大跨徑斜拉橋安全評估方法研究

陳 飚

梅州市市政工程維護中心，廣東 梅州 514000

1 研究背景

橋梁結構所承受的車輛荷載日益增加，橋梁結構性能也隨著材料老化、外部環境變化等因素逐漸降低。因此，有必要對橋梁開展科學、準確的安全評估工作。根據相關規定，橋梁評估方法一般只適用于中小跨徑的橋梁，對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估展開研究。

2 層次分析法

2.1 層次劃分

（1）最頂層為橋梁整體，該層的評分即為橋梁評估的最終評分。

（2）第二層為橋梁結構的主要部件，包括斜拉橋的主梁、索塔、斜拉索、下部結構和其他設施。

（3）第三層是根據橋梁日常運維、定期檢測和長期監測中獲得的橋梁各個構件的具體指標而確定的評估指標。該層評估指標主要是第二層指標的子構件層，即由對部件的外觀檢查和各種監測指標構成，例如對于主梁的第三層指標有主梁的外觀檢查、主梁線形、主梁的自振頻率，具體的可以根據實際情況進行選取。

（4）第四層則是該評估體系的最底層指標，該層指標為上一層指標對應于《城市橋梁檢測與評定技術規范》（CJJ/T 233—2015）（以下簡稱《規范》）所描述的各種病害或者是一組序列指標里面具體某個測點的值，例如對于混凝土的第四層指標則包括混凝土強度和混凝土碳化深度。

2.2 指標分類與評分

（1）定性指標。由于該類指標沒有具體數值，僅進行定性的評價，因此往往具有較大的主觀性。

（2）定量指標。該類指標有具體數值或者一個具體數值的范圍，可以對其進行定量的評價。

（3）序列指標。該類指標為一系列數值相關的指標。

針對不同種類的指標采取合適的評分標準，所有的指標滿分均為100分。對于定性指標，由于《規范》只有分級描述，可以由檢測人員酌情評分；對于定量指標，計算其實測數值和《規范》或者理論結果進行對比評分；對于序列指標，綜合考慮指標的均勻變化和非均勻變化后最終確定評分。

2.3 構造判斷矩陣與權重計算

橋梁結構各部件的權重決定其重要程度，工程上常用標度法來反映各個指標之間重要性與相互關系。其中，1～9標度法以其簡潔明了、計算簡單的優點得到廣泛應用。因此，文章采用1～9標度法構造判斷矩陣，然后用特征向量法計算各指標的權重[1]。

以第二層指標為例進行分析。將第二層各指標按其重要性由大到小排列如下：下部結構、主梁、索塔、斜拉索、其他附屬設施。根據1～9標度法所建立的判斷矩陣如表1所示。采用特征向量法計得權重如表2所示。

表1 判斷矩陣

表2 第二層權重計算

2.4 評分評估

上述步驟完成后，可從最底層指標依次向上評分，得出橋梁綜合評分。對橋梁結構狀況進行分級及安全評估[2]，評分結果如表3所示。

表3 結構狀況分級

3 實例評估

3.1 工程概況

梅州廣州大橋主橋為三跨不對稱塔單索面預應力混凝土斜拉橋，主橋跨組合為（139+67+39）m。主橋塔、墩、梁固結，主梁采用箱形截面，主跨拉索為單索面（雙排索）、輻射形，塔柱為預應力鋼筋混凝土結構。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 綜合評分

根據2020年在梅州廣州大橋收集到的各種數據，采用文章所提方法分析得出各指標的權重，結構的綜合評分如表4所示。評估結果對比如表5所示。

表4 結構綜合評分

表5 評估結果對比

由表5可看出，梅州廣州大橋2020年的最終評分為79.35，評估等級為C級，即該橋各項性能均正常，狀態評估為合格，僅需要進行針對性小修即可[3]。將根據該方法得出的綜合評分對橋梁做出的評價與該橋根據《規范》進行的檢測結果對比可以發現，文章方法的最終評分值高于規范值，這是因為文章方法第二層指標并未采取《規范》上部結構、下部結構、橋面系、其他附屬設施的分類方法，而是將上部結構的主梁、斜拉索、索塔作為第二層重要部件參與結構安全評估，并且將較為次要的橋面系歸類到其他附屬設施的子構件層，從而充分考慮了大跨橋梁的主梁、斜拉索、索塔對結構起到的作用，因此結果更符合實際情況。

4 結束語

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估方法。該方法根據橋梁各構件和部件之間的聯系劃分層次并確定指標，采用1～9標度法構造判斷矩陣，采用特征向量法計算指標權重，從最底層指標依次向上評分，得出橋梁綜合評分。該評估方法在評估過程中充分考慮了大跨徑斜拉橋主梁、斜拉索、索塔的重要性，并融合橋梁各類檢查檢測數據對指標進行量化評分。實例分析表明，該方法可以取得較好的評估結果。