表1 結(jié)構(gòu)受力性能變化情況評價(jià)指標(biāo)

2 指標(biāo)評價(jià)等級及權(quán)重

2.1 評價(jià)等級建立

(1)通用指標(biāo)

標(biāo)度及指標(biāo)值請參見《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG/T H21—2011)中相關(guān)指標(biāo)評定的內(nèi)容。

(2)新增指標(biāo)

①鋼板加固新增指標(biāo)及其標(biāo)度見表2～表6。

表2 鋼板涂層劣化

表3 鋼板銹蝕

表4 鋼板裂縫

表5 鋼板變形

表6 鋼板與原結(jié)構(gòu)錨固質(zhì)量

②纖維布加固新增指標(biāo)及其標(biāo)度見表7～表9。

表7 纖維布涂層劣化

表8 纖維布斷裂

表9 纖維布與原結(jié)構(gòu)粘貼質(zhì)量

對于橋梁加固部分而言，不同的病害對橋梁加固效果的影響程度不同，每種病害的最嚴(yán)重等級也不同，相應(yīng)的按照《評定標(biāo)準(zhǔn)》扣分也不同，這種扣分方法能體現(xiàn)出現(xiàn)不同病害對橋梁加固效果的影響程度的不同。

2.2 指標(biāo)權(quán)重的確定

2.2.1層次分析法

層次分析法[6]又稱AHP構(gòu)權(quán)法(Analytic hierarchy process，簡寫為AHP)，它將與決策目標(biāo)相關(guān)的元素依次分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層及方案層，對決策問題的影響因素、本質(zhì)及內(nèi)在的關(guān)系進(jìn)行了深入的特性分析，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行層次間的定性和定量計(jì)算，從而為多目標(biāo)、多準(zhǔn)則或復(fù)雜問題提供簡便的決策方法。

用層次分析法作系統(tǒng)分析，首先要把問題層次化。根據(jù)問題的性質(zhì)和要達(dá)到的總目標(biāo)，將問題分解為不同的組成因素，并按照因素間的相互關(guān)聯(lián)影響以及隸屬關(guān)系將因素按不同層次聚集組合，形成一個(gè)多層次的分析結(jié)構(gòu)模型，并最終把系統(tǒng)分析歸結(jié)為最低層，相對于最高層(總目標(biāo))的相對重要性權(quán)值的確定或相對優(yōu)劣次序的排序問題。

2.2.2計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重

利用層次分析法，對各指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如下：

整理可得權(quán)重如表10～表14所示。

表10 橋梁整體加固效果分層指標(biāo)權(quán)重

表11 受力性能變化情況分層指標(biāo)權(quán)重

表12 承載能力變化情況分層指標(biāo)權(quán)重

表13 整體剛度分層指標(biāo)權(quán)重

表14 動(dòng)力特性分層指標(biāo)權(quán)重

3 綜合評價(jià)體系建立

3.1 綜合評價(jià)指標(biāo)體系

結(jié)合之前的敘述，橋梁整體加固效果綜合評價(jià)指標(biāo)體系采用三級結(jié)構(gòu)：以結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況變化情況和結(jié)構(gòu)受力性能變化情況為一級評價(jià)指標(biāo)，相應(yīng)的細(xì)分指標(biāo)作為二級評價(jià)指標(biāo)，以此類推，初步建立橋梁整體加固效果的多級評價(jià)指標(biāo)體系，所形成的評價(jià)體系如圖2所示。

3.2 評價(jià)流程

3.2.1結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況變化情況評價(jià)

結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況改善評價(jià)方式主要參考《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG/T H21—2011)中第四章的計(jì)算方法進(jìn)行。

3.2.2結(jié)構(gòu)受力性能變化情況評價(jià)

(1)評定指標(biāo)的計(jì)算

受力性能改善評價(jià)各項(xiàng)指標(biāo)可按表15所列公式進(jìn)行計(jì)算。

圖2 橋梁整體加固效果綜合評價(jià)指標(biāo)體系

表15 結(jié)構(gòu)受力性能變化情況各指標(biāo)計(jì)算方法

通過對比各等級定量的Rx值，得到該指標(biāo)的標(biāo)度，或根據(jù)定性描述的內(nèi)容得到該指標(biāo)的標(biāo)度。

(2)受力性能指標(biāo)評價(jià)

承載能力、整體剛度、動(dòng)力特性按如下公式計(jì)算：

式中：MBCIc、MBCIs、MBCId—承載能力、整體剛度、動(dòng)力特性的各指標(biāo)得分，值域?yàn)?～5分；

CAPi、STIi、DYNi—承載能力、整體剛度、動(dòng)力特性的下級指標(biāo)標(biāo)度；

Wi—該項(xiàng)指標(biāo)對應(yīng)的權(quán)重。

(3)總體結(jié)構(gòu)受力性能改善評分

結(jié)構(gòu)受力性能改善的最終的評分采用以下公式計(jì)算所得：

Wc、Ws、Wd—承載能力、整體剛度、動(dòng)力特性指標(biāo)權(quán)重；

Dp—受力性能變化情況指標(biāo)評分，值域?yàn)?～100分。

4 結(jié)論

加強(qiáng)橋梁加固及改造技術(shù)應(yīng)用后評價(jià)工作是十分必要的，這對于全面衡量橋梁加固及改造的實(shí)際效果具有重要意義。本項(xiàng)目通過建立橋梁加固及改造技術(shù)應(yīng)用后評價(jià)方法，以便更為合理有效地對加固效果進(jìn)行評價(jià)，為橋梁加固及改造工程方法選取提供參考，降低橋梁加固、維修成本，為橋梁管理部門提出橋梁加固后評價(jià)依據(jù)，節(jié)約養(yǎng)護(hù)資金。主要研究成果歸納如下：

(1)項(xiàng)目后評價(jià)的幾種方法中成功度法評價(jià)思路適用于橋梁加固技術(shù)效果評價(jià)應(yīng)用基礎(chǔ)理論。

(2)根據(jù)橋梁加固及改造技術(shù)特點(diǎn)，以及不同加固技術(shù)應(yīng)用效果評價(jià)的要求，在成功度法評價(jià)思路的基礎(chǔ)上，參考《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)評價(jià)方法，并結(jié)合對比法、定量比較法和層次分析法等，提出了橋梁加固技術(shù)應(yīng)用效果綜合評價(jià)方法。

(3)通過實(shí)例驗(yàn)證該評價(jià)方法能較好地評價(jià)橋梁的整體加固效果。為橋梁加固及改造工程方法選取提供重要參考。