两个大跨径缆索承重桥梁技术状况评定规范(标准)的对比分析

范宇丰

(招商局重庆交通科研设计院有限公司， 重庆 400067)

两个大跨径缆索承重桥梁技术状况评定规范(标准)的对比分析

范宇丰

(招商局重庆交通科研设计院有限公司， 重庆 400067)

桥梁技术状况评估一直是桥梁养管中的重要环节，合理的评估对桥梁养护维修措施有指导作用。通过比较和分析JTG/T H21—2011《公路桥梁技术状况评定标准》和DB 32/T 1648—2010《大跨径悬索桥和斜拉桥养护规范》的综合技术状况评定方法，并结合实际桥梁评估算例，总结上述2个规范(标准)各自的优点和不足，并针对其不足提出相应改进建议。对比分析结果表明：前者在算法上能较好地反映桥梁的严重缺损状况；后者在病害类型和节段划分方法上更为详尽，评估结果更为精细。

技术状况评定；标准；缆索承重桥梁；对比

随着国民经济的飞速发展，大跨径缆索承重桥梁的建设也突飞猛进。然而随着大跨径悬索桥和斜拉桥数量的增多和服役时间的增长，其结构老化和损伤积累也日益严重[1-3]。特别是在快速增长的交通量和轴载作用下，桥梁不满足规定功能要求的问题已越来越普遍。近年来频发的桥梁垮塌事故不仅造成了巨大的经济损失，而且也使整个交通土建行业的社会公信力大大降低。为了降低类似恶性事故的发生，必须确保在役桥梁的运营状况良好，及时预警潜在危桥，并平衡好养管成本和养管效果之间的关系。为此，需对在役桥梁健康状况进行准确评定，以便为制定养护管理计划、采取正确维修加固措施提供科学的决策依据。国内研究学者对于中小桥梁技术状况评定方法及规范已有一些研究[4-6]，但是针对大跨径缆索桥梁的研究还不够充分。

目前国内广泛用于既有公路桥梁技术状况评估的规范主要有JTG H11—2004《公路桥涵养护规范》[7](简称《规范》)和JTG/T H21—2011《公路桥梁技术状况评定标准》[8](简称《标准》)。江苏省出台的地方标准DB 32/T 1648—2010《大跨径悬索桥和斜拉桥养护规范》[9](简称《地标》)也对缆索承重桥梁的技术状况评定作出了相应规定。

采用《规范》评定时不分桥型，部件划分较粗，评定过程主观性较强。而大跨径缆索承重桥梁结构复杂，病害种类较多，各类部件缺损程度以及对总体结构的影响程度较难以判别。经验较少的养管人员在采用该规范进行评定时，往往较难得出反映桥梁真实技术状况的评定结果。

国内一般采用《标准》对悬索桥和斜拉桥的检查结果进行评定，而江苏省内也将《地标》的评定结果作为养护管理维修措施的参考。然而《标准》和《地标》在评定标度、评定方法、部件划分上存在差异。分别采用两者作为依据进行评定时，可能得出不同的评定结果，进而可能采取不同的维修策略。因此，有必要分析其异同，供养管人员参考。

1 《标准》和《地标》对比

1.1 部件划分及权重

《标准》将所有类别的桥梁均分为上部结构、下部结构和桥面系3大结构类别，而《地标》则将桥梁分为由桥面设施组成的桥面系、由主要承力体系构成的结构部件和由附属构件组成的附属设施3大结构类别。《标准》和《地标》对悬索桥和斜拉桥主要承重构件的权重排序如表1所示。

表1 权重排序

从表1可以看出，在《标准》和《地标》中悬索桥、斜拉桥主要承重构件的权重差异较大。

悬索桥部分主要差异为：

1) 《地标》中主塔、锚碇的权重大于主缆权重；《标准》中主缆权重最大。

2) 《地标》中主梁权重大于吊索权重；《标准》中吊索权重更大。

斜拉桥部分主要差异为：

1) 《地标》中主塔权重高于主梁和墩台；《标准》中墩台权重更高。

2) 《标准》中主梁、主塔权重均小于斜拉索权重；《地标》中斜拉索权重低于主梁和主塔。

悬索桥主要部件中，主塔、锚碇、主缆和主梁属于不可更换构件，设计使用寿命应为100年。吊索和支座属于可更换构件，设计使用寿命分别为20年、10年。不可更换构件出现病害时对桥梁耐久性和安全性的影响更大，因此，单独考虑结构重要性而言，赋予不可更换构件更高权重相对较为合理。

同样，斜拉桥中主塔、主梁、墩台属于不可更换构件，而斜拉索属于可更换构件。考虑到不可更换构件出现病害的严重性，墩台、主梁、主塔权重较高更为合理。另外，斜拉桥中绝大部分竖向力均由主塔传入地基中，因此可以认为主塔更为重要，应有更高的权重。

但主塔、锚碇、墩台及基础等结构不太容易出现过于严重的病害，因此，如果其拥有较高的权重，则会导致易损结构(如吊索、主梁、斜拉索和主缆等部件)的病害在最终评定结果中难以体现，致使养管人员误认为桥梁属于较好状态，从而制定错误的养护维修策略。考虑到结构易损性对评定结果的影响，适当提高吊索、主梁、斜拉索和主缆的权重是一种较为可行的方法。《标准》中吊索、斜拉索、主缆等易损部件权重较高，可能是考虑了易损性这一因素。

总体而言，《地标》在确定权重时主要考虑到结构的重要程度，最终评定结果更能体现病害对结构安全性的影响；而《标准》在确定权重时，考虑了结构易损性的影响，最终评定结果更能反映病害对耐久性和适用性的影响。

1.2 评定方法

《标准》采用层次分析与单项指标控制相结合的方法，将不同桥型按上部结构、下部结构和桥面系分为多个部件，每个部件又细分为多个构件。评定过程由底层到上层循序渐进，按构件评定、部件评定、上部结构评定、下部结构评定、桥面系评定以及全桥技术状况评定进行。此外，还给出多项单项控制指标，以反映桥梁结构重要部件的严重损伤。

《地标》也采用层次分析法，通过建立不同层次分析模型对桥梁的综合技术状况和结构安全状况进行评定。其中综合技术状况评定层次分析模型共有3层，分别为部位层、构件层和损伤层。部位层包含主要受力构件组成的结构部件、桥面设施组成的桥面系和检修、机电等组成的附属设施3大部件。通过对每个构件进行评价，综合形成部件得分，最终根据每个部件权重得出全桥技术状况等级。安全性评价层次分析模型分为损伤层和构件层2层，其仅对主要承力构件进行评定，并按权重综合得出全桥安全性等级。

单个构件出现多个病害时，《标准》采用公式(1)进行计算。

(1)

当x=1时，

U1=DPi1

当x≥2时，

其中j=x

当DPij=100时，

式中：PMCIl为上部结构第i类部件l构件的得分，值域为0～100分；BMCIl为下部结构第i类部件l构件的得分，值域为0～100分；DMCIl为桥面系第i类部件l构件的得分，值域为0～100分；k为第i类部件l构件出现扣分指标的种类数；U、x、y为引入的变量；i为部件类别，如i表示支座、伸缩缝等；j为第i类部件l构件的第j类检测指标；DPij为第i类部件l构件的第j类检测指标的扣分值，根据构件各种检测指标扣分值进行计算。

单个构件出现多个病害时，《地标》采用公式(2)进行计算。

(2)

式中：Dij为构件综合技术状况得分；ωij,k为构件ij的第k项损伤项的权重；Rij,k为各病害项的评定标度(0～5)；μij,k为构件ij的第k项损伤扣分值与比重之积与该构件各损伤项扣分值与对应比重之积的总和的比值；βij,k为构件ij的第k项损伤的评定比重；n为构件数量。

用公式(1)对单个构件进行评分计算时，构件总得分始终低于仅考虑最严重病害的构件得分，且最终得分始终≥0。而用公式(2)计算时，可能出现构件最终得分高于仅考虑最严重病害时的构件得分。例如，当某一节段钢箱梁出现轻微变色起皮(R=1)和少量焊缝开裂(R=3)时，用《地标》进行评分，仅考虑严重病害焊缝开裂的构件最终得分为40分，而考虑涂层变色起皮和焊缝开裂的得分为44.93分。显然最终结果并不合理。

《标准》和《地标》虽均采用层次分析模型对桥梁损伤情况进行评定，但两者在计算方法、评定层次、评分界限值以及构件划分的精细程度上有较大差异，如表2所示。

1.3 底层指标

《标准》与《地标》均较为详细地列举了斜拉桥和悬索桥常见的病害，并对病害的严重程度进行了定量和定性描述。但实际评定时，发现两者对部分病害仍未作出相关规定，如果按照完好进行评定，则可能会增加评分，不能准确反映桥梁的真实状态。

另外，《标准》和《地标》对部分病害的评定差异较大。以钢箱梁焊缝开裂为例，《标准》以焊缝开裂长度作为评定钢箱梁焊缝开裂的定量指标，而《地标》则采用焊缝开裂数量占总体焊缝数量的百分比作为定量指标。这一差异导致对钢箱梁进行评分时，《标准》和《地标》得出的评定结果差异较大。

《标准》将病害按其对结构的危害程度划分为3种，分别有3、4、5个类别，最少扣分值为20分；而《地标》的病害扣分值为0～5分，并根据病害对结构的危害程度乘以一定比重，然后换算为百分制。这就导致《标准》容易将结构轻微病害的危害放大，桥梁构件评分极易低于80分而导致最终桥梁评定结果较差；而《地标》由于考虑了病害种类的比重，不影响安全性的病害比重较低，扣分较少，故最终评分结果较《标准》更高。

2 算例

本文以一座典型在役双塔钢箱梁悬索桥的钢箱梁定期检查报告为例，分别采用《地标》和《标准》对钢箱梁部件进行技术状况评定。该桥为双向6车道钢箱梁悬索桥，运营时间为10年。2015年5月对该桥钢箱梁进行了定期检查，病害概述如下：

表2 《标准》与《地标》在评定方法方面的对比

注：Dr指《标准》中规定的桥梁总体技术状况评分；D指《地标》中规定的全桥综合技术状况评定指标。

1) 全桥43个施工节段中有24个节段出现起泡、粉化等涂层劣化现象，并有13个节段出现涂层开裂剥落，最大剥落尺寸40 mm×40 mm，最大涂层劣化面积低于该节段总面积的1%。

2) 钢箱梁内部较为潮湿，多处有水迹，12个节段出现轻微均匀锈蚀现象，其中有2个节段分别出现1个锈蚀孔洞，最大锈蚀面积低于该节段总面积的1%。

3) 对易发生疲劳裂纹位置进行磁粉探伤和超声波检查，发现该桥有5个节段出现焊缝裂纹，开裂焊缝占比均低于1%。各个节段最长焊缝裂纹尺寸分别为80、60、70、50、120 mm，未发现构件变形。

由于《标准》中未明确规定钢箱梁节段如何划分，故本文采用全桥不划分节段和按照施工节段划分2种方式分别进行计算，各节段计算结果如表3、图1所示。

表3 钢箱梁分节段评定结果

注：“/”左侧数据为依据《标准》中焊缝裂纹按定性描述评定而得到的箱梁节段评分；“/”右侧数据为依据《标准》中焊缝裂纹按定量描述评定而得到的箱梁节段评分。

图1 桥例钢箱梁分节段评定结果

表3中，《地标》评定结果为60.74分，技术状况等级为2类接近3类。表明该桥钢箱梁及技术状况处于较好和较差之间，建议维修措施为小修或中修。

表3中，采用《标准》对钢箱梁进行技术状况评定时，将钢箱梁按照施工节段进行划分。《标准》规定焊缝裂纹的评定标准有定性描述和定量描述2种，若按照定性描述进行评定，则最终钢箱梁的评定结果为45.27分，属于4类桥，建议维修措施为大修；若按照定量描述进行评定，则最终钢箱梁的评定结果为0分，属于5类桥，建议维修措施为大修或改建，并及时进行交通管制。

如不划分节段，将钢箱梁作为一个整体进行评价，则《标准》的评定结果为33.5或0分(焊缝裂纹分别按定性和定量描述进行评价)，属于5类桥，建议进行大修或改建。

评定结果对比如表4所示。

表4 评定结果对比

对上述评定过程和结果进行对比，可以发现：

1) 《地标》对该桥钢箱梁评定结果为2类，建议对该桥进行小修或中修，这与该桥实际采用的维修策略吻合较好。但评定过程中，S8节段仅出现焊缝裂纹，而S1、N6、N3、S10节段除了出现同等程度的焊缝裂纹外，还均出现了不同程度的涂层劣化和剥落，但最终节段评定结果显示S8节段得分还要低于后4个节段得分，从而充分说明《地标》在计算单个构件出现多病害时的算法并不能真实反映该构件的真实状况。

2) 《标准》对该桥钢箱梁的评定结果为4类或5类，建议维修措施为大修或改建，评定结果稍显严苛。评定过程中，由于钢箱梁有多个节段，而《标准》中无明确规定是否应进行节段划分，也未规定如何划分节段，故导致最终出现多个评估结果。另外，对于焊缝开裂有定性和定量描述2种方式，而《标准》未明确说明2种方式的优先级，也未说明是否按照最严重情况进行评价，故容易产生误解，得出不恰当的评估结果。

3 建议

本文通过对《标准》和《地标》的对比，以及对一在役悬索桥钢箱梁技术状况的评定，可以发现2者各有其特点，都能在一定程度上反映桥梁的技术状况水平，并为有效确定桥梁技术状况发挥作用，但其各自也有缺陷。为了更科学准确地评估桥梁技术状况水平，为养护维修决策提供参考依据，本文针对《标准》和《地标》在实际评估过程中存在的部分缺陷提出相应解决措施，供养管人员参考。

1) 《标准》与《地标》要求对每个构件进行详细检查，且评定过程较为繁琐，计算量较大，故建议对各大缆索承重桥梁建立健康档案，进行数字化管理，并建立数字化的技术状况评估模型，实现自动评定。

2) 《地标》在计算单个构件出现多个病害时的计算方法不甚合理，建议参考《规范》的相应算法进行修改。

3) 部分病害在《标准》和《地标》中无明确规定，建议将遗漏病害参照类似病害进行扣分。

4) 焊缝的疲劳开裂是钢箱梁常见病害之一，但《标准》和《地标》对其评定均有一定局限性，故建议在焊缝开裂评定过程中考虑开裂焊缝的尺寸、占比及锈蚀情况等多个因素进行综合评定。

5) 《标准》的最低扣分值为20分，容易导致评定结果较差，建议增加“5分”“10分”等几级较低的扣分值，以更精细地反映“良好”“较好”桥梁的真实状态。

6) 《标准》和《地标》中均有部分规定阐述不清晰或考虑不周，如《地标》中如何将缺失部件的权重分配至其他部件，当《标准》中定性、定量描述评估结果不同时该如何进行评定，采用《标准》评估时如何进行节段划分等，故建议对这类问题进行明确规定，避免误解。

4 结论

1) 《标准》和《地标》均采用层次分析法对桥梁健康状况进行评定，分桥型规定了部件权重、构件标度及分级评定标准。评定模型逻辑清晰，病害描述详细，可操作性较强，评定结果客观性较好。

2) 《标准》提出采用5类桥单项控制指标，并规定当重要构件低于60分时，相应部件也应取用最低构件得分。该方法确保最终评定结果能较好地反映桥梁的严重缺损，使其得到桥梁养管部门的重视，尽早得到维修，从而使桥梁结构运营的安全系数得到提高。但《标准》在构件划分上并未作出明确规定，容易导致评定结果不唯一。同时，《标准》起始扣分值为20分，容易导致桥梁最终评定结果低于实际状况。

3) 《地标》对构件的划分规定较为详细，病害种类详尽，轻微病害的扣分值较为合理，更能精细地反映“良好”和“较好”桥梁的真实状态。但《地标》未规定缺失部件权重值2次分配方法，且单个构件出现多个病害时的扣分方法有一定的缺陷，可能会导致最终评定结果的偏差。

[1]唐 涛，徐 俊，陈惟珍.斜拉桥运营期病害分析与维护管理策略[J].中国市政工程，2006(6)：20-22.

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[7]陕西省公路局，长安大学.公路桥涵养护规范：JTG H11—2004[S].北京：人民交通出版社，2004.

[8]交通运输部公路科学研究院.公路桥梁技术状况评定标准：JTG/T H21—2011[S].北京：人民交通出版社，2011.

[9]江苏省交通运输厅工程质量监督局.大跨径悬索桥和斜拉桥养护规范：DB 32/T 1648—2010[S].北京：人民交通出版社，2011.

Comparative Analysis of Technical Status Assessment Specification (Standard) of Two Large-span Cable-supported Bridges

FAN Yufeng

The assessment of bridge technical status has always been an important link in bridge maintenance,reasonable evaluation has a guiding role in bridge maintenance and repair. In this paper,by comparing and analyzing the comprehensive technical condition evaluation method of JTG/T H21-2011 "Technical Condition Evaluation Of Highway Bridge" and DB 32/T 1648-2010 "Maintenance Specification Of Large-span Suspension Bridge And Cable-Stayed Bridge",combined with actual bridge,we summarize the advantages and disadvantages of the above two standards and put forward corresponding suggestions for improvement. The comparative analysis results show that the former can better reflect the serious defect situation of the bridge; The latter is more detailed in disease type and segmentation method,the evaluation results is more precise.

technical status assessment; standard; cable supported bridge; comparison

10.13607/j.cnki.gljt.2016.06.016

2016-08-22

范宇丰(1990-)，男，山西省长治市人，硕士，助工。

1009-6477(2016)06-0071-06

U445.7

A