引入交通量折損的橋梁技術(shù)狀況評(píng)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(jì)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(píng)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(jì)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(píng)定標(biāo)準(zhǔn)都忽視了交通對(duì)橋梁實(shí)際運(yùn)營(yíng)狀況的影響。文章結(jié)合橋梁設(shè)計(jì)歷程及運(yùn)營(yíng)狀況，引入交通量折損對(duì)橋梁進(jìn)行技術(shù)狀況評(píng)定。

橋梁；技術(shù)狀況；評(píng)定方法；交通量

0 引言

目前我國(guó)橋梁在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中的橋梁技術(shù)狀況評(píng)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(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG/T H21-2011)執(zhí)行，這些規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)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(píng)定，往往忽視了交通實(shí)際運(yùn)營(yíng)狀況對(duì)橋梁的影響。本文將引入交通量對(duì)橋梁技術(shù)狀況進(jìn)行科學(xué)評(píng)定。

1 橋梁設(shè)計(jì)歷程及運(yùn)營(yíng)狀況

1.1 橋梁設(shè)計(jì)歷程

自新中國(guó)建立以來(lái)，我國(guó)的橋梁設(shè)計(jì)從最初的參考蘇聯(lián)規(guī)范至1954年頒布《公路工程設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》(修訂草案)，才有了第一部自行編制的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并于1961年頒布實(shí)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(jì)規(guī)范》(草案)。

隨著我國(guó)橋梁技術(shù)人員在生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中大量的經(jīng)驗(yàn)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(jì)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(shí)施了首部預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)規(guī)范《公路預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》(試行)。

改革開(kāi)放后，隨著我國(guó)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(jì)規(guī)范》(JTJ 023-85)、《公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ 022-85)以及《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTJ 021-89)。

20世紀(jì)90年代后我國(guó)公路橋涵事業(yè)又步入了一個(gè)高速發(fā)展的新時(shí)期，原有規(guī)范已無(wú)法滿足長(zhǎng)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(jì)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(jì)規(guī)范》(JTG D62-2004)。

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

隨著橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范的更新?lián)Q代，橋梁設(shè)計(jì)荷載等級(jí)也隨著一步步提高，汽車(chē)荷載模式由原來(lái)的計(jì)算荷載(車(chē)隊(duì)荷載)+驗(yàn)算荷載(履帶車(chē)和掛車(chē))調(diào)整為車(chē)道荷載(均布荷載+集中荷載)+車(chē)輛荷載，汽車(chē)荷載等級(jí)由原來(lái)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(huì)的進(jìn)步，原有的橋梁設(shè)計(jì)荷載級(jí)往往無(wú)法滿足現(xiàn)有交通運(yùn)輸?shù)囊?，荷載等級(jí)的提升是一個(gè)必然趨勢(shì)。

1.2 現(xiàn)役橋梁運(yùn)營(yíng)狀況

我國(guó)是一個(gè)橋梁大國(guó)，然而其中有大部分橋梁是沿用老規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)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(shí)交通大發(fā)展的社會(huì)背景下，存在許多的施工缺陷，橋梁的運(yùn)營(yíng)狀況較差，并且在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)營(yíng)過(guò)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(lái)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(wèn)題外，還存在一個(gè)普遍現(xiàn)象，那就是橋梁荷載等級(jí)無(wú)法滿足當(dāng)前交通運(yùn)輸?shù)囊蟆?/p>

2 現(xiàn)有橋梁技術(shù)狀況評(píng)定方法

現(xiàn)階段我國(guó)的橋梁技術(shù)狀況評(píng)定方法有兩個(gè)傾向：(1)偏主觀、簡(jiǎn)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(guó)橋梁在養(yǎng)護(hù)過(guò)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(píng)定和簡(jiǎn)單化。

這種橋梁評(píng)定方法簡(jiǎn)單，是比較經(jīng)典的評(píng)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(píng)定計(jì)算式為：

(1)

式中：Ri——各部件的評(píng)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(píng)分，值域?yàn)?～100，評(píng)分越高表示橋梁技術(shù)狀態(tài)越好。根據(jù)評(píng)分將橋梁等級(jí)劃分為5類(lèi)。

其橋梁權(quán)重的分配是在總結(jié)以往經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)進(jìn)行劃分的，在將橋梁劃分為17個(gè)固定僅重部件后，針對(duì)這些部件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，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(shì)后，進(jìn)行缺損狀況的累加，得出一個(gè)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(píng)定計(jì)算，以現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)定橋梁的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)。

這種方法在橋梁標(biāo)度的評(píng)判上存在一定程度的主觀性。

2.2 《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)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(duì)3個(gè)結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件進(jìn)行分別評(píng)定，該評(píng)定方法對(duì)各構(gòu)件的分值進(jìn)行了劃分，并對(duì)各構(gòu)件評(píng)分指標(biāo)進(jìn)行了嚴(yán)格的限定。然后再通過(guò)某類(lèi)部件所有構(gòu)件評(píng)分的平均值和最低值及構(gòu)件總數(shù)量系數(shù)對(duì)部件進(jìn)行評(píng)分，如其上部結(jié)構(gòu)部件計(jì)算式：

(3)

在得出3個(gè)結(jié)構(gòu)各自部件的綜合評(píng)分后，通過(guò)對(duì)應(yīng)部件的加權(quán)計(jì)算對(duì)各個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合評(píng)分，例如其上部結(jié)構(gòu)綜合評(píng)分如下：

(4)

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

Dr=BDCI×WD+SPCI×WSP+SBCI×WSB

(5)

這種橋梁技術(shù)評(píng)定方法較為客觀，將橋梁評(píng)定分為4個(gè)層次，分別按構(gòu)件評(píng)定、部件評(píng)定、單元議定、全橋評(píng)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(xiàng)評(píng)定為5級(jí)橋梁的單項(xiàng)指標(biāo)，計(jì)算方法客觀，評(píng)定結(jié)果相對(duì)真實(shí)，《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(lái)，隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)果蔬品質(zhì)要求也不斷提高。果蔬在運(yùn)輸和加工過(guò)程中容易發(fā)生擠壓碰撞，一般會(huì)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(duì)果蔬進(jìn)行力學(xué)特性試驗(yàn)研究可以有效減少農(nóng)產(chǎn)品的損傷，具有很高的價(jià)值。圣女果在收獲、運(yùn)輸、分級(jí)、貯藏等過(guò)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(duì)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(píng)定產(chǎn)品品質(zhì)以及設(shè)計(jì)制造有關(guān)的各種機(jī)器提供合理、可靠的設(shè)計(jì)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(píng)定方法的分析總結(jié)

目前我國(guó)采用的這些橋梁技術(shù)狀況評(píng)定方法從橋梁結(jié)構(gòu)的技術(shù)層面確實(shí)可以有效地反映橋梁的現(xiàn)有狀態(tài)，但其實(shí)并沒(méi)有真實(shí)反映橋梁的運(yùn)營(yíng)狀況。所謂的橋梁運(yùn)營(yíng)狀況應(yīng)該能夠真實(shí)反映橋梁的動(dòng)態(tài)運(yùn)營(yíng)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(píng)定

橋梁的技術(shù)狀況評(píng)定應(yīng)該考慮交通量對(duì)于橋梁的影響，這樣才能真實(shí)地反映橋梁的運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀，而不是等到出現(xiàn)問(wèn)題之后將責(zé)任推卸到車(chē)輛上，那樣是顛倒了主客關(guān)系，而沒(méi)有從根本上解決問(wèn)題所在。

超載不僅僅是一種現(xiàn)象，而是一個(gè)客觀存在的事實(shí)，超載類(lèi)似物理?yè)p傷，在橋梁運(yùn)營(yíng)過(guò)程中會(huì)引起橋梁的疲勞破壞，同樣會(huì)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(píng)定中要引入交通量折損，首先要對(duì)交通量進(jìn)行調(diào)查，高速公路收費(fèi)站每年都會(huì)有該方面的統(tǒng)計(jì)，各個(gè)地方的交通局、公路局或交警交通量的統(tǒng)計(jì)部門(mén)也可以統(tǒng)計(jì)出地方道路的交通量，而對(duì)于二級(jí)路、三級(jí)路交通量的統(tǒng)計(jì)部門(mén)，也可以從高峰段的短期統(tǒng)計(jì)得出，這部分費(fèi)用相當(dāng)于橋梁荷載試驗(yàn)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(yàn)，從而減少養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。

在統(tǒng)計(jì)出交通量以后進(jìn)行換算，換算公式如下：

(6)

式中：Sr——車(chē)輛超載系數(shù)；

P——設(shè)計(jì)荷載；

Scz——車(chē)輛超載數(shù)量；

S——車(chē)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(píng)定方法，可假設(shè)現(xiàn)行的靜態(tài)橋梁技術(shù)狀況評(píng)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(píng)定方法計(jì)算公式為：

Uc=(1+Sc)×Uj

(7)

式中：Uj——橋梁靜態(tài)技術(shù)狀況評(píng)分扣分值；

Uc——引入交通量折損的橋梁技術(shù)狀況評(píng)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(jì)算公式即：

(8)

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

PMCIl(BMCIl或DMCIl)

(9)

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

4 結(jié)語(yǔ)

橋梁事故的發(fā)生以及橋梁的損壞往往歸咎于車(chē)輛超載，車(chē)輛超載確實(shí)是造成橋梁損壞的一個(gè)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(duì)荷載等級(jí)的提升使得老舊橋梁無(wú)法滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求。在進(jìn)行橋梁技術(shù)狀況評(píng)定的過(guò)程中，不能僅僅使用新規(guī)范去評(píng)價(jià)一座老舊橋是否滿足要求，更應(yīng)該考慮車(chē)輛超載的問(wèn)題。引入交通量折損的橋梁技術(shù)狀況評(píng)定能夠真實(shí)地反映出橋梁運(yùn)營(yíng)狀況，并能夠更好地引導(dǎo)加固設(shè)計(jì)，解決由于規(guī)范更新、荷載等級(jí)提高而造成的老舊橋梁承載能力評(píng)價(jià)的問(wèn)題，希望本文能夠?yàn)闃蛄簷z測(cè)中對(duì)橋梁技術(shù)狀況的評(píng)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(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4]陳棟梁.橋梁技術(shù)狀況評(píng)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(jì)規(guī)范實(shí)用問(wèn)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(jì)規(guī)范的歷史、現(xiàn)狀和未來(lái)[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(cè)及加固。