基于通行能力的震后梁式桥快速检测评价系统研究

　　摘要：参考国内外相关研究成果，总结出基于通行能力的震后梁式桥快速评价系统流程，并采用层次分析法(AHP)得到桥梁由构件到整体的权重指标。同时给出桥梁各构件损伤评价等级及相关描述，并最终确定震后梁式桥保通性能，为震后梁式桥快速检测评价提供参考依据。

　　关键词：损伤评价;快速评估;层次分析;通行能力

　　近些年，我国地震活动十分频繁。桥梁作为生命线工程的重要节点，一旦损毁便等于切断了地震区生命线，错过抢险救灾黄金时间，加剧经济损失及社会危害。救灾车辆可否安全通过震损桥梁，是震后桥梁快速评价研究的关键所在，即通过震害经验总结和理论分析方法建立各种类型桥梁易损性模型，并建立各类桥梁损伤程度与通行能力对应关系。

　　当破坏性地震发生后，可通过地震动参数、衰减规律等估计出每座桥梁的损伤程度，进而判断它的通行能力[1]。震后桥梁快速评价主要目标是服务震后桥梁的应急保通，把它作为评判受损桥梁“可以通行”“限制通行”或“禁止通行”的标尺。对于后两者，应采取必要措施(如桥梁快速修复，或是选择其救灾线路等)，保证救灾车辆能够安全，及时进入重灾区。我国以梁式桥为主，把梁式桥作为快速评价研究对象更具普遍意义。

　　梁式桥快速评价主要涉及评价流程，评价方法，评价内容，评价指标以及评价原则五个方面。近年来，国内外所涉及研究内容主要针对在役桥梁性能评估[2-24]，而对地震后桥梁快速性能评价方面研究较少。本文参考国内外相关研究成果，总结出基于通行能力的震后梁式桥快速评价系统流程，并采用层次分析法(AHP)[8-10]得到桥梁由构件到整体的权重指标。同时给出桥梁各构件损伤评价等级及相关描述，并最终确定震后梁式桥保通性能，为震后梁式桥快速检测评价提供参考依据。

　　1震后梁式桥快速评估体系

　　结合相关文献[20,25]，总结出震后梁式桥快速评价系统流程。

　　1.1桥梁震害初评

　　桥梁震害初评是建立在初评调查的基础上，主要包括基本情况调查和现场调查两个方面。基本情况调查主要是获取相关的地震信息，包括震源、震中、震级、地震烈度等资料，并对受灾路线的桥梁设计、施工、监理、养护及维修加固、桥址水文地质情况及其他历史资料进行全面了解。现场调查以目测的方式对震后桥梁构件进行全面的检查，其目的在于短期内对受地震影响的桥梁进行快速筛选，排除已经坍塌和明显不安全的桥梁，并对救灾路线进行优化选择，确定快速评估中需要优先评估的路线和桥梁。

　　现场调查的重点包括：桥梁是否已经垮塌、部分垮塌、落梁、部分落梁、上下部结构是否有危及桥梁安全的重大损伤或其他危及桥梁的重大灾情。评估方法主要是驾车或者徒步经过桥梁时，以目测为主，并通过表格记录相关的桥梁信息。评估范围从优先路线上的桥梁开始，最终涵盖灾区所有桥梁。可根据震级的大小确定需要进行调查的大致范围。

　　1.2快速详评

　　快速详评是在桥梁震害初评的基础上，对利用原结构保通桥梁进行较为细致的桥梁病害调查。是否利用原结构保通需要在快速详评环节中最终确定。根据桥梁抢险救灾所需通行能力以及桥梁的整体损伤情况制定出比较科学的应急方案。可将震后桥梁保通标准可划分为A(正常通行)、B(限制通行)两个标准。

　　A(正常通行)级主要考虑到地震发生后抢险救灾所需的车流量。B(限制通行)级主要考虑到地震发生后桥梁的通行能力。采取限制车流的方法保证救灾车辆快速安全的通过受损桥梁。此时采用降低了的车辆荷载标准对非常态桥梁进行保通验算。根据相关研究成果，可将全桥整体损伤度也划分为Ⅰ(轻微损伤)、Ⅱ(中等缺损)、Ⅲ(较大损伤)、Ⅳ(很大损伤)、Ⅴ(无法使用)五个等级。根据损伤程度，地震等级，通行能力三方面因素，最终判断桥梁是否需要修复。

　　2震后梁式桥损伤等级及权重指标的确定

　　梁式桥是公路桥梁中比较常见的桥梁结构类型，适用于层次分析法进行桥梁综合评价。在整体功能的可分割性和相对独立性的基本假定下将结构整体按照功能分割为相对独立的部分，按照各自指标进行分块评价，再针对适当标准综合成整体的评价。按照由部分到整体的顺序建立桥梁的层次模型。

　　为了方便指标统一化制定，将评价指标按照破坏程度进行0~100的打分，0对应底层指标中最理想状态，能够完全满足保通性能。100代表最差情况，表示桥梁已经损伤严重或者倒塌。中间得分按照等级区间大小进行线性分配。

　　2.1主梁评价指标

　　主梁对于整个桥梁体系抗震来说，不能算作抗震设防的重点保护对象。但对于救灾车辆能否通过受损桥梁，就需要综合考虑桥梁的保通承载能力是否满足既定要求。地震发生过程中引起的主梁纵横向移动可能导致梁端碰，导致位移过大或发生主梁坠落等现象。主梁弯曲能力、剪切能力以及纵横向位移三方面因素可较为准确把握主梁的保通性能。根据相关文献可知[26]，主梁裂缝以及破损是导致桥梁承载能力以及保通性能下降的重要指标之一，采用裂缝这一指标不仅可以把握住桥梁损害的大致程度，而且易于检查，方便快捷。

　　2.2支座评价指标

　　桥梁支座历来被认为是桥梁结构体系中抗震性能比较薄弱的一个部分，在历次破坏性地震中，支座的震害现象都较为普遍。其原因主要是支座设计没有充分考虑抗震的要求，连接与支挡等构造措施不足，以及某些支座形式和材料本身缺陷。归纳而言，支座破坏形式主要表现为两个方面：一是由于竖向变形过大导致的支座脱空、不均匀鼓突与脱胶;另一方面是由于支座剪切滑移变形过大导致的失稳破坏。

　　2.3桥墩评价指标

　　桥墩性能水平直接影响到桥梁整体抗震性能。我国《公路桥梁抗震设计细则(JTG/TB-02-01-2008)》中的“能力保护构件计算”内容主要针对的是桥梁下部结构，包括延性墩柱以及盖梁的抗震验算。盖梁主要病害有：节点处裂缝、以及由裂缝产生的混凝土剥落、钢筋外露、断裂等病害现象。根据工程经验并结合相关文献资料得出盖梁的评估指标。震后墩柱的破坏分成两种：一种是弯曲破坏，另一种是剪切破坏。结合Park&Ang建议的破坏等级分类，建立墩柱的快速评估指标。

　　2.4桥台评价指标

　　地震中桥台破坏主要是由于地基失稳导致，因为桥台本身病害(如台身及台帽裂缝、侧移、破损等)而倒塌的桥梁并不常见。结合相关文献总结出桥台评价指标。

　　2.5地基基础评价指标

　　地基基础评价主要是由地基沉降以及滑移倾斜造成桥梁无法正常通行。场地沉降与滑移倾斜与震后孔隙水压力的消散和随之产生的土的固结和压密有关。如果振动过程中孔隙水压力增加，但是未达到引起液化的水平，则孔隙水压力在震后消散可能导致沉降，但是仍小于由液化引起的沉降。结合相关文献确定相关指标。运用层次分析法(AHP)[8-10]基本原理得到梁式桥由构件到部件，在到整体的权重指标，通过打分方式得到桥梁总体损伤评定等级，进而确定震后桥梁通行能力。

　　3实例应用

　　该评价系统在2017年九寨沟地震中对救灾路线中受损桥梁进行震后评价，并根据快速评价结果，对部分桥梁进行相关处理，最大限度保证救灾车辆进入受灾区。对评价系统可靠性进行验证并取得了较为满意的结果。

　　4结语

　　本文参考国内外相关研究成果，得出震后梁式桥快速评价系统流程，并采用层次分析法(AHP)可得到桥梁各个构件，部件，结构所对应的权重指标，同时，通过量化得出震后梁式桥通行能力。其主研究成果如下：a.参考国内外大量有关桥梁性能评价文献资料，总结出基于通行能力的震后桥梁快速评价系统流程。b.以层次分析法相关理论为基础，得出震后梁式桥由构件到整体的相关权重。并采用打分方式评定震后梁式桥损伤等级c.对各构件损伤等级进行量化分析，并给出相关描述，使得桥梁评价更为快捷。

　　参考文献：

　　[1]张劲泉，王克海，李健.震后公路桥梁快速检测评估与应急保通修复技术[R].交通基础设施抗震减灾技术研讨会交流材料.

　　[2]王克海，李茜，翟东武等(译).公路结构物抗震加固改造手册(上册)[M].人民交通出版社，2008.7(第一版)

　　[3]日本道路协会.道路震灾对策便览(震灾复旧篇)[M].东京：2006.

　　[4]中华人民共和国交通运输部.公路桥梁承载能力检测评定规程(报批稿)[S].人民交通出版社.

　　[5]中华人民共和国交通运输部.公路桥梁技术状况评定标准(JTG/TH-2011)[S].人民交通出版社，2011.

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