范宇豐

(招商局重慶交通科研設計院有限公司， 重慶 400067)

兩個大跨徑纜索承重橋梁技術狀況評定規(guī)范(標準)的對比分析

范宇豐

(招商局重慶交通科研設計院有限公司， 重慶 400067)

橋梁技術狀況評估一直是橋梁養(yǎng)管中的重要環(huán)節(jié)，合理的評估對橋梁養(yǎng)護維修措施有指導作用。通過比較和分析JTG/T H21—2011《公路橋梁技術狀況評定標準》和DB 32/T 1648—2010《大跨徑懸索橋和斜拉橋養(yǎng)護規(guī)范》的綜合技術狀況評定方法，并結(jié)合實際橋梁評估算例，總結(jié)上述2個規(guī)范(標準)各自的優(yōu)點和不足，并針對其不足提出相應改進建議。對比分析結(jié)果表明：前者在算法上能較好地反映橋梁的嚴重缺損狀況；后者在病害類型和節(jié)段劃分方法上更為詳盡，評估結(jié)果更為精細。

技術狀況評定；標準；纜索承重橋梁；對比

隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，大跨徑纜索承重橋梁的建設也突飛猛進。然而隨著大跨徑懸索橋和斜拉橋數(shù)量的增多和服役時間的增長，其結(jié)構老化和損傷積累也日益嚴重[1-3]。特別是在快速增長的交通量和軸載作用下，橋梁不滿足規(guī)定功能要求的問題已越來越普遍。近年來頻發(fā)的橋梁垮塌事故不僅造成了巨大的經(jīng)濟損失，而且也使整個交通土建行業(yè)的社會公信力大大降低。為了降低類似惡性事故的發(fā)生，必須確保在役橋梁的運營狀況良好，及時預警潛在危橋，并平衡好養(yǎng)管成本和養(yǎng)管效果之間的關系。為此，需對在役橋梁健康狀況進行準確評定，以便為制定養(yǎng)護管理計劃、采取正確維修加固措施提供科學的決策依據(jù)。國內(nèi)研究學者對于中小橋梁技術狀況評定方法及規(guī)范已有一些研究[4-6]，但是針對大跨徑纜索橋梁的研究還不夠充分。

目前國內(nèi)廣泛用于既有公路橋梁技術狀況評估的規(guī)范主要有JTG H11—2004《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》[7](簡稱《規(guī)范》)和JTG/T H21—2011《公路橋梁技術狀況評定標準》[8](簡稱《標準》)。江蘇省出臺的地方標準DB 32/T 1648—2010《大跨徑懸索橋和斜拉橋養(yǎng)護規(guī)范》[9](簡稱《地標》)也對纜索承重橋梁的技術狀況評定作出了相應規(guī)定。

采用《規(guī)范》評定時不分橋型，部件劃分較粗，評定過程主觀性較強。而大跨徑纜索承重橋梁結(jié)構復雜，病害種類較多，各類部件缺損程度以及對總體結(jié)構的影響程度較難以判別。經(jīng)驗較少的養(yǎng)管人員在采用該規(guī)范進行評定時，往往較難得出反映橋梁真實技術狀況的評定結(jié)果。

國內(nèi)一般采用《標準》對懸索橋和斜拉橋的檢查結(jié)果進行評定，而江蘇省內(nèi)也將《地標》的評定結(jié)果作為養(yǎng)護管理維修措施的參考。然而《標準》和《地標》在評定標度、評定方法、部件劃分上存在差異。分別采用兩者作為依據(jù)進行評定時，可能得出不同的評定結(jié)果，進而可能采取不同的維修策略。因此，有必要分析其異同，供養(yǎng)管人員參考。

1 《標準》和《地標》對比

1.1 部件劃分及權重

《標準》將所有類別的橋梁均分為上部結(jié)構、下部結(jié)構和橋面系3大結(jié)構類別，而《地標》則將橋梁分為由橋面設施組成的橋面系、由主要承力體系構成的結(jié)構部件和由附屬構件組成的附屬設施3大結(jié)構類別?！稑藴省泛汀兜貥恕穼宜鳂蚝托崩瓨蛑饕兄貥嫾臋嘀嘏判蛉绫?所示。

表1 權重排序

從表1可以看出，在《標準》和《地標》中懸索橋、斜拉橋主要承重構件的權重差異較大。

懸索橋部分主要差異為：

1) 《地標》中主塔、錨碇的權重大于主纜權重；《標準》中主纜權重最大。

2) 《地標》中主梁權重大于吊索權重；《標準》中吊索權重更大。

斜拉橋部分主要差異為：

1) 《地標》中主塔權重高于主梁和墩臺；《標準》中墩臺權重更高。

2) 《標準》中主梁、主塔權重均小于斜拉索權重；《地標》中斜拉索權重低于主梁和主塔。

懸索橋主要部件中，主塔、錨碇、主纜和主梁屬于不可更換構件，設計使用壽命應為100年。吊索和支座屬于可更換構件，設計使用壽命分別為20年、10年。不可更換構件出現(xiàn)病害時對橋梁耐久性和安全性的影響更大，因此，單獨考慮結(jié)構重要性而言，賦予不可更換構件更高權重相對較為合理。

同樣，斜拉橋中主塔、主梁、墩臺屬于不可更換構件，而斜拉索屬于可更換構件。考慮到不可更換構件出現(xiàn)病害的嚴重性，墩臺、主梁、主塔權重較高更為合理。另外，斜拉橋中絕大部分豎向力均由主塔傳入地基中，因此可以認為主塔更為重要，應有更高的權重。

但主塔、錨碇、墩臺及基礎等結(jié)構不太容易出現(xiàn)過于嚴重的病害，因此，如果其擁有較高的權重，則會導致易損結(jié)構(如吊索、主梁、斜拉索和主纜等部件)的病害在最終評定結(jié)果中難以體現(xiàn)，致使養(yǎng)管人員誤認為橋梁屬于較好狀態(tài)，從而制定錯誤的養(yǎng)護維修策略。考慮到結(jié)構易損性對評定結(jié)果的影響，適當提高吊索、主梁、斜拉索和主纜的權重是一種較為可行的方法?！稑藴省分械跛?、斜拉索、主纜等易損部件權重較高，可能是考慮了易損性這一因素。

總體而言，《地標》在確定權重時主要考慮到結(jié)構的重要程度，最終評定結(jié)果更能體現(xiàn)病害對結(jié)構安全性的影響；而《標準》在確定權重時，考慮了結(jié)構易損性的影響，最終評定結(jié)果更能反映病害對耐久性和適用性的影響。

1.2 評定方法

《標準》采用層次分析與單項指標控制相結(jié)合的方法，將不同橋型按上部結(jié)構、下部結(jié)構和橋面系分為多個部件，每個部件又細分為多個構件。評定過程由底層到上層循序漸進，按構件評定、部件評定、上部結(jié)構評定、下部結(jié)構評定、橋面系評定以及全橋技術狀況評定進行。此外，還給出多項單項控制指標，以反映橋梁結(jié)構重要部件的嚴重損傷。

《地標》也采用層次分析法，通過建立不同層次分析模型對橋梁的綜合技術狀況和結(jié)構安全狀況進行評定。其中綜合技術狀況評定層次分析模型共有3層，分別為部位層、構件層和損傷層。部位層包含主要受力構件組成的結(jié)構部件、橋面設施組成的橋面系和檢修、機電等組成的附屬設施3大部件。通過對每個構件進行評價，綜合形成部件得分，最終根據(jù)每個部件權重得出全橋技術狀況等級。安全性評價層次分析模型分為損傷層和構件層2層，其僅對主要承力構件進行評定，并按權重綜合得出全橋安全性等級。

單個構件出現(xiàn)多個病害時，《標準》采用公式(1)進行計算。

(1)

當x=1時，

U1=DPi1

當x≥2時，

其中j=x

當DPij=100時，

式中：PMCIl為上部結(jié)構第i類部件l構件的得分，值域為0～100分；BMCIl為下部結(jié)構第i類部件l構件的得分，值域為0～100分；DMCIl為橋面系第i類部件l構件的得分，值域為0～100分；k為第i類部件l構件出現(xiàn)扣分指標的種類數(shù)；U、x、y為引入的變量；i為部件類別，如i表示支座、伸縮縫等；j為第i類部件l構件的第j類檢測指標；DPij為第i類部件l構件的第j類檢測指標的扣分值，根據(jù)構件各種檢測指標扣分值進行計算。

單個構件出現(xiàn)多個病害時，《地標》采用公式(2)進行計算。

(2)

式中：Dij為構件綜合技術狀況得分；ωij,k為構件ij的第k項損傷項的權重；Rij,k為各病害項的評定標度(0～5)；μij,k為構件ij的第k項損傷扣分值與比重之積與該構件各損傷項扣分值與對應比重之積的總和的比值；βij,k為構件ij的第k項損傷的評定比重；n為構件數(shù)量。

用公式(1)對單個構件進行評分計算時，構件總得分始終低于僅考慮最嚴重病害的構件得分，且最終得分始終≥0。而用公式(2)計算時，可能出現(xiàn)構件最終得分高于僅考慮最嚴重病害時的構件得分。例如，當某一節(jié)段鋼箱梁出現(xiàn)輕微變色起皮(R=1)和少量焊縫開裂(R=3)時，用《地標》進行評分，僅考慮嚴重病害焊縫開裂的構件最終得分為40分，而考慮涂層變色起皮和焊縫開裂的得分為44.93分。顯然最終結(jié)果并不合理。

《標準》和《地標》雖均采用層次分析模型對橋梁損傷情況進行評定，但兩者在計算方法、評定層次、評分界限值以及構件劃分的精細程度上有較大差異，如表2所示。

1.3 底層指標

《標準》與《地標》均較為詳細地列舉了斜拉橋和懸索橋常見的病害，并對病害的嚴重程度進行了定量和定性描述。但實際評定時，發(fā)現(xiàn)兩者對部分病害仍未作出相關規(guī)定，如果按照完好進行評定，則可能會增加評分，不能準確反映橋梁的真實狀態(tài)。

另外，《標準》和《地標》對部分病害的評定差異較大。以鋼箱梁焊縫開裂為例，《標準》以焊縫開裂長度作為評定鋼箱梁焊縫開裂的定量指標，而《地標》則采用焊縫開裂數(shù)量占總體焊縫數(shù)量的百分比作為定量指標。這一差異導致對鋼箱梁進行評分時，《標準》和《地標》得出的評定結(jié)果差異較大。

《標準》將病害按其對結(jié)構的危害程度劃分為3種，分別有3、4、5個類別，最少扣分值為20分；而《地標》的病害扣分值為0～5分，并根據(jù)病害對結(jié)構的危害程度乘以一定比重，然后換算為百分制。這就導致《標準》容易將結(jié)構輕微病害的危害放大，橋梁構件評分極易低于80分而導致最終橋梁評定結(jié)果較差；而《地標》由于考慮了病害種類的比重，不影響安全性的病害比重較低，扣分較少，故最終評分結(jié)果較《標準》更高。

2 算例

本文以一座典型在役雙塔鋼箱梁懸索橋的鋼箱梁定期檢查報告為例，分別采用《地標》和《標準》對鋼箱梁部件進行技術狀況評定。該橋為雙向6車道鋼箱梁懸索橋，運營時間為10年。2015年5月對該橋鋼箱梁進行了定期檢查，病害概述如下：

表2 《標準》與《地標》在評定方法方面的對比

注：Dr指《標準》中規(guī)定的橋梁總體技術狀況評分；D指《地標》中規(guī)定的全橋綜合技術狀況評定指標。

1) 全橋43個施工節(jié)段中有24個節(jié)段出現(xiàn)起泡、粉化等涂層劣化現(xiàn)象，并有13個節(jié)段出現(xiàn)涂層開裂剝落，最大剝落尺寸40 mm×40 mm，最大涂層劣化面積低于該節(jié)段總面積的1%。

2) 鋼箱梁內(nèi)部較為潮濕，多處有水跡，12個節(jié)段出現(xiàn)輕微均勻銹蝕現(xiàn)象，其中有2個節(jié)段分別出現(xiàn)1個銹蝕孔洞，最大銹蝕面積低于該節(jié)段總面積的1%。

3) 對易發(fā)生疲勞裂紋位置進行磁粉探傷和超聲波檢查，發(fā)現(xiàn)該橋有5個節(jié)段出現(xiàn)焊縫裂紋，開裂焊縫占比均低于1%。各個節(jié)段最長焊縫裂紋尺寸分別為80、60、70、50、120 mm，未發(fā)現(xiàn)構件變形。

由于《標準》中未明確規(guī)定鋼箱梁節(jié)段如何劃分，故本文采用全橋不劃分節(jié)段和按照施工節(jié)段劃分2種方式分別進行計算，各節(jié)段計算結(jié)果如表3、圖1所示。

表3 鋼箱梁分節(jié)段評定結(jié)果

注：“/”左側(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)《標準》中焊縫裂紋按定性描述評定而得到的箱梁節(jié)段評分；“/”右側(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)《標準》中焊縫裂紋按定量描述評定而得到的箱梁節(jié)段評分。

圖1 橋例鋼箱梁分節(jié)段評定結(jié)果

表3中，《地標》評定結(jié)果為60.74分，技術狀況等級為2類接近3類。表明該橋鋼箱梁及技術狀況處于較好和較差之間，建議維修措施為小修或中修。

表3中，采用《標準》對鋼箱梁進行技術狀況評定時，將鋼箱梁按照施工節(jié)段進行劃分。《標準》規(guī)定焊縫裂紋的評定標準有定性描述和定量描述2種，若按照定性描述進行評定，則最終鋼箱梁的評定結(jié)果為45.27分，屬于4類橋，建議維修措施為大修；若按照定量描述進行評定，則最終鋼箱梁的評定結(jié)果為0分，屬于5類橋，建議維修措施為大修或改建，并及時進行交通管制。

如不劃分節(jié)段，將鋼箱梁作為一個整體進行評價，則《標準》的評定結(jié)果為33.5或0分(焊縫裂紋分別按定性和定量描述進行評價)，屬于5類橋，建議進行大修或改建。

評定結(jié)果對比如表4所示。

表4 評定結(jié)果對比

對上述評定過程和結(jié)果進行對比，可以發(fā)現(xiàn)：

1) 《地標》對該橋鋼箱梁評定結(jié)果為2類，建議對該橋進行小修或中修，這與該橋?qū)嶋H采用的維修策略吻合較好。但評定過程中，S8節(jié)段僅出現(xiàn)焊縫裂紋，而S1、N6、N3、S10節(jié)段除了出現(xiàn)同等程度的焊縫裂紋外，還均出現(xiàn)了不同程度的涂層劣化和剝落，但最終節(jié)段評定結(jié)果顯示S8節(jié)段得分還要低于后4個節(jié)段得分，從而充分說明《地標》在計算單個構件出現(xiàn)多病害時的算法并不能真實反映該構件的真實狀況。

2) 《標準》對該橋鋼箱梁的評定結(jié)果為4類或5類，建議維修措施為大修或改建，評定結(jié)果稍顯嚴苛。評定過程中，由于鋼箱梁有多個節(jié)段，而《標準》中無明確規(guī)定是否應進行節(jié)段劃分，也未規(guī)定如何劃分節(jié)段，故導致最終出現(xiàn)多個評估結(jié)果。另外，對于焊縫開裂有定性和定量描述2種方式，而《標準》未明確說明2種方式的優(yōu)先級，也未說明是否按照最嚴重情況進行評價，故容易產(chǎn)生誤解，得出不恰當?shù)脑u估結(jié)果。

3 建議

本文通過對《標準》和《地標》的對比，以及對一在役懸索橋鋼箱梁技術狀況的評定，可以發(fā)現(xiàn)2者各有其特點，都能在一定程度上反映橋梁的技術狀況水平，并為有效確定橋梁技術狀況發(fā)揮作用，但其各自也有缺陷。為了更科學準確地評估橋梁技術狀況水平，為養(yǎng)護維修決策提供參考依據(jù)，本文針對《標準》和《地標》在實際評估過程中存在的部分缺陷提出相應解決措施，供養(yǎng)管人員參考。

1) 《標準》與《地標》要求對每個構件進行詳細檢查，且評定過程較為繁瑣，計算量較大，故建議對各大纜索承重橋梁建立健康檔案，進行數(shù)字化管理，并建立數(shù)字化的技術狀況評估模型，實現(xiàn)自動評定。

2) 《地標》在計算單個構件出現(xiàn)多個病害時的計算方法不甚合理，建議參考《規(guī)范》的相應算法進行修改。

3) 部分病害在《標準》和《地標》中無明確規(guī)定，建議將遺漏病害參照類似病害進行扣分。

4) 焊縫的疲勞開裂是鋼箱梁常見病害之一，但《標準》和《地標》對其評定均有一定局限性，故建議在焊縫開裂評定過程中考慮開裂焊縫的尺寸、占比及銹蝕情況等多個因素進行綜合評定。

5) 《標準》的最低扣分值為20分，容易導致評定結(jié)果較差，建議增加“5分”“10分”等幾級較低的扣分值，以更精細地反映“良好”“較好”橋梁的真實狀態(tài)。

6) 《標準》和《地標》中均有部分規(guī)定闡述不清晰或考慮不周，如《地標》中如何將缺失部件的權重分配至其他部件，當《標準》中定性、定量描述評估結(jié)果不同時該如何進行評定，采用《標準》評估時如何進行節(jié)段劃分等，故建議對這類問題進行明確規(guī)定，避免誤解。

4 結(jié)論

1) 《標準》和《地標》均采用層次分析法對橋梁健康狀況進行評定，分橋型規(guī)定了部件權重、構件標度及分級評定標準。評定模型邏輯清晰，病害描述詳細，可操作性較強，評定結(jié)果客觀性較好。

2) 《標準》提出采用5類橋單項控制指標，并規(guī)定當重要構件低于60分時，相應部件也應取用最低構件得分。該方法確保最終評定結(jié)果能較好地反映橋梁的嚴重缺損，使其得到橋梁養(yǎng)管部門的重視，盡早得到維修，從而使橋梁結(jié)構運營的安全系數(shù)得到提高。但《標準》在構件劃分上并未作出明確規(guī)定，容易導致評定結(jié)果不唯一。同時，《標準》起始扣分值為20分，容易導致橋梁最終評定結(jié)果低于實際狀況。

3) 《地標》對構件的劃分規(guī)定較為詳細，病害種類詳盡，輕微病害的扣分值較為合理，更能精細地反映“良好”和“較好”橋梁的真實狀態(tài)。但《地標》未規(guī)定缺失部件權重值2次分配方法，且單個構件出現(xiàn)多個病害時的扣分方法有一定的缺陷，可能會導致最終評定結(jié)果的偏差。

[1]唐 濤，徐 俊，陳惟珍.斜拉橋運營期病害分析與維護管理策略[J].中國市政工程，2006(6)：20-22.

[2]白興蓉.斜拉橋病害及成因分析[D].重慶：重慶交通大學，2008.

[3]徐 鈞.城市懸索橋技術狀況指數(shù)評價方法研究[D].重慶：重慶交通大學，2012.

[4]馬軍海，陳艾榮，張文學.公路橋梁技術狀況評定體系及其應用[J].石家莊鐵道學院學報，2006(4)：77-80.

[5]宋永煥，韓 帥，袁 浩，等.基于《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》與《公路橋梁技術狀況評定標準》的橋梁技術狀況評定結(jié)果對比分析[J].交通標準化，2012(2)：33-37.

[6]朱惠君，陸亞興，殷建軍，等.橋梁缺損狀況評價方法[J].中國公路學報，1996(3)：57-63.

[7]陜西省公路局，長安大學.公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范：JTG H11—2004[S].北京：人民交通出版社，2004.

[8]交通運輸部公路科學研究院.公路橋梁技術狀況評定標準：JTG/T H21—2011[S].北京：人民交通出版社，2011.

[9]江蘇省交通運輸廳工程質(zhì)量監(jiān)督局.大跨徑懸索橋和斜拉橋養(yǎng)護規(guī)范：DB 32/T 1648—2010[S].北京：人民交通出版社，2011.

Comparative Analysis of Technical Status Assessment Specification (Standard) of Two Large-span Cable-supported Bridges

FAN Yufeng

The assessment of bridge technical status has always been an important link in bridge maintenance,reasonable evaluation has a guiding role in bridge maintenance and repair. In this paper,by comparing and analyzing the comprehensive technical condition evaluation method of JTG/T H21-2011 "Technical Condition Evaluation Of Highway Bridge" and DB 32/T 1648-2010 "Maintenance Specification Of Large-span Suspension Bridge And Cable-Stayed Bridge",combined with actual bridge,we summarize the advantages and disadvantages of the above two standards and put forward corresponding suggestions for improvement. The comparative analysis results show that the former can better reflect the serious defect situation of the bridge; The latter is more detailed in disease type and segmentation method,the evaluation results is more precise.

technical status assessment; standard; cable supported bridge; comparison

10.13607/j.cnki.gljt.2016.06.016

2016-08-22

范宇豐(1990-)，男，山西省長治市人，碩士，助工。

1009-6477(2016)06-0071-06

U445.7

A