張 煜，熊治華，羅靖雨，羅建華，朱厚達(dá)

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 水利與建筑工程學(xué)院， 陜西 楊凌 712100)

石拱橋是我國20世紀(jì)50年代—90年代大量修建的橋梁，其優(yōu)點(diǎn)在于取材方便、造價(jià)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)簡(jiǎn)單、造型優(yōu)美等，但經(jīng)歷了幾十年的使用后，結(jié)構(gòu)上容易出現(xiàn)諸多問題如：主拱圈橫(縱)向開裂、灰縫脫落、臺(tái)基沖刷以及塊石表面風(fēng)化等[1-3]。近年來，農(nóng)村地區(qū)規(guī)模巨大的老舊公路橋涵，逐步進(jìn)入管理和養(yǎng)護(hù)的高峰，伴隨著管養(yǎng)繁瑣、技術(shù)落后、病害不清及資金匱乏等問題，特別是西北地區(qū)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)滯后，問題更為突出。因此本文提出一套基于無人機(jī)檢測(cè)橋涵病害的快速評(píng)價(jià)體系，它能夠經(jīng)濟(jì)快速地對(duì)石拱橋進(jìn)行大致評(píng)級(jí)。

本文結(jié)合實(shí)地調(diào)研病害數(shù)據(jù)和常見石拱橋病害的原因[4-6]、類型，針對(duì)陜西鎮(zhèn)巴縣石拱橋病害展開研究與討論。在大數(shù)據(jù)背景下，利用現(xiàn)有的橋梁編碼技術(shù)[7-10]，結(jié)合陜西省鎮(zhèn)巴縣路網(wǎng)中的橋梁情況，提出了一套適用于該地的橋梁編碼，為指導(dǎo)橋梁管理部門快速準(zhǔn)確評(píng)定橋梁技術(shù)狀況提供了新思路。立足于解決公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定中的檢測(cè)貴、檢測(cè)復(fù)雜[11]等問題，結(jié)合文獻(xiàn)[12-15]無人機(jī)檢測(cè)、圖像識(shí)別在橋梁中的應(yīng)用情況，在公路橋梁狀況評(píng)定方法的應(yīng)用方面，利用智能檢測(cè)識(shí)別技術(shù)進(jìn)行病害的檢測(cè)；基于文獻(xiàn)[16-18]國內(nèi)外現(xiàn)有橋梁評(píng)價(jià)體系，參考國內(nèi)現(xiàn)有的橋梁等級(jí)、農(nóng)村公路的評(píng)定體系方法、運(yùn)用《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》[19](JTGT H21—2011)的評(píng)定方法的基本理論和步驟，提出了一套適用于陜西省鎮(zhèn)巴縣的簡(jiǎn)易快速評(píng)定體系；參考國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于圬工、混凝土收縮徐變的退化損傷機(jī)理研究[20-23]，從石砌體材料的風(fēng)化和拱圈結(jié)構(gòu)裂縫的損傷破壞的角度進(jìn)行了石拱橋多因素影響下的退化損傷分析，并對(duì)評(píng)價(jià)體系進(jìn)行了修正；最后以獅兒壩橋?yàn)閷?shí)例，并使用有限元軟件模擬了橋梁的撓度變化。

1 調(diào)研數(shù)據(jù)

在2020年12月底，到陜西鎮(zhèn)巴縣開展了農(nóng)村橋涵狀況實(shí)地調(diào)研。在實(shí)地調(diào)研過程中，了解到鎮(zhèn)巴縣近年來大力建設(shè)交通基礎(chǔ)設(shè)施,如：橋梁、涵洞、隧道。根據(jù)鎮(zhèn)巴縣交通局的數(shù)據(jù)，截止至2020年底，鎮(zhèn)巴縣各等級(jí)公路占比統(tǒng)計(jì)如圖1所示。其中還存在極少部分的等級(jí)外公路，由于地理環(huán)境復(fù)雜道路技術(shù)指標(biāo)難以滿足，因而四級(jí)公路占比最多。

圖1 鎮(zhèn)巴縣各等級(jí)公路統(tǒng)計(jì)比例

截止至2020年底，本文對(duì)鎮(zhèn)巴縣公路橋梁各行政等級(jí)道路占年底到達(dá)數(shù)按跨徑和使用年限分別也做了統(tǒng)計(jì)。在使用年限方面，絕大多數(shù)是永久性的橋梁，半永久性和臨時(shí)性的橋梁占比非常少。根據(jù)SPSS相關(guān)性分析，橋梁的數(shù)量與鎮(zhèn)巴縣各行政道路里程數(shù)呈正相關(guān)，村道中橋梁的數(shù)量最多，國道中橋梁的數(shù)量最少。就跨徑而言，大、中、小橋由于跨徑和數(shù)量的影響，大橋數(shù)量少，跨徑大，所以延米數(shù)總和相差并不大。不論是按跨徑還是按使用年限都是村道占比最多，縣道和省道相差不大，但由于村道的跨徑普遍較小，所以單跨徑而言村道與其他等級(jí)道路相差不是很大。就使用年限而言，絕大多數(shù)的半永久性和臨時(shí)性橋梁都是村道。具體見圖2。

圖2 鎮(zhèn)巴縣2020年公路橋梁各行政等級(jí)道路占年底到達(dá)數(shù)(按使用年限分)

對(duì)于重要的危橋數(shù)量最多是縣道，在鎮(zhèn)巴縣現(xiàn)存的橋梁中大部分為石拱橋，并且由于使用年限已有半個(gè)世紀(jì)左右，所以危橋也多為石拱橋，危橋數(shù)目占比最多的是省道，與第二的縣道相差不大，村道占比小的原因在交通量小，行駛的車輛較少，危橋的占比相對(duì)少。

2 石拱橋病害分析

2.1 鎮(zhèn)巴石拱橋主要病害類型

根據(jù)實(shí)地調(diào)研，發(fā)現(xiàn)鎮(zhèn)巴縣石拱橋的病害主要集中在四類：

(1) 欄桿缺失、損壞：欄桿對(duì)于橋梁荷載和結(jié)構(gòu)的影響不大，但對(duì)行人和車輛安全造成一定隱患。

(2) 灰縫脫落:灰縫中的砂漿由于長(zhǎng)期風(fēng)化而松動(dòng)脫落，加之雨水的沖刷，導(dǎo)致脫落。

(3) 橋臺(tái)和橋基沖刷:在山區(qū)的鄉(xiāng)村道路由于水流湍急、季節(jié)性雨水大因素，臺(tái)基沖刷也是常見橋涵病害。

(4) 拱圈及腹拱裂紋:這類病害占的比例少，但對(duì)橋梁的安全性和壽命的影響巨大。

通過走訪調(diào)查發(fā)現(xiàn)，陜西省鎮(zhèn)巴縣農(nóng)村橋涵主要以石拱橋?yàn)橹?占比達(dá)98%)；技術(shù)等級(jí)分為二至五級(jí)，集中在二級(jí)；根據(jù)交通局維修統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，病害歸為10種類別，調(diào)研統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表1。

表1 鎮(zhèn)巴縣10種常見病害類型統(tǒng)計(jì)

2.2 結(jié)合大數(shù)據(jù)橋梁編碼對(duì)橋梁病害的統(tǒng)計(jì)

鄉(xiāng)村地區(qū)使用的橋梁多為早期設(shè)計(jì)，加之西部農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展滯后，沒有足夠的經(jīng)費(fèi)去檢測(cè)橋梁的損傷情況，這也是調(diào)研病害數(shù)據(jù)的成因之一。在當(dāng)前基于橋梁信息化的大背景下，借鑒BIM技術(shù)可對(duì)橋梁等項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)、集成和可視化管理。為鄉(xiāng)村地區(qū)的老舊橋梁進(jìn)行編碼作為唯一識(shí)別的“身份證”[7]，并將該橋梁修建時(shí)間、材料、養(yǎng)護(hù)次數(shù)及措施等記錄在案，助力農(nóng)村老舊橋梁公路的養(yǎng)護(hù)管理。Duan等[8]建立了可實(shí)時(shí)更新橋梁損傷特征的橋梁信息模型，能準(zhǔn)確地反映當(dāng)前橋梁狀況。胡興意等[9]提出了一種融合BIM與影像建模技術(shù)的橋梁檢測(cè)新方法，建立了橋梁運(yùn)維管養(yǎng)BIM模型數(shù)據(jù)庫。Colin等[10]建立了橋梁數(shù)據(jù)庫，可根據(jù)自帶的數(shù)據(jù)分析功能，識(shí)別橋梁常見問題，提出維修加固方法。橋梁編碼至少應(yīng)包括橋梁所在地，所處公路路網(wǎng)道路行政等級(jí)，橋梁名稱。以陜西省漢中市鎮(zhèn)巴縣為例ZB。具體構(gòu)成見表2，行政地區(qū)編碼即為橋梁所在地區(qū)名縮寫，如陜西省漢中市鎮(zhèn)巴縣為SN-HZ-ZB。路線編碼以橋梁所屬公路行政等級(jí)為開頭。橋梁屬性編碼以橋梁用途為開頭，如L為公路橋、T為鐵路橋、J為公鐵兩用橋、Q為其他用途橋梁，以獅兒壩橋?yàn)槔渚幋a為：CN-SN-HZ-ZB-Y016610728-L-K16+678。

表2 橋梁編碼代號(hào)

3 石拱橋的快速評(píng)價(jià)體系的建立

3.1 快速評(píng)價(jià)體系的提出

目前，我國農(nóng)村小橋涵路況檢評(píng)還未制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，普遍參考2011年開始實(shí)施的推薦性《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》[19](JTGT H21—2011)進(jìn)行橋涵病害調(diào)查和評(píng)價(jià)(以下簡(jiǎn)稱標(biāo)準(zhǔn))。嚴(yán)格來說，標(biāo)準(zhǔn)的方法是目前比較全面科學(xué)的評(píng)定方法，它細(xì)化橋梁病害等級(jí)，但在評(píng)分步驟和病害判定等方面的應(yīng)用還存在諸多問題，尤其不適用西部農(nóng)村地區(qū)的石拱橋，有時(shí)忽略某一病害嚴(yán)重程度，過于關(guān)注病害數(shù)量會(huì)出現(xiàn)評(píng)分偏差，同時(shí)還有現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)工作量大、計(jì)算步驟復(fù)雜等問題[11]。

調(diào)研的鎮(zhèn)巴縣雨水豐富，山高路陡，境內(nèi)石拱橋眾多。然而由于農(nóng)村地區(qū)管養(yǎng)資金匱乏和橋涵數(shù)量大，時(shí)間成本高等問題，急需一套簡(jiǎn)單、快速、費(fèi)用少的石拱橋評(píng)價(jià)方法。

3.2 結(jié)合無人機(jī)檢測(cè)對(duì)石拱橋病害的快速評(píng)價(jià)方法

在《標(biāo)準(zhǔn)》[19]中，對(duì)老舊石拱橋病害的劃分和判別方法繁瑣，這對(duì)農(nóng)村地區(qū)管養(yǎng)人員造成了很大的困擾。因此，通過對(duì)鎮(zhèn)巴縣農(nóng)村128座石拱橋進(jìn)行調(diào)查，分析當(dāng)?shù)夭『Φ念悇e及特征規(guī)律，利用Excel和Spss對(duì)鎮(zhèn)巴縣石拱橋的各類病害進(jìn)行了歸類、分析，同時(shí)結(jié)合無人機(jī)技術(shù)和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等圖像識(shí)別前沿技術(shù)，建立了一套快速評(píng)定方法。

傳統(tǒng)病害檢測(cè)中需用到橋梁檢測(cè)車等大型設(shè)備，由于檢測(cè)費(fèi)用昂貴、檢測(cè)效率低下、對(duì)通車不利等問題，不適用于農(nóng)村地區(qū)石拱橋的管養(yǎng)。而無人機(jī)可利用高空飛行優(yōu)勢(shì)，達(dá)到橋梁任何構(gòu)件，檢測(cè)數(shù)據(jù)可靠，安全性高。

在橋梁智能檢測(cè)技術(shù)方面，針對(duì)鎮(zhèn)巴縣等農(nóng)村地區(qū)GPS信號(hào)常有不穩(wěn)定情況，Jung等[12]提出了一種基于即時(shí)定位與地圖構(gòu)建(SLAM)系統(tǒng)的無人機(jī)-橋梁自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，通過在無人機(jī)上安裝可傾斜的3D激光雷達(dá)和單眼攝像機(jī)，解決了特殊環(huán)境中智能檢測(cè)無人機(jī)GPS信號(hào)弱的問題，并實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜環(huán)境中橋梁結(jié)構(gòu)的智能安全評(píng)估。Alani等[13]提出了一種新穎的“綜合”整體無損檢測(cè)系統(tǒng)，將衛(wèi)星遙感技術(shù)植入到GPR和InSAR集成的檢測(cè)裝置中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)砌體拱橋結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)連接精確位置的測(cè)定。

在圖像識(shí)別及處理方面，Abdelkader等[14]采用了自適應(yīng)的兩層方法，基于飛蛾優(yōu)化算法設(shè)計(jì)了混合圖像過濾協(xié)議，該算法可用于檢測(cè)噪聲和恢復(fù)橋梁缺陷圖像。楊杰文等[15]提出了一種結(jié)合U-net和Haar-like算法的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)算法，可對(duì)橋梁裂縫的面積、長(zhǎng)度和平均寬度進(jìn)行定量計(jì)算。

為了摸清病害發(fā)展的規(guī)律，按照《標(biāo)準(zhǔn)》中石拱橋梁技術(shù)狀況評(píng)定采用分層綜合評(píng)定與單項(xiàng)指標(biāo)控制相結(jié)合的方法,同時(shí)考慮石拱橋上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、支座和附屬設(shè)施的區(qū)別，確定各部件的權(quán)重值及指標(biāo),針對(duì)鎮(zhèn)巴縣實(shí)際調(diào)研數(shù)據(jù)調(diào)整評(píng)價(jià)指標(biāo),將無人機(jī)、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等圖像識(shí)別前沿技術(shù)和鎮(zhèn)巴縣當(dāng)?shù)氐牟『?shù)據(jù)深度融合，建立了適用于鎮(zhèn)巴縣農(nóng)村石拱橋的SBCI快速評(píng)價(jià)體系具體流程[16]。根據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》，用SBCI以表征橋梁結(jié)構(gòu)的完好程度，分五個(gè)等級(jí)。A級(jí)：完好狀態(tài)，SBCI達(dá)到81～100，應(yīng)進(jìn)行日常保養(yǎng)；B級(jí)：良好狀態(tài)，SBCI達(dá)到61～80，應(yīng)進(jìn)行日常保養(yǎng)和小修；C級(jí)：合格狀態(tài)，SBCI達(dá)到41～60，應(yīng)進(jìn)行專項(xiàng)檢測(cè)后保養(yǎng)、小修；D級(jí)：不合格狀態(tài)，SBCI達(dá)到21～40，應(yīng)檢測(cè)后進(jìn)行中修或大修工程；E級(jí)：危險(xiǎn)狀態(tài)，SBCI達(dá)到0～20，應(yīng)檢測(cè)評(píng)估后進(jìn)行大修、加固或改擴(kuò)建工程[17]。如圖3所示。

圖3 農(nóng)村公路的SBCI快速評(píng)價(jià)體系

對(duì)于橋涵的病害，通過運(yùn)用無人機(jī)飛機(jī)成像識(shí)別技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)分析該地區(qū)石拱橋的病害類型及數(shù)量比例與 《標(biāo)準(zhǔn)》[19]中的病害技術(shù)評(píng)定和計(jì)算方法結(jié)合，以建立不同等級(jí)石拱橋病害為變量的SBCI值簡(jiǎn)易計(jì)算式，實(shí)現(xiàn)石拱橋病害狀況的快速評(píng)價(jià)[18]。SBCI值計(jì)算式如下：

SBCI=w1×S1+w2×S2+w3×S3

(1)

其中，S1、S2、S3分別為橋涵上部結(jié)構(gòu)得分、橋涵下部結(jié)構(gòu)得分、橋面系得分。根據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》[19]在評(píng)定時(shí)考慮了未出現(xiàn)或者缺失要素權(quán)重二次分配，上部結(jié)構(gòu)w1為0.4;下部結(jié)構(gòu)w2為0.4，橋面系w3為0.2。

由《標(biāo)準(zhǔn)》[19]中拱橋的權(quán)重值，表3對(duì)于上部結(jié)構(gòu)的病害類型為拱圈、腹拱裂縫裂紋和拱上結(jié)構(gòu)及橋面板灰縫脫落兩大類(權(quán)重分別為0.7和0.3)，S1可用公式(2)可計(jì)算：

表3 石拱橋各構(gòu)件權(quán)重值

S1=0.7×Q1+0.3×Q2

(2)

其中：Q1為上部結(jié)構(gòu)拱圈、腹拱裂縫裂紋的分值(標(biāo)度一級(jí)為81分～100分，取中位數(shù)90分作為Q1的值；同理二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)、五級(jí)的得分分別為70分、50分、30分、10分)；Q2為拱上結(jié)構(gòu)及橋面板灰縫脫落的分值。

以上部結(jié)構(gòu)為例，無人機(jī)成像識(shí)別結(jié)合《標(biāo)準(zhǔn)》的標(biāo)度對(duì)橋涵的病害上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)定；從而得到S1的分值；S2為橋涵下部結(jié)構(gòu)的分值，根據(jù)表3的權(quán)重可得到S2的計(jì)算表達(dá)式：

S2=0.33×p1+0.33×p2+0.34×p3

(3)

式中：p1、p2、p3分別為下部橋墩裂縫、橋臺(tái)裂縫、基礎(chǔ)裂縫的分值。

S3為橋面系的分值可歸為三部分：橋面鋪裝裂縫；欄桿、護(hù)欄損壞或缺失；標(biāo)志脫落、缺失；根據(jù)表格3可得到S3的計(jì)算表達(dá)式：

S3=0.80×R1+0.12×R2+0.08×R3

(4)

式中：R1、R2、R3分別為下部橋墩裂縫、橋臺(tái)裂縫、基礎(chǔ)裂縫的分值。

將式(2)—式(4)代入式(1)，可得到SBCI分值，從而由SBCI的分值可得到橋涵的病害狀況。此評(píng)價(jià)采用無人機(jī)采集病害數(shù)據(jù)，直接降低檢測(cè)成本，運(yùn)用SBCI值簡(jiǎn)易計(jì)算式也達(dá)到了快速簡(jiǎn)評(píng)的效果。

3.3 綜合石拱橋的退化損傷影響修正評(píng)價(jià)體系

老舊石拱橋由于服役時(shí)間長(zhǎng)久, 拱圈、腹拱和拱上結(jié)構(gòu)及橋面板等部位都出現(xiàn)了不同程度的風(fēng)化和損傷，而結(jié)合無人機(jī)檢測(cè)手段的評(píng)價(jià)體系僅考慮了外觀的病害，考慮拱橋病害的內(nèi)部退化損傷機(jī)理至關(guān)重要。

3.3.1 拱橋砌體結(jié)構(gòu)裂縫的損傷破壞

Sellier提出裂紋的起始、擴(kuò)展和寬度是根據(jù)局部應(yīng)變來確定的，而不對(duì)離散元件的位置或方向進(jìn)行任何初始假設(shè)。因此，裂紋和損傷區(qū)是由行為定律的軟化階段引起的應(yīng)變局部化過程的結(jié)果。

而砌體的力學(xué)行為可通過一個(gè)簡(jiǎn)單的三維各向異性損傷模型來描述，它能夠考慮局部裂縫的萌發(fā)和擴(kuò)展?，F(xiàn)有的模型中，由于通常不可能從石拱橋提取各種構(gòu)件的代表性體積，但只能在不同材料中鉆取芯樣，并考慮石材-砂漿界面特性，因此模型使用數(shù)值均勻化過程來確定砌體體積行為規(guī)律的力學(xué)參數(shù)。因該數(shù)值模型能夠模擬裂縫擴(kuò)展，裂縫可以在空間的任何方向上發(fā)展[20]。

Sellier所描述的方法能夠考慮現(xiàn)有控制條件，當(dāng)有額外的影響因素增加如：較大的交通荷載、列車速度的增加、額外位移、以及結(jié)構(gòu)上的加寬或加固，也可對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)開展預(yù)估。而從石拱橋的幾何形狀上來看，最大的應(yīng)力發(fā)生在拱門的中間高度。因此，石拱橋可能會(huì)由于荷載效應(yīng)而產(chǎn)生較大應(yīng)力發(fā)生失效。由于拱橋的環(huán)境條件、交通影響以及地震和山體滑坡等動(dòng)態(tài)影響，石拱橋拱橋的破壞機(jī)制比在其他結(jié)構(gòu)中進(jìn)展迅速。因此，必須在橋梁上進(jìn)行定期維護(hù)，在修復(fù)后的橋梁不得承受高于規(guī)定值的載荷[21]。

3.3.2 材料風(fēng)化損傷計(jì)算公式

受自然(如溫度﹑水流沖刷、風(fēng)化作用)和人為(交通量、重型車的影響)因素的共同作用,橋梁結(jié)構(gòu)的幾何形狀、材料強(qiáng)度及其他物理性質(zhì)等都發(fā)生了相應(yīng)的退化和損傷[22]。

老舊石拱橋在風(fēng)化作用下，石材性能退化，導(dǎo)致截面減小、脫落等問題，承載能力降低。相應(yīng)地，退化和損傷將直接影響材料截面有效面積及強(qiáng)度。對(duì)于石拱橋截面損傷的綜合評(píng)定值定義為D，表達(dá)式如下：

D=ξ(D1b1+D2b2)

(5)

式中：D1為材料風(fēng)化指標(biāo)的評(píng)定標(biāo)度值；D2為材料損傷指標(biāo)的評(píng)定標(biāo)度值；b1為材料風(fēng)化指標(biāo)的權(quán)重值；b2為材料損傷檢測(cè)指標(biāo)的權(quán)重值[23]；ξ為截面折減系數(shù)，結(jié)合鎮(zhèn)巴縣統(tǒng)計(jì)分析；ξ當(dāng)取得0.87，截面應(yīng)力已達(dá)極限狀態(tài)，當(dāng)小于此值時(shí),橋梁則需進(jìn)行整改。

表4 截面風(fēng)化損傷折減表

3.4 計(jì)算實(shí)例

根據(jù)交通局?jǐn)?shù)據(jù)，獅兒壩橋位于茶太路上，于1989年建成通車，管養(yǎng)單位為鎮(zhèn)巴縣農(nóng)村公路管理局。Y016茶太路為四級(jí)路，設(shè)計(jì)速度20 km/h，橋梁上部結(jié)構(gòu)為1×13.0 m實(shí)腹式拱橋，下部結(jié)構(gòu)為漿砌塊石重力式橋臺(tái)。橋長(zhǎng)20.0 m,橋?qū)?.0 m。橋面鋪裝為水泥混凝土，見圖4。該橋設(shè)計(jì)汽車荷載等級(jí)為汽-I5、掛-80。在最新的橋梁定期檢查中，獅兒壩橋總體技術(shù)狀況評(píng)定等級(jí)為3類。

圖4 獅兒壩橋圖

根據(jù)實(shí)地?zé)o人機(jī)拍攝的數(shù)據(jù)，獅兒壩橋的上部結(jié)構(gòu)中，拱圈、腹拱裂縫裂紋：橫向裂縫縫長(zhǎng)≤截面尺寸的1/8，縫寬≤0.1 mm，得分為70分；拱上結(jié)構(gòu)及橋面板灰縫脫落：累計(jì)長(zhǎng)度單處長(zhǎng)度≤1.0 m，得分為51分。其余各部分評(píng)分根據(jù)該項(xiàng)分幾類而得分如4類得分依次為13、38、63、88；3類為17、50、84。具體分類及評(píng)定與《標(biāo)準(zhǔn)》[19]相同。

計(jì)算得分：

SBCI=56.8

SBCI分值評(píng)定結(jié)果為第Ⅲ類橋型，應(yīng)進(jìn)行專項(xiàng)檢測(cè)后保養(yǎng)、小修。與鎮(zhèn)巴縣交通局評(píng)價(jià)類型吻合，模型評(píng)價(jià)體系比較準(zhǔn)確。

3.5 評(píng)價(jià)體系驗(yàn)證

為了驗(yàn)證快速評(píng)價(jià)體系的準(zhǔn)確性，本文通過有限元分析建立模型來模擬實(shí)際情況下時(shí)間對(duì)材料性能的影響。依據(jù)實(shí)際工程，建立拱橋三維有限元模型，計(jì)算模型如圖5所示，其中的漿砌石和C35混凝土的材料屬性如表5所示。

圖5 有限元模型圖

表5 材料屬性表

荷載包括自重、收縮徐變，自重系數(shù)取1.04，其他荷載按梁體實(shí)際荷載輸入，模型的邊界條件為固結(jié)；同時(shí)建立施工階段，并考慮31 a的收縮徐變。

通過有限元軟件分析得到如下結(jié)果，其成橋位移如圖6(a)所示，31 a收縮徐變效應(yīng)的拱橋撓度見圖6(b)。

圖6 有限元位移圖

由圖7可知，當(dāng)拱橋成橋時(shí)的跨中撓度為8.70 mm，31 a收縮徐變后跨中撓度為13.30 mm。31 a間在收縮徐變作用下?lián)隙仍黾恿?2.9%，撓度在規(guī)定的允許范圍內(nèi)，應(yīng)該進(jìn)行檢測(cè)后的保養(yǎng)、小修；因而通過有限元模型驗(yàn)證了評(píng)價(jià)體系的準(zhǔn)確性。

圖7 成橋與31 a收縮徐變變化位移對(duì)比圖

4 結(jié) 語

(1) 以陜西省漢中市鎮(zhèn)巴縣實(shí)地調(diào)研的橋梁、道路情況，統(tǒng)計(jì)了截止2020關(guān)于農(nóng)村公路橋涵的各項(xiàng)比例，調(diào)研發(fā)現(xiàn)石拱橋和四級(jí)公路占比最多。

(2) 根據(jù)實(shí)地調(diào)研統(tǒng)計(jì)了石拱橋的常見病害。結(jié)合大數(shù)據(jù)提出使用橋梁編碼的方式對(duì)橋梁后期管理與養(yǎng)護(hù)，將橋梁修建時(shí)間、使用材料、養(yǎng)護(hù)歷史等錄入系統(tǒng)，對(duì)每座橋梁采取智能化管理。

(3) 老舊石拱橋病害可借助無人機(jī)進(jìn)行識(shí)別，本文提出了一種適用于西部農(nóng)村公路橋梁的簡(jiǎn)易快速評(píng)價(jià)體系，并綜合考慮退化損傷機(jī)理修正了評(píng)價(jià)體系。以獅兒壩橋?yàn)槔?，使用有限元軟件模擬了橋梁的跨中撓度變化，驗(yàn)證了評(píng)價(jià)體系的準(zhǔn)確性。

同時(shí)，無人機(jī)識(shí)別技術(shù)當(dāng)下發(fā)展迅猛，在病害識(shí)別算法及其相關(guān)技術(shù)方面，在本文中未深入展開，在下一步的研究計(jì)劃中將深入分析這些問題。

感謝鎮(zhèn)巴縣交通局為本文研究提供的支持！