橋梁伸縮裝置技術狀況評定模型研究及應用

黃名波

（四川省交通投資集團有限責任公司 610023）

橋梁伸縮裝置技術狀況評定模型研究及應用

黃名波

（四川省交通投資集團有限責任公司 610023）

橋梁伸縮裝置易損難修，在運營近20年的四川成渝高速公路該問題尤為突出。為實現橋梁伸縮裝置自病害采集，至技術狀況定損，養護方案制訂的全流程科學性，達到合理降低養護成本的目的，論文構建了簡明實用的技術狀況評定模型，界定了方案分類標準和簡要養護對策，值得業內采用。

橋梁；伸縮裝置；技術狀況；評定模型

伸縮裝置是橋梁結構的重要“附件”之一，更換造價約為當初安裝時的1.5～2倍，因其可更換性，常在設計和施工環節被忽略，這也是造成橋梁養護資金支出居高不下的主要原因。成渝高速是四川成渝集團核心資產，運營20余年來，其伸縮裝置在橋梁養護資金中占比頗重。隨橋齡增長，橋體受環境、氣候等自然因素影響，老化嚴重；伴隨交通流量、重車和超重車過橋數量的日益增加，伸縮裝置發生損壞的概率逐年攀升。特別強調的是，集團旗下運營高速公路橋梁約484座，總計約50431延米，如表1所示，若按每座橋梁平均2道伸縮裝置，而每道伸縮裝置以22m計算，則共計約21296延米的伸縮裝置需要納入日常養護管理范疇，這個數據是龐大的。實際上，成渝集團橋梁伸縮裝置的技術狀況評定工作所依賴的關鍵指標很大程度上受制于主觀模糊評定，既不合理，更不科學。

表1 四川成渝集團運營橋梁統計一覽Table1 The Statistics of Operation Bridge of Sichuan Chengyu group

因此，本論文提出統一病害表觀判定尺度，量化指標，結合定性分析實現量化表述，并提出評價模型對量化指標進行標準化計算，從而減少人為主觀性因素過多地干預，科學、合理制定規范化養護決策，降低養護成本。

1、標準技術狀況評定模型

分析《公路橋涵養護規范》（JTG H11-2004）以及《公路橋梁技術狀況評定標準》（JTG/T H21-2011）對伸縮裝置所建立的的標準評價模型可以得知，二者所建立的方法忽略全面性、針對性的評價指標，實際操作中仍具有較大主觀局限性。

2、量化評定新模型

基于成渝高速公路全線橋梁伸縮裝置的病害數據庫，綜合運用層次分析法、模糊理論、德爾菲法、結構可靠性理論等重建了簡明實用的技術狀況評定模型，界定了方案分類標準和簡要養護對策。

2.1 建模概要

⑴ 調查統計成渝高速現役橋梁伸縮裝置使用狀況，建立靜態基礎數據庫；

⑵ 根據基礎數據、結構特性、病害表征及原因分析確定建模須考慮因素；

⑶ 按照伸縮裝置結構特性作分類分析，按使用功能等細分為各構件；

⑷ 建立與評價模型關聯的因素集和評價集，并確定構件評定標度；

⑸ 構建判定矩陣，并利用德爾菲法等方法進行計算分析確定各構件權重；

⑹ 綜合上述各環節制定標準化評定標準和綜合評價公式；

⑺ 對伸縮裝置評定的技術狀況進行等級劃分，確定對應養護對策。

2.2 模型主要影響因素

⑴ 裝置結構特性。按照伸縮裝置構造、受力特點，可分為對接式、鋼制式、橡膠式、模數式及無縫式5種類型。應用效果及耐久性差異取決于裝置自身結構特性，引入修正系數體現其類型的差異對結構損傷程度、使用狀況的影響。

⑵ 構件重要性差異。各構件損傷難易有別，引入適當權重體現各構件重要程度。構件細分詳見表2 所示。

⑶ 構件損傷發展趨勢。考慮裝置產生病害后，各構件損傷發展趨勢影響，擬將損傷發展趨勢定位為趨向穩定、發展緩慢、發展較快3個等級，通過對初評標度進行修正予以體現。

⑷ 車輛行駛舒適度。伸縮裝置安裝工藝與其損傷程度共同決定車輛行駛的舒適性。該模型按照車輛行駛的舒適程度對初評標度進行修正來體現該因素的影響。

⑸ 交通流量。流量對伸縮裝置的損傷有重要影響，流量越大，伸縮裝置工作頻率越高，損傷可能性也就越大。引入交通流量影響系數來體現交通流量所帶來的影響。

2.3 評定流程

圖1 伸縮裝置技術狀況評定流程Fig1 Evaluation Process of Technical Condition of Telescopic Device

評定流程如圖1所示。具體如下：

⑴ 確定待評裝置類型，參照表2細分構件；

⑵ 參照構件評定標準，對待評裝置各構件評分，確定構件綜合評定標度值

表2 伸縮裝置構件細分表Table2 Telescopic Device Component Detail Table

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2.4 評定指標及分級評定標準

伸縮裝置各構件的評定標度值，是整個評定流程中的關鍵環節，直接關乎最終評定結果的取值。

為減少過多的人為因素干預，盡可能將不同操作人員對同等病害表征的待評裝置作出類似的評定結果，模型將伸縮裝置各構件損傷程度劃分為完好、輕微損傷、一般損傷、明顯損傷、嚴重損傷和完全損傷6種等級，對應標度值為0～5。根據現場病害表征作初步定損，然后再根據該構件的損傷對行車舒適度的影響程度和構件損傷發展趨勢作出兩次修正，獲得綜合標度，值域0～8，共計9個標度值。見表3。

表3 伸縮裝置構件損傷狀況評定Table3 Damage Assessment of Telescopic Device Components

2.5 構件權重參數

據前述，本文采用層次分析法確定橋梁伸縮裝置各構件權重參數。首先分析伸縮裝置系統內各構件元素之間的關系，對同一層次各構件元素關于上一層次中某一準則的重要性進行兩兩比較，構造判斷矩陣；由判斷矩陣計算被比較構件元素對于該準則的相對權重，并進行判斷矩陣的一致性檢驗；計算各層次對于系統的總排序權重，并進行排序。按照上述方法，采用調查問卷方式，面向四川省內橋梁伸縮裝置的生產、施工、設計、管理、科研等單位的橋梁專家發出了調查問卷，請專家填寫判斷矩陣，由判斷矩陣綜合計算各構件權重。權重參數求解過程如下：

⑷ 對個體排序向量作聚類分析，將其劃成不同類別，確定各專家權重系數；

⑸ 采用加權平均法求得群組 AHP的綜合排序權重向量，即為伸縮裝置各構件權重向量。

所得各類橋梁伸縮裝置構件權重如表4～9所示。

表4 填塞對接式伸縮裝置構件權重表Table4 Weigh table of packing and butt type expansion joint

表5 嵌固對接式伸縮裝置構件權重表Table5 Weigh table of fixed and butt type expansion joint

表6 鋼制式伸縮裝置構件權重表Table6 Weigh table of steel type expansion joint

表7 橡膠式伸縮裝置構件權重表Table7 Weigh table of rubber type expansion joint

表8 模數式伸縮裝置構件權重表Table8 Weigh table of modulus type expansion joint

表9 無縫式伸縮裝置構件權重表Table9 Weigh table of seamless type expansion joint

2.6 結構特性系數

表10 結構特性系數取值表Tableq10 Structural characteristic coefficients

2.7 交通流量影響系數

表11 交通流量影響系數取值表Table11 Influence coefficients of traffic volume

2.8 綜合評價公式

根據上述評定流程及各類評定參數，提出橋梁伸縮裝置綜合評價公式。

2.9 技術狀況分類界限及對應養護對策

⑴ 分類界限。見表12。

表12 橋梁伸縮裝置技術狀況分類界限表Table12 Technical Condition Classification Boundary Table of Bridge Expansion Device

⑵ 分類養護對策。見表13。

表13 橋梁伸縮裝置養護對策表Table13 Maintenance Strategy Table of Bridge Expansion Device

3、依托工程

⑴ 依托“成渝高速九曲河大橋波形骨架無縫伸縮裝置技術改造”項目進行論證性應用。伸縮裝置沿該路線前進方向冠以1#、2#、3#順序編號，圖2示。病害按照“凹凸不平、錨固區缺陷、破損、失效”四項評定指標以定性和定量分類描述，見表14。

圖2 伸縮裝置編號平面圖Fig2 Numbering Plan Telescopic Device

表14 伸縮裝置評定指標檢測結果Table14 The test results of the expansion joint index

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⑵ 全橋采用對接式嵌固型FD80型鋼伸縮裝置，型鋼為熱軋整體成型的F型異型鋼材，膠料為氯丁橡膠（CR）。細分構件如表15所示。

表15 九曲河大橋伸縮裝置構件細分表Table15 The Expansion Device Components Detail Table of Jiu Quhe Bridge

⑶ 1#、2#、3#伸縮裝置各構件 如表16～18所示。

表16 1#伸縮裝置構件Table16 1#Telescopic Device Components

表17 2#伸縮裝置構件Table17 2#Telescopic Device Components

表17 2#伸縮裝置構件Table17 2#Telescopic Device Components

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① 1#伸縮裝置。

表18 3#伸縮裝置構件Table18 3#Telescopic Device Components

表18 3#伸縮裝置構件Table18 3#Telescopic Device Components

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② 2#伸縮裝置。

③ 3#伸縮裝置。

⑹ 技術狀況等級。

表19 1～3#伸縮裝置技術狀況等級Table19 The Technical Grade of 1#～3# Telescopic Device

⑺ 養護對策。據表19評定等級，參照表13，1#、3#均隸屬于5類，需更換或進行技術改造，2#隸屬于2類，需加強觀測，局部維修、調校個別構件。

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1007-6344（2016）03-0080-04

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黃名波，男，1979，碩士研究生，四川交通投資集團有限責任公司。橋梁隧道專業工程師。