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桥梁加固技术应用效果综合评价方法研究

2022-03-02 21:57:16

摘    要:

根据桥梁加固及改造技术特点,以及不同加固技术应用效果评价的要求,在成功度法评价思路的基础上,参考《公路桥梁技术状况评定标准》相关评价方法,结合对比法、定量比较法和层次分析法,提出桥梁加固技术应用效果综合评价方法。


0 引言

项目后评价[1,2,3,4,5]的方法有对比法、成功度法、类比法、逻辑框架法、因果分析法、层次分析法、模糊综合评价法、神经网技术的综合评价法等等,这些方法对于不同的项目来说各有特点,使用的范围也不一样,评价的效果也不同。

根据桥梁加固及改造技术特点,以及不同加固技术应用效果评价的要求,在成功度法评价思路的基础上,参考《公路桥梁技术状况评定标准》相关评价方法,并结合对比法、定量比较法和层次分析法,提出桥梁加固技术应用效果综合评价方法。


1 评价指标体系建立

1.1 技术状况变化情况评价指标

在对加固桥梁技术状况评价时,在《公路桥梁技术状况评定标准》的评价体系基础上,针对加固部分提出新的评价指标。桥面系及支座一般采用部分或整体更换的方式进行加固,故此处均按《公路桥梁技术状况评定标准》进行评定。对于上、下部结构,该评价标准未针对加固部分给出针对性的评价指标,因此针对不同的加固材料,增加相应的评价指标。

目前桥梁加固常用的材料主要有钢板、纤维布、钢筋混凝土以及预应力钢绞线,按照加固材料的不同,增加相应加固方法的评价指标。与《公路桥梁技术状况评定标准》(JTG/T—2011)相比,可将评价指标分为两类:一类是与标准中相同的通用指标,另一类是根据后评价的要求新增的指标,见图1。

图1 结构技术状况评价指标  

当采用钢筋混凝土和预应力对桥梁进行加固时,桥梁加固部分可能出现的病害有混凝土蜂窝麻面、碳化、开裂、预应力构件损伤等,这与《评定标准》中混凝土梁式桥上部承重构件和上部一般构件的评定指标相同,因此采用钢筋混凝土和预应力加固时,给出9个通用评价指标。

当采用钢板和纤维布对桥梁进行加固时,桥梁加固部分可能出现的病害有钢板锈蚀、锚固失效、纤维布脱落等,在《评定标准》中未给出相应的评价指标,因此采用钢板和纤维布加固时,新增8个评价指标。对于钢板有涂层裂化、钢板锈蚀、钢板裂缝、钢板变形、与原结构锚固质量;对于纤维布有涂层劣化、纤维布断裂、与原结构粘结质量。


1.2 结构受力性能变化情况评价指标

结构受力性能变化情况主要体现于桥梁承载能力、整体刚度以及动力特性的变化情况。通过对比分析桥梁加固前后承载能力、整体刚度以及动力特性等基本指标的变化情况,来评价结构受力性能的改善程度。以定量指标为主,建立加固后桥梁受力性能的评价指标体系,对桥梁加固后受力性能进行定量评价。

承载能力指标用于评价危桥加固后的承载能力是否满足规范以及使用要求,是否达到加固前预期,以及加固后承载力较加固前提高比例等。主要通过挠度、应变校验系数以及相对残余变位和相对残余应变等改善程度进行评价。

整体刚度指标用于评价危桥加固后其纵向、横向刚度的变化情况。纵向刚度变化情况以加固前后跨中截面相对挠度的改变程度来衡量,反映结构抗变形能力的变化。横向刚度变化情况以加固前后横向分布系数的改变程度来衡量,反映桥梁加固后横向整体性的变化。

动力特性指标用于评价危桥加固后其动力性能的变化情况,主要通过危桥加固前后结构固有频率以及冲击系数的变化情况进行衡量。

结构受力性能变化情况方面共提出了8个评价指标,见表1。

  

表1 结构受力性能变化情况评价指标  


2 指标评价等级及权重

2.1 评价等级建立

(1)通用指标

标度及指标值请参见《公路桥梁技术状况评定标准》(JTG/T H21—2011)中相关指标评定的内容。

(2)新增指标

①钢板加固新增指标及其标度见表2~表6。

  

表2 钢板涂层劣化  

  

表3 钢板锈蚀  

 

表4 钢板裂缝  

表5 钢板变形  

表6 钢板与原结构锚固质量  

②纤维布加固新增指标及其标度见表7~表9。

  

表7 纤维布涂层劣化  

  

表8 纤维布断裂  

  

表9 纤维布与原结构粘贴质量 

对于桥梁加固部分而言,不同的病害对桥梁加固效果的影响程度不同,每种病害的严重等级也不同,相应的按照《评定标准》扣分也不同,这种扣分方法能体现出现不同病害对桥梁加固效果的影响程度的不同。


2.2 指标权重的确定

2.2.1 层次分析法

层次分析法[6]又称AHP构权法(Analytic hierarchy process,简写为AHP),它将与决策目标相关的元素依次分为目标层、准则层及方案层,对决策问题的影响因素、本质及内在的关系进行了深入的特性分析,并在此基础上进行层次间的定性和定量计算,从而为多目标、多准则或复杂问题提供简便的决策方法。

用层次分析法作系统分析,首先要把问题层次化。根据问题的性质和要达到的总目标,将问题分解为不同的组成因素,并按照因素间的相互关联影响以及隶属关系将因素按不同层次聚集组合,形成一个多层次的分析结构模型,并把系统分析归结为低层,相对于高层(总目标)的相对重要性权值的确定或相对优劣次序的排序问题。


2.2.2 计算各指标权重

利用层次分析法,对各指标权重进行计算,计算结果如下:

A计算结果:W=(0.33 0.67);

B2计算结果:W=(0.54 0.30 0.16);

C1计算结果:W=(0.33 0.33 0.17 0.17);

C2计算结果:W=(0.67 0.33);

C3计算结果:W=(0.75 0.25)。

整理可得权重如表10~表14所示。

  

表10 桥梁整体加固效果分层指标权重  

  

表11 受力性能变化情况分层指标权重  

  

表12 承载能力变化情况分层指标权重  

  

表13 整体刚度分层指标权重  

  

表14 动力特性分层指标权重  

3 综合评价体系建立

3.1 综合评价指标体系

结合之前的叙述,桥梁整体加固效果综合评价指标体系采用三级结构:以结构技术状况变化情况和结构受力性能变化情况为一级评价指标,相应的细分指标作为二级评价指标,以此类推,初步建立桥梁整体加固效果的多级评价指标体系,所形成的评价体系如图2所示。


3.2 评价流程

3.2.1 结构技术状况变化情况评价

结构技术状况改善评价方式主要参考《公路桥梁技术状况评定标准》(JTG/T H21—2011)中第四章的计算方法进行。


3.2.2 结构受力性能变化情况评价

(1)评定指标的计算

受力性能改善评价各项指标可按表15所列公式进行计算。

图2 桥梁整体加固效果综合评价指标体系  

  

表15 结构受力性能变化情况各指标计算方法  

通过对比各等级定量的Rx值,得到该指标的标度,或根据定性描述的内容得到该指标的标度。

(2)受力性能指标评价

承载能力、整体刚度、动力特性按如下公式计算:

 

式中:MBCIc、MBCIs、MBCId—承载能力、整体刚度、动力特性的各指标得分,值域为1~5分;

CAPi、STIi、DYNi—承载能力、整体刚度、动力特性的下级指标标度;

Wi—该项指标对应的权重。

(3)总体结构受力性能改善评分

结构受力性能改善的评分采用以下公式计算所得:

 

式中:—受力性能变化情况指标标度,值域为1~5分;

Wc、Ws、Wd—承载能力、整体刚度、动力特性指标权重;

Dp—受力性能变化情况指标评分,值域为0~100分。


4 结论

加强桥梁加固及改造技术应用后评价工作是十分必要的,这对于全面衡量桥梁加固及改造的实际效果具有重要意义。本项目通过建立桥梁加固及改造技术应用后评价方法,以便更为合理有效地对加固效果进行评价,为桥梁加固及改造工程方法选取提供参考,降低桥梁加固、维修成本,为桥梁管理部门提出桥梁加固后评价依据,节约养护资金。主要研究成果归纳如下:

(1)项目后评价的几种方法中成功度法评价思路适用于桥梁加固技术效果评价应用基础理论。


(2)根据桥梁加固及改造技术特点,以及不同加固技术应用效果评价的要求,在成功度法评价思路的基础上,参考《公路桥梁技术状况评定标准》相关评价方法,并结合对比法、定量比较法和层次分析法等,提出了桥梁加固技术应用效果综合评价方法。


(3)通过实例验证该评价方法能较好地评价桥梁的整体加固效果。为桥梁加固及改造工程方法选取提供重要参考。


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