既有橋梁技術(shù)狀況的評(píng)估方法研究及展望

摘要：既有橋梁是社會(huì)的寶貴財(cái)產(chǎn)，是保證交通安全暢通的關(guān)鍵，但大量既有橋梁承載能力不足、老化、破損已成為世界性范圍的問(wèn)題。本文針對(duì)既有橋梁的現(xiàn)狀及特點(diǎn)分析了對(duì)其評(píng)估的各種方法，并對(duì)評(píng)估方法進(jìn)行了對(duì)照分析，以供工程參考。

關(guān)鍵詞：既有橋梁；橋梁病害；評(píng)估方法；模糊理論

既有橋梁是社會(huì)的寶貴財(cái)產(chǎn)，但在長(zhǎng)期的自然環(huán)境和使用環(huán)境的作用下，交通荷載、環(huán)境條件等因素對(duì)其性能造成重大影響，公路網(wǎng)上的橋梁的技術(shù)狀況出現(xiàn)現(xiàn)逐漸退化的趨勢(shì)。目前橋梁病害現(xiàn)象日益嚴(yán)重和普遍，大量既有橋梁承載能力不足、老化、破損已成為世界性范圍的問(wèn)題。橋梁的養(yǎng)護(hù)維修已經(jīng)引起世界各國(guó)的關(guān)注，如何對(duì)其進(jìn)行科學(xué)合理的評(píng)估，對(duì)既有橋梁的技術(shù)狀況進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)，制定相應(yīng)的維修策略不僅具有重要的理論意義，而且具有廣泛的工程應(yīng)用前景和重大的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。

1.我國(guó)既有橋梁的現(xiàn)狀

造成橋梁可靠性降低的原因主要有以下幾個(gè)方面：一是公路車輛的超限運(yùn)輸。我國(guó)存在著大量的超載運(yùn)輸，增加了處于銜接地位的橋梁載重負(fù)擔(dān)；二是結(jié)構(gòu)的老化與病害。自然老化和長(zhǎng)年失修、材料強(qiáng)度降低都是使其老化的原因；三是設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的演變，如今，設(shè)計(jì)方法和標(biāo)準(zhǔn)不斷細(xì)化，新舊橋梁可承載能力有差異也會(huì)給橋梁的荷載增加負(fù)擔(dān)。

縱觀近些年全國(guó)危橋基本情況，其中1999～2005年統(tǒng)計(jì)結(jié)果（不含農(nóng)村公路）顯示危橋數(shù)量不斷攀升，從最初統(tǒng)計(jì)的4451座到14659座，數(shù)量攀升驚人。而2006年和2007年在統(tǒng)計(jì)了農(nóng)村公路后，危橋數(shù)量所占永久性橋梁總數(shù)的比例由不足5%迅速增加至11%～17%，橋梁的養(yǎng)護(hù)和正確的評(píng)估工作任務(wù)艱巨。

2.既有橋梁的評(píng)估方法

橋梁評(píng)估的主要內(nèi)容包括以下四方面：承載能力評(píng)估，即評(píng)估橋梁各組成部分在強(qiáng)度、剛度等方面是否滿足現(xiàn)有運(yùn)輸荷載的要求以及對(duì)其能否適應(yīng)運(yùn)輸荷載的發(fā)展；耐久性評(píng)估，指評(píng)估結(jié)構(gòu)的疲勞損傷度及剩余壽命；使用性評(píng)估，主要針對(duì)走行的安全性和乘客的舒適度等；狀態(tài)評(píng)估，通常的意義是量化結(jié)構(gòu)的完整度水平，其完成設(shè)計(jì)服務(wù)功能和期限的能力。我國(guó)交通部1988年頒布了《公路舊橋承載能力鑒定方法》，2004年交通部又頒布了《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》（JTG H11—2004），采用考慮橋梁各部件權(quán)重的綜合評(píng)定方法明確了對(duì)公路橋梁的一般評(píng)定。近年來(lái)以可靠度、模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、灰色理論以及多學(xué)科交叉的綜合評(píng)估方法也不斷出現(xiàn)。

2.1常見橋梁評(píng)估方法

既有橋梁為了滿足現(xiàn)有的交通需求，通常會(huì)采取車道拓寬改建，提高橋梁的車輛荷載標(biāo)準(zhǔn)等措施，可見，承載能力是評(píng)估的重點(diǎn)，另外對(duì)于大型橋梁，則多采用以狀態(tài)評(píng)估為主的綜合評(píng)估方法。

2.1.1以設(shè)計(jì)規(guī)范為基礎(chǔ)的驗(yàn)算評(píng)定法

以設(shè)計(jì)規(guī)范為基礎(chǔ)的評(píng)定方法是根據(jù)對(duì)橋梁調(diào)查評(píng)估以及質(zhì)量檢測(cè)，以及結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)承載能力做出評(píng)定。

在實(shí)際運(yùn)用中，該方法具有較強(qiáng)的可操作性，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)查評(píng)估和檢測(cè)評(píng)定的結(jié)果，結(jié)合結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，能較準(zhǔn)確地評(píng)定橋梁現(xiàn)有的承載能力，是目前既有橋梁承載能力評(píng)定采用較多的評(píng)估方法。

2.1.2基于荷載試驗(yàn)方法

荷載試驗(yàn)法就是對(duì)橋梁進(jìn)行外觀檢查和簡(jiǎn)單評(píng)估后，對(duì)其施加試驗(yàn)性荷載，從而實(shí)現(xiàn)橋梁損傷評(píng)定的方法，此評(píng)估方法可分為動(dòng)態(tài)法、靜態(tài)法和動(dòng)靜結(jié)合法。

對(duì)橋梁進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)后，結(jié)合理論分析手段，對(duì)其診斷識(shí)別，建立橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力模型，進(jìn)而根據(jù)這個(gè)模型確定橋梁的實(shí)際承載能力。

2.1.3基于可靠度理論的評(píng)定方法

隨著結(jié)構(gòu)可靠度概念在橋梁工程中的應(yīng)用，人們逐漸把可靠度理論引入橋梁評(píng)價(jià)中。結(jié)構(gòu)可靠性理論采用失效概率Pf或可靠指標(biāo)β來(lái)衡量結(jié)構(gòu)的安全水平。對(duì)于既有橋梁結(jié)構(gòu)，其荷載和抗力都是不確定的，隨時(shí)間而變的，剩余使用期不同，其對(duì)應(yīng)的可靠性概率也不同。通常采用變的可靠性計(jì)算方法，并考慮結(jié)構(gòu)抗力退化的影響，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)在剩余使用期內(nèi)承載能力的失效概率進(jìn)行分析計(jì)算，這一理論已在結(jié)構(gòu)工程的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

2.1.4常規(guī)綜合評(píng)估

比較經(jīng)典的常規(guī)綜合評(píng)估采用的是加權(quán)算術(shù)平均、加權(quán)幾何平均以及綜合算術(shù)與幾何平均的混合評(píng)估方法。這些算法由于使用簡(jiǎn)單，故應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛。

2.1.5專家系統(tǒng)評(píng)定方法

專家系統(tǒng)具有知識(shí)處理、表達(dá)、利用和推理的能力，這種能力尤其適用于像橋梁評(píng)估這樣復(fù)雜問(wèn)題的模糊處理。所謂橋梁評(píng)估專家系統(tǒng)，就是利用計(jì)算機(jī)模擬有經(jīng)驗(yàn)專家的決策機(jī)理，對(duì)既有橋梁進(jìn)行綜合評(píng)估的方法。

2.1.6灰色關(guān)聯(lián)度評(píng)估法

灰色系統(tǒng)理論，即認(rèn)為人們對(duì)客觀事物的認(rèn)識(shí)有廣泛的灰色性，也即信息的不完全性和不確定性，已知信息和部分信息未知共存，因而由客觀事物所形成的是一種灰色系統(tǒng)，同時(shí)人們對(duì)被評(píng)估的事物的認(rèn)識(shí)也具有灰色性，故可借助灰色系統(tǒng)的相關(guān)理論進(jìn)行綜合評(píng)估。由于灰色關(guān)聯(lián)度法能很好地反映客觀事物，同時(shí)有一組最優(yōu)數(shù)據(jù)可描述這些屬性，該方法目前在許多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。

2.1.7模糊綜合評(píng)估

該方法以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，借助模糊數(shù)學(xué)的一些概念，對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行綜合評(píng)估。模糊綜合評(píng)判XZ法較好地解決了事物的模糊性和算法的確定性這一矛盾，能很好反映客觀事物的本質(zhì)，是對(duì)橋梁各部件及整體工作狀態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)估的一種較理想的方法。

2.1.8神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究成果已廣泛用于模式識(shí)別、自動(dòng)控制、圖像處理、語(yǔ)言識(shí)別等領(lǐng)域。且大量應(yīng)用事實(shí)證明，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的“黑箱操作”有足夠的精度，會(huì)隨著該理論的發(fā)展和完善而精度越來(lái)越高，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者都在從事這方面的研究工作。

2.2評(píng)估方法對(duì)比

綜合來(lái)看，設(shè)計(jì)規(guī)范的驗(yàn)算方法在計(jì)算分析中其簡(jiǎn)化模型與實(shí)際有一定的差異，該方法評(píng)定的結(jié)果偏于保守，難以反映結(jié)構(gòu)退化后的受力；基于荷載實(shí)驗(yàn)法利用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試技術(shù)可獲得部分橋梁結(jié)構(gòu)的確定信息，提高評(píng)估的準(zhǔn)確性，但成本較高；可靠度理論的方法也要面臨可靠性概率因?qū)嶋H情況不同而不同的問(wèn)題；而常規(guī)方法難以定量的描述事物；專家評(píng)估方法應(yīng)用中直接受到采集信息的完整性和工程師的工程經(jīng)驗(yàn)的影響，其推廣還有待于對(duì)各類橋梁工作性能的深入認(rèn)識(shí)以及相應(yīng)規(guī)范的建立；對(duì)于橋梁構(gòu)件而言，評(píng)價(jià)值是很難準(zhǔn)確獲得的，故灰色關(guān)聯(lián)度評(píng)估法不適于橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的綜合評(píng)估。模糊綜合評(píng)估適宜用于多目標(biāo)多屬性的評(píng)估中，但要注意隨機(jī)性等問(wèn)題；人工網(wǎng)絡(luò)法對(duì)資料的積累有較高要求，應(yīng)用具有一定的局限性。

3.展望

橋梁評(píng)估是橋梁管理重要組成部分，關(guān)系到線路是否安全暢通，是橋梁維修加固和改造的基本依據(jù)。因此，選用適宜的方法對(duì)既有橋梁進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)估意義重大。既有橋梁是處于真實(shí)環(huán)境空間中的一個(gè)復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，其各方面影響因素很多，考慮到影響因素間的關(guān)系又存在大量不確定性和模糊性，傳統(tǒng)的橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)狀態(tài)評(píng)估方法已顯示出諸多不足。而新一代的人工智能技術(shù)等橋梁結(jié)構(gòu)評(píng)估系統(tǒng)已經(jīng)出現(xiàn)，不過(guò)在這些方法大面積應(yīng)用之前，我們還要對(duì)其準(zhǔn)確性、可靠性進(jìn)行更加深入的研究，為今后的既有橋梁評(píng)估工作提出更科學(xué)的結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

[1]李亞?wèn)|. 基于設(shè)計(jì)規(guī)范的橋梁承載能力評(píng)估[J]. 橋梁建設(shè)，1996，02：63-65.

[2]趙建強(qiáng). 既有城市橋梁結(jié)構(gòu)常見病害與評(píng)估方法綜述[J].甘肅科技，2005，09：132-134+114.

[3]胡志堅(jiān)，賈麗君，肖汝誠(chéng)，袁帥華. 既有橋梁技術(shù)狀態(tài)評(píng)估研究現(xiàn)狀與展望[J]. 國(guó)防交通工程與技術(shù)，2006，02：1-5.