橋梁加固技術應用效果綜合評價方法研究

朱 靜

(遼寧省交通規劃設計院有限責任公司 沈陽市 110166)

0 引言

項目后評價[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、模糊綜合評價法、神經網技術的綜合評價法等等，這些方法對于不同的項目來說各有特點，使用的范圍也不一樣，評價的效果也不同。

根據橋梁加固及改造技術特點，以及不同加固技術應用效果評價的要求，在成功度法評價思路的基礎上，參考《公路橋梁技術狀況評定標準》相關評價方法，并結合對比法、定量比較法和層次分析法，提出橋梁加固技術應用效果綜合評價方法。

1 評價指標體系建立

1.1 技術狀況變化情況評價指標

在對加固橋梁技術狀況評價時，在《公路橋梁技術狀況評定標準》的評價體系基礎上，針對加固部分提出新的評價指標。橋面系及支座一般采用部分或整體更換的方式進行加固，故此處均按《公路橋梁技術狀況評定標準》進行評定。對于上、下部結構，該評價標準未針對加固部分給出針對性的評價指標，因此針對不同的加固材料，增加相應的評價指標。

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

圖1 結構技術狀況評價指標

當采用鋼筋混凝土和預應力對橋梁進行加固時，橋梁加固部分可能出現的病害有混凝土蜂窩麻面、碳化、開裂、預應力構件損傷等，這與《評定標準》中混凝土梁式橋上部承重構件和上部一般構件的評定指標相同，因此采用鋼筋混凝土和預應力加固時，給出9個通用評價指標。

當采用鋼板和纖維布對橋梁進行加固時，橋梁加固部分可能出現的病害有鋼板銹蝕、錨固失效、纖維布脫落等，在《評定標準》中未給出相應的評價指標，因此采用鋼板和纖維布加固時，新增8個評價指標。對于鋼板有涂層裂化、鋼板銹蝕、鋼板裂縫、鋼板變形、與原結構錨固質量；對于纖維布有涂層劣化、纖維布斷裂、與原結構粘結質量。

1.2 結構受力性能變化情況評價指標

結構受力性能變化情況主要體現于橋梁承載能力、整體剛度以及動力特性的變化情況。通過對比分析橋梁加固前后承載能力、整體剛度以及動力特性等基本指標的變化情況，來評價結構受力性能的改善程度。以定量指標為主，建立加固后橋梁受力性能的評價指標體系，對橋梁加固后受力性能進行定量評價。

承載能力指標用于評價危橋加固后的承載能力是否滿足規范以及使用要求，是否達到加固前預期，以及加固后承載力較加固前提高比例等。主要通過撓度、應變校驗系數以及相對殘余變位和相對殘余應變等改善程度進行評價。

整體剛度指標用于評價危橋加固后其縱向、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，反映結構抗變形能力的變化。橫向剛度變化情況以加固前后橫向分布系數的改變程度來衡量，反映橋梁加固后橫向整體性的變化。

動力特性指標用于評價危橋加固后其動力性能的變化情況，主要通過危橋加固前后結構固有頻率以及沖擊系數的變化情況進行衡量。

結構受力性能變化情況方面共提出了8個評價指標，見表1。

表1 結構受力性能變化情況評價指標

2 指標評價等級及權重

2.1 評價等級建立

(1)通用指標

標度及指標值請參見《公路橋梁技術狀況評定標準》(JTG/T H21—2011)中相關指標評定的內容。

(2)新增指標

①鋼板加固新增指標及其標度見表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 鋼板與原結構錨固質量

②纖維布加固新增指標及其標度見表7～表9。

表7 纖維布涂層劣化

表8 纖維布斷裂

表9 纖維布與原結構粘貼質量

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，每種病害的最嚴重等級也不同，相應的按照《評定標準》扣分也不同，這種扣分方法能體現出現不同病害對橋梁加固效果的影響程度的不同。

2.2 指標權重的確定

2.2.1層次分析法

層次分析法[6]又稱AHP構權法(Analytic hierarchy process，簡寫為AHP)，它將與決策目標相關的元素依次分為目標層、準則層及方案層，對決策問題的影響因素、本質及內在的關系進行了深入的特性分析，并在此基礎上進行層次間的定性和定量計算，從而為多目標、多準則或復雜問題提供簡便的決策方法。

用層次分析法作系統分析，首先要把問題層次化。根據問題的性質和要達到的總目標，將問題分解為不同的組成因素，并按照因素間的相互關聯影響以及隸屬關系將因素按不同層次聚集組合，形成一個多層次的分析結構模型，并最終把系統分析歸結為最低層，相對于最高層(總目標)的相對重要性權值的確定或相對優劣次序的排序問題。

2.2.2計算各指標權重

利用層次分析法，對各指標權重進行計算，計算結果如下：

整理可得權重如表10～表14所示。

表10 橋梁整體加固效果分層指標權重

表11 受力性能變化情況分層指標權重

表12 承載能力變化情況分層指標權重

表13 整體剛度分層指標權重

表14 動力特性分層指標權重

3 綜合評價體系建立

3.1 綜合評價指標體系

結合之前的敘述，橋梁整體加固效果綜合評價指標體系采用三級結構：以結構技術狀況變化情況和結構受力性能變化情況為一級評價指標，相應的細分指標作為二級評價指標，以此類推，初步建立橋梁整體加固效果的多級評價指標體系，所形成的評價體系如圖2所示。

3.2 評價流程

3.2.1結構技術狀況變化情況評價

結構技術狀況改善評價方式主要參考《公路橋梁技術狀況評定標準》(JTG/T H21—2011)中第四章的計算方法進行。

3.2.2結構受力性能變化情況評價

(1)評定指標的計算

受力性能改善評價各項指標可按表15所列公式進行計算。

圖2 橋梁整體加固效果綜合評價指標體系

表15 結構受力性能變化情況各指標計算方法

通過對比各等級定量的Rx值，得到該指標的標度，或根據定性描述的內容得到該指標的標度。

(2)受力性能指標評價

承載能力、整體剛度、動力特性按如下公式計算：

式中：MBCIc、MBCIs、MBCId—承載能力、整體剛度、動力特性的各指標得分，值域為1～5分；

CAPi、STIi、DYNi—承載能力、整體剛度、動力特性的下級指標標度；

Wi—該項指標對應的權重。

(3)總體結構受力性能改善評分

結構受力性能改善的最終的評分采用以下公式計算所得：

Wc、Ws、Wd—承載能力、整體剛度、動力特性指標權重；

Dp—受力性能變化情況指標評分，值域為0～100分。

4 結論

加強橋梁加固及改造技術應用后評價工作是十分必要的，這對于全面衡量橋梁加固及改造的實際效果具有重要意義。本項目通過建立橋梁加固及改造技術應用后評價方法，以便更為合理有效地對加固效果進行評價，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依據，節約養護資金。主要研究成果歸納如下：

(1)項目后評價的幾種方法中成功度法評價思路適用于橋梁加固技術效果評價應用基礎理論。

(2)根據橋梁加固及改造技術特點，以及不同加固技術應用效果評價的要求，在成功度法評價思路的基礎上，參考《公路橋梁技術狀況評定標準》相關評價方法，并結合對比法、定量比較法和層次分析法等，提出了橋梁加固技術應用效果綜合評價方法。

(3)通過實例驗證該評價方法能較好地評價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。