中小跨径桥梁安全运营评估概述

何培

【摘 要】桥梁结构状态评估对于保证桥梁的安全运营，提高运输效率具有重要的现实意义。考虑到现有规范及传统分析方法的缺点，以中小跨径桥梁上部主梁结构为研究对象，制定桥梁耐久性评价指标体系，采用不确定型层次分析法计算指标权重，降低人为主观因素影响，最终实现桥梁的耐久性状态评估。安全监测包括结构病害特征提取、病害分离与估计和病害评价与决策等几个方面的内容。

【关键词】安全监测；耐久性评价指标体系

一、组成及其工作机理

大型健康系统和桥梁运营安全监测评估系统的区别在于大型健康系统在桥梁施工阶段已经对桥梁安全进行监测，力求对桥梁结构进行整体行为的实时监控和结构状态的智能化评估，而后者则是在桥梁运营阶段针对可能出现的病害而监测桥梁的安全性能。

结构健康监测系统包括传感器子系统、数据采集子系统、信号传输子系统、损伤识别与模型修正以及安全评定子系统、数据管理子系统，上述各个子系统分别涉及不同的硬件和软件，需要通过系统集成技术将它们集成为一个协调共同工作的健康监测系统。

健康监测系统主要对以下几个方面进行监控：①桥梁结构在正常环境与交通条件下运营的物理与力学状态；②桥梁结构在特殊气候、交通条件下或桥梁运营状况严重异常时的物理与力学状态；③桥梁重要非结构构件（如支座）和附属设施（如振动控制元件）的工作状态；④结构构件耐久性；⑤大桥工作环境，如桥址处的风速和风向、环境及结构的温度、湿度等。与传统的检测技术不同，大型桥梁健康监测不仅要求在测试上具有快速大容量的信息采集与通讯能力，而且力求对结构整体行为的实时监控和对结构状态的智能化评估。

二、桥梁安全评估

2.1桥梁安全评估层次。桥梁安全评估分为初步评估与详细评估两个层次。初步评估是根据影响桥梁耐震能力、耐荷载能力及耐冲刷能力为主要项目，以填表方式评定各项目的分数再综合获得整体分数据，以此判定受评桥梁耐震能力、耐荷载能力及耐冲刷能力是否足够，或有疑虑或不足。

2.2桥梁安全评估方法。桥梁安全评估的常用方法有层次分析法、模糊神经网络法、模糊推理法、专家评估系统、可靠度方法、响应面、模糊层次分析法、灰色关联、动态加权法等。

2.2.1目测打分法。经有经验的技术人员对旧桥的全面检查，根据用文字描述的定性和定量检查结果对其进行评分、分类，《公路桥涵养护规范（JTG H 11-2004）》将评定标准分为一类（完好、良好）一五类（危险）五个等级。2003年建设部颁发的《城市桥梁养护技术规范（CJJ99-2003）》提出以桥梁状况指数BCI确定桥梁技术状况的评价指标，根据定期检查的桥梁技术状况记录，采用先分部位再综合的办法分层加权评价，最后据得分将城市桥梁完好状态分为A（完好）---E（危险）五个等级。

2.2.2分析检算法。1999年，交通部修订编制的《公路桥梁承载能力检测评定规程（报批稿）》（以下简称《评定规程》）对承载能力检算规定基本按现行设计规范中的方法进行，主要依据结构抗力效应不小于结构荷载组合效应的极限状态方程式，较全面地考虑了现有桥梁检测手段及其检测成果在桥梁承载能力评定中的应用，并注重桥梁检查工作与现行养护规范的衔接，分别引入承载能力检算系数、恶化系数、截面折减系数和活载影响修正系数用于修正结构构件承载能力检算结果，从而使承载能力评定结果更能反映桥梁实际状况。根据不同的桥型和桥梁实际状况的优劣确定，可查表得到钢筋砼结构（钢筋）的截面折减系数及承载能力恶化系数；对重载交通桥梁，汽车荷载效应应计入活载影响修正系数。

2.2.3荷载试验法。在对桥梁进行外观调查和粗略评定后，再对实桥进行现场荷载试验，结合理论分析手段，建立桥梁结构的实际受力模型，进而对桥梁进行评价。分为静载和动载两种，此处不再赘述。

2.2.4专家经验评定法。依据解决问题的方式，专家经验评定方法可分为专家意见调查法和专家系统法两种类型。专家意见调查法，又称，特尔斐法，，是直接收集、分析、归纳专家意见，对桥梁安全性能作出评价。专家意见调查法的典型代表是特尔斐法，它通过无记名方式，咨询各专家意见，经过多次反馈和处理，将其变量减少到最低程度，并得到一致结论。操作中需专家填写专家意见调查表

2.2.5基于可靠度理论法。随着结构可靠度概念在桥梁工程中的应用，人们逐渐将其引入桥梁评价中，可靠度理论成为和荷载均为随机过程，来评估结构的可靠度指标。即选择合适的荷载与抗力的随机模型，再确定结构系统模型并分析系统的失效模式，计算系统失效概率和可靠度指标。

2.2.6模糊综合评价法。该方法借助模糊数学的一些概念，以模糊数学为基础，应用模糊关系合成的原理，将一些边界不清、不易定量的因素定量化，进行综合评价。若客观事物对象本身不明确，事物的分类无明显界限，即事物既可属于这类也可不属于，则可考虑采用该方法。模糊综合评价法能解决事物的模糊性与算法的确定性这一矛盾，反映客观事物的本质，但在如模糊运算法则的选择，隶属度的确定，参评人员主观上的不确定性和随机性方面仍存在问题。

2.2.7灰色理论评价法。灰色关联分析是灰色理论的一个重要内容，其基本思想是根据序列曲线几何形状的相似程度来判断其联系是否紧密，并在数学上用灰色关联度来衡量这种相似程度。曲线越接近，相应序列之间的关联度就越大，反之就越小。它通过参考序列与比较序列各点之间的距离分析来确定各序列之间的差异和相近性，从而找出各因子之间的影响关系及影响系统行为的主要因子，它不需要大量的样本及数据的典型分布而且计算简单，许多专家学者对此进行了研究，并提出了灰色关联度计算的量化模型，例如邓氏关联度、绝对关联度、相对关联度、B型关联度、斜率关联度、欧几里德关联度等等。

参考文献：

[1]李鹏飞，吴太成.桥梁健康监测技术研究综述[J].预 应力技术，2011（1）：29-33.

[2]尤启蒙.中小型桥梁健康监测系统的发展现状及对 策思路[J].科技资讯，2011（6）：80.