引入交通量折損的橋梁技術(shù)狀況評定方法研究

陸治屹

(廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院，廣西 南寧 530029)

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引入交通量折損的橋梁技術(shù)狀況評定方法研究

陸治屹

(廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院，廣西 南寧 530029)

現(xiàn)行的橋梁養(yǎng)護(hù)規(guī)范及橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)都忽視了交通對橋梁實際運營狀況的影響。文章結(jié)合橋梁設(shè)計歷程及運營狀況，引入交通量折損對橋梁進(jìn)行技術(shù)狀況評定。

橋梁；技術(shù)狀況；評定方法；交通量

0 引言

目前我國橋梁在養(yǎng)護(hù)過程中的橋梁技術(shù)狀況評定主要參照《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》(JTG H21-2004)、《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》(CJJ99-2003)及《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG/T H21-2011)執(zhí)行，這些規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)的評定方法都是根據(jù)橋梁構(gòu)件的缺陷狀況，按照不同構(gòu)件在結(jié)構(gòu)中的重要性進(jìn)行加權(quán)評定，往往忽視了交通實際運營狀況對橋梁的影響。本文將引入交通量對橋梁技術(shù)狀況進(jìn)行科學(xué)評定。

1 橋梁設(shè)計歷程及運營狀況

1.1 橋梁設(shè)計歷程

自新中國建立以來，我國的橋梁設(shè)計從最初的參考蘇聯(lián)規(guī)范至1954年頒布《公路工程設(shè)計準(zhǔn)則》(修訂草案)，才有了第一部自行編制的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，并于1961年頒布實施了第一部涵蓋不同材料、不同結(jié)構(gòu)形式的公路橋涵綜合性規(guī)范《公路橋涵設(shè)計規(guī)范》(草案)。

隨著我國橋梁技術(shù)人員在生產(chǎn)實踐過程中大量的經(jīng)驗積累和不斷的總結(jié)創(chuàng)新，終于于1975年完成了最后一部綜合性規(guī)范《公路橋涵設(shè)計規(guī)范》(試行)的修訂。

1978年，隨著公路橋梁的建設(shè)發(fā)展以及預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用，編制并實施了首部預(yù)應(yīng)力設(shè)計規(guī)范《公路預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計規(guī)范》(試行)。

改革開放后，隨著我國交通事業(yè)的快速發(fā)展，又形成JTJ標(biāo)準(zhǔn)體系，即85規(guī)范，如《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTJ 023-85)、《公路圬工橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTJ 022-85)以及《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTJ 021-89)。

20世紀(jì)90年代后我國公路橋涵事業(yè)又步入了一個高速發(fā)展的新時期，原有規(guī)范已無法滿足長足發(fā)展的需求，在此基礎(chǔ)上又產(chǎn)生了新的標(biāo)準(zhǔn)體系即JTG體系，即04規(guī)范，如《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTG D60-2004)、《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTG D62-2004)。

如今，經(jīng)過10年的發(fā)展，交通運輸量急劇增加，原有橋梁設(shè)計規(guī)范已無法滿足當(dāng)前交通運輸?shù)囊螅瑯蛄涸O(shè)計規(guī)范又再次更新至《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTG D60-2015)。

隨著橋梁設(shè)計規(guī)范的更新?lián)Q代，橋梁設(shè)計荷載等級也隨著一步步提高，汽車荷載模式由原來的計算荷載(車隊荷載)+驗算荷載(履帶車和掛車)調(diào)整為車道荷載(均布荷載+集中荷載)+車輛荷載，汽車荷載等級由原來的集中力在180～360 kN之間內(nèi)插提升至在270～360 kN之間內(nèi)插。

隨著社會的進(jìn)步，原有的橋梁設(shè)計荷載級往往無法滿足現(xiàn)有交通運輸?shù)囊螅奢d等級的提升是一個必然趨勢。

1.2 現(xiàn)役橋梁運營狀況

我國是一個橋梁大國，然而其中有大部分橋梁是沿用老規(guī)范進(jìn)行設(shè)計的，這部分橋梁還存在一部分的危橋，以20世紀(jì)80年代建造的居多，在當(dāng)時交通大發(fā)展的社會背景下，存在許多的施工缺陷，橋梁的運營狀況較差，并且在長時間的運營過程中材料逐漸老化，安全性和耐久性降低，橋梁承載能力下降，存在一定程度的安全隱患，許多橋梁需要靠維修來保持通暢，甚至限行。

這些老舊橋梁除了材料老化、安全性耐久性降低、承載能力下降等自身問題外，還存在一個普遍現(xiàn)象，那就是橋梁荷載等級無法滿足當(dāng)前交通運輸?shù)囊蟆?/p>

2 現(xiàn)有橋梁技術(shù)狀況評定方法

現(xiàn)階段我國的橋梁技術(shù)狀況評定方法有兩個傾向：(1)偏主觀、簡單化；(2)偏客觀、數(shù)據(jù)化。

2.1 《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》(JTG H21-2004)

目前我國橋梁在養(yǎng)護(hù)過程中普遍采用的《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》(JTG H21-2004)，偏向于主觀評定和簡單化。

這種橋梁評定方法簡單，是比較經(jīng)典的評定方法，《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》(JTG H21-2004)中的技術(shù)狀況綜合評定計算式為：

(1)

式中：Ri——各部件的評定標(biāo)度(0～5)；

Wi——部件權(quán)重，∑Wi=100；

Dr——橋梁整體技術(shù)狀況評分，值域為0～100，評分越高表示橋梁技術(shù)狀態(tài)越好。根據(jù)評分將橋梁等級劃分為5類。

其橋梁權(quán)重的分配是在總結(jié)以往經(jīng)驗的基礎(chǔ)進(jìn)行劃分的，在將橋梁劃分為17個固定僅重部件后，針對這些部件進(jìn)行現(xiàn)場檢測，查明橋梁部件的缺損情況、缺損的影響程度和缺損的變形趨勢后，進(jìn)行缺損狀況的累加，得出一個橋梁部件的缺損標(biāo)度，將此標(biāo)度代入各部件權(quán)重進(jìn)行綜合評定計算，以現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)來評定橋梁的運營狀態(tài)。

這種方法在橋梁標(biāo)度的評判上存在一定程度的主觀性。

2.2 《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG/T H21-2011)

(2)

式中將橋梁分為上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、橋面系，并對3個結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件進(jìn)行分別評定，該評定方法對各構(gòu)件的分值進(jìn)行了劃分，并對各構(gòu)件評分指標(biāo)進(jìn)行了嚴(yán)格的限定。然后再通過某類部件所有構(gòu)件評分的平均值和最低值及構(gòu)件總數(shù)量系數(shù)對部件進(jìn)行評分，如其上部結(jié)構(gòu)部件計算式：

(3)

在得出3個結(jié)構(gòu)各自部件的綜合評分后，通過對應(yīng)部件的加權(quán)計算對各個結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合評分，例如其上部結(jié)構(gòu)綜合評分如下：

(4)

然后再進(jìn)行加權(quán)總評分，其橋梁總體技術(shù)狀況評分計算式如下：

Dr=BDCI×WD+SPCI×WSP+SBCI×WSB

(5)

這種橋梁技術(shù)評定方法較為客觀，將橋梁評定分為4個層次，分別按構(gòu)件評定、部件評定、單元議定、全橋評定依次進(jìn)行，并且橋型劃分具體，病害描述精細(xì)，且列舉了14項評定為5級橋梁的單項指標(biāo)，計算方法客觀，評定結(jié)果相對真實，《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》(CJJ99-2003)與其大致相似。

近年來，隨著人們生活水平的提高，人們對果蔬品質(zhì)要求也不斷提高。果蔬在運輸和加工過程中容易發(fā)生擠壓碰撞，一般會承受一些外載荷作用，可能導(dǎo)致果蔬品質(zhì)發(fā)生變化，因此對果蔬進(jìn)行力學(xué)特性試驗研究可以有效減少農(nóng)產(chǎn)品的損傷，具有很高的價值。圣女果在收獲、運輸、分級、貯藏等過程中的機(jī)械損傷通常是由壓縮載荷引起的，在一般的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中圣女果又都處于完整形態(tài)。因此，對整體圣女果壓縮特性的研究可為研究圣女果損傷機(jī)理、評定產(chǎn)品品質(zhì)以及設(shè)計制造有關(guān)的各種機(jī)器提供合理、可靠的設(shè)計依據(jù)提供最佳參數(shù)[1-2]。

2.3 現(xiàn)行橋梁技術(shù)狀況評定方法的分析總結(jié)

目前我國采用的這些橋梁技術(shù)狀況評定方法從橋梁結(jié)構(gòu)的技術(shù)層面確實可以有效地反映橋梁的現(xiàn)有狀態(tài)，但其實并沒有真實反映橋梁的運營狀況。所謂的橋梁運營狀況應(yīng)該能夠真實反映橋梁的動態(tài)運營指標(biāo)，而不是僅反映橋梁結(jié)構(gòu)的靜態(tài)指標(biāo)。

3 交通量折損評定

橋梁的技術(shù)狀況評定應(yīng)該考慮交通量對于橋梁的影響，這樣才能真實地反映橋梁的運營現(xiàn)狀，而不是等到出現(xiàn)問題之后將責(zé)任推卸到車輛上，那樣是顛倒了主客關(guān)系，而沒有從根本上解決問題所在。

超載不僅僅是一種現(xiàn)象，而是一個客觀存在的事實，超載類似物理損傷，在橋梁運營過程中會引起橋梁的疲勞破壞，同樣會使橋梁的安全性、耐久性和承載力大大降低。

在橋梁技術(shù)狀況評定中要引入交通量折損，首先要對交通量進(jìn)行調(diào)查，高速公路收費站每年都會有該方面的統(tǒng)計，各個地方的交通局、公路局或交警交通量的統(tǒng)計部門也可以統(tǒng)計出地方道路的交通量，而對于二級路、三級路交通量的統(tǒng)計部門，也可以從高峰段的短期統(tǒng)計得出，這部分費用相當(dāng)于橋梁荷載試驗的一小部分，并且在引入交通量折損后還可以減少相當(dāng)一部分的橋梁荷載試驗，從而減少養(yǎng)護(hù)費用。

在統(tǒng)計出交通量以后進(jìn)行換算，換算公式如下：

(6)

式中：Sr——車輛超載系數(shù)；

P——設(shè)計荷載；

Scz——車輛超載數(shù)量；

S——車輛交通量總數(shù)。

橋梁的靜態(tài)狀況指標(biāo)的技術(shù)狀況評定方法，可假設(shè)現(xiàn)行的靜態(tài)橋梁技術(shù)狀況評定方法已經(jīng)成熟，可以直接引用，那么引入交通量的橋梁技術(shù)狀況評定方法計算公式為：

Uc=(1+Sc)×Uj

(7)

式中：Uj——橋梁靜態(tài)技術(shù)狀況評分扣分值；

Uc——引入交通量折損的橋梁技術(shù)狀況評分扣分值。

將U0應(yīng)用于《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》(JTG H21-2004)中的計算公式即：

(8)

橋梁技術(shù)狀況評定應(yīng)該能夠客觀地反映橋梁的運營狀態(tài)，因此建議采用《公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG/T H21-2011)的客觀評價方法，那么橋梁技術(shù)狀況評定構(gòu)件評定的計算公式則為：

PMCIl(BMCIl或DMCIl)

(9)

以此構(gòu)件評定值為基礎(chǔ)，再進(jìn)行橋梁部件、單元的評定。

4 結(jié)語

橋梁事故的發(fā)生以及橋梁的損壞往往歸咎于車輛超載，車輛超載確實是造成橋梁損壞的一個主要原因，超載不僅存在于新建道路的橋梁中，也更多地存在于老舊橋梁中，且由于新規(guī)范對荷載等級的提升使得老舊橋梁無法滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求。在進(jìn)行橋梁技術(shù)狀況評定的過程中，不能僅僅使用新規(guī)范去評價一座老舊橋是否滿足要求，更應(yīng)該考慮車輛超載的問題。引入交通量折損的橋梁技術(shù)狀況評定能夠真實地反映出橋梁運營狀況，并能夠更好地引導(dǎo)加固設(shè)計，解決由于規(guī)范更新、荷載等級提高而造成的老舊橋梁承載能力評價的問題，希望本文能夠為橋梁檢測中對橋梁技術(shù)狀況的評定提供參考。

[1]JTG H21-2004，公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范[S].

[2]CJJ99-2003，城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].

[3]JTG/T H21-2011，公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4]陳棟梁.橋梁技術(shù)狀況評定方法比較研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2013.

[5]潘怡宏.公路橋梁設(shè)計規(guī)范實用問題探究[J].城市道橋與防洪，2012(6)：144-146.

[6]趙群黎.公路橋梁設(shè)計規(guī)范的歷史、現(xiàn)狀和未來[J].標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，2015(5)：17.

Study on Bridge Technical Condition Assessment Method with the Introduction of Traffic Volume Impairment

LU Zhi-yi

(Guangxi Communications Planning Surveying and Designing Institute，Nanning，Guangxi，530029)

The current bridge maintenance specifications and bridge technical condition assessment standards have all ignored the impact of traffic on actual bridge operating conditions.Combining the bridge design history and operating conditions，this article introduced the traffic volume impairment to conduct the bridge technical condition evaluation.

Bridge；Technical condition；Evaluation method；Traffic volume

U445.1

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.09.020

1673-4874(2016)09-0075-04

2016-04-20

陸治屹(1988—)，研究方向：橋梁檢測及加固。