浅谈桥梁技术状况评估分析及养护决策

摘要：桥梁是交通动脉的咽喉，它的运营状况关乎经济发展和人民生活。桥梁技术状况评估及桥梁养护决策系统的研究在许多发达国家已经比较成熟，而在我国还处于发展阶段。桥梁养护决策和管理系统的研究对于确保通过科学、合理、经济确定养护对策，延长桥梁使用寿命，保证桥梁的安全运营具有重要意义。

关键词：桥梁技术状况评估;方法;桥梁养护决策

一、桥梁技术状况评估的意义

所谓评估，就是评价、估计某一事物的价值或优劣。对桥梁工程，有文献认为桥梁评估就是“评定承载能力、确定材料强度或对结构条件的分类”。在英国近年颁布的桥梁评估文件中，定义评估是“调查并依据规定的车辆荷载等级确定结构的承载能力”。由于桥梁评估涉及的范围广、因素多，在对其内涵的理解上，往往有所偏重，如有的把评估的重点放在桥梁承载能力方面，有的放在耐久性方面等。一种较为全面的定义是：桥梁评估就是利用特定信息，分析既有桥梁可靠性并为使桥梁保持一定水平的可靠性而做出相应工程决策的过程。目前我国管理部门对新建桥梁进行竣工验收，以后就转入维护。只有当桥梁发生明显缺陷时，才进行状态评估。而桥梁从出现病害到转变为更大的事故的时间往往很短，所以对桥梁技术状况进行经常性评估对桥梁管理人员来说是一项很重要的任务。因此，桥梁管理部门需要根据桥梁技术状况评估，及时了解桥梁的安全性能，根据实际情况安排桥梁养护、维修、改建等工作，保证桥梁结构的安全使用，从而保证整个交通网络的正常畅通。

二、桥梁技术状况评估的具体方法

对既有桥梁的评估已经引起世界性的关注。自 80 年代起，在一些工业发达的国家，桥梁工程的重点已经逐步转向既有桥梁的养护维修、鉴定评估和加固改进方面，并已经取得了长足的发展。近年来，我国也在积极开展桥梁评估方面的研究工作，逐步积累资料和经验。具体评估方法如下：

1、桥梁技术状况综合评估。

桥梁技术状况综合评估主要是通过有经验的桥梁技术人员对既有桥梁定期检查，从桥梁各分部结构和构件的材料缺陷、裂缝、变形、位移等损伤或缺陷的严重程度，及定性和定量检查结果对桥梁质量进行分类、评分。例如《公路桥涵养护规范》(JTGH11-2004)的评定标准分为五类，对应的对策由正常养护到改建或重建。目前在评分标准、方法上已有大量的研究，此类评定技术已逐步成熟，但是此类评定技术主要依据是大量的定性信息，其取值相当程度上依赖于评定工程师的自身经验和判断，人为主观因素较多，不同的评定者可能得出不同的结论。

2、桥梁承载能力评估。

桥梁承载能力是一个重要的技术指标，是桥梁的性能的综合体现。从内容上来看它主要包括桥梁的安全性和耐久性。《公路旧桥承载能力鉴定方法》对桥梁承载能力做了如下定义：当一个结构或构件的一部分达到一个使它不适合的特殊状态，即不再满足设计所需要的功能和要求时，所能承受外荷载的最大能力。目前，常用的桥梁结构的承载能力评估方法有：一是现场荷载试验法。在对桥梁进行现场荷载试验后，结合理论分析手段，对桥梁进行诊断识别，建立桥梁结构的实际工作模型，进而根据这个模型确定桥梁的实际承载能力。二是理论计算分析评估方法在现场调查和病害检测分析的基础上，考虑结构病害、损伤的影响，按照现行规范检算结构的承载能力和使用功能是目前我国采用的主要评估方法。三是专家经验评定法。根据方式不同，专家经验评定法可以分为专家意见调查和专家系统两种类型。专家意见调查，是指直接收集、分析、归纳专家意见，对桥梁的安全性能做出评估的方法。专家系统是用计算机模拟有经验专家的决策机理，对旧桥进行综合评估。在桥梁工程领域，无论设计、施工还是管理方面，均存在一些不确定性的因素或理论研究还没有涉及的因素，这些因素大多难以用数值计算加以解决，而专家系统有时可以解决困难。专家系统在评估应用，国内外作了大量的研究，并开发出了一些桥梁评估专家系统。

3、桥梁适应性评估。

桥梁适应性评估，即功能性评估，主要针对桥梁功能性损伤，如主梁线形、桥面铺装及附属设施损坏情况等进行评估。交通部公路研究所开发的 CBMS2007 系统中主要从桥梁行车条件适应性，桥梁通过能力适应性，桥梁环境适应性三方面评价桥梁适应性。其中：桥梁行车条件适应性从桥梁宽度、桥面铺装、伸缩缝质量、桥头跳车状况、桥面线形 5 个方面评定;桥梁通过能力适应性主要通过对桥梁现有桥下净高与规范、标准规定的桥下净高的比较系数来评价;桥梁环境适应性主要根据环境适应系数来评价，分为完全协调、基本协调、一般、不协调、很不协调五个等级。

三、桥梁养护决策

在桥梁技术状况评估与预测，桥梁养护经济分析和项目优化排序的基础上，即进入最终的决策阶段。

1、桥梁养护基本对策。由于桥梁缺损状况比较复杂，工程实践中依据多年来养护工作实施的经验，针对桥梁状况、材料、施工习惯及环境条件，己经形成了多种桥梁养护对策。为便于系统合理分配资金，需对这些养护对策进行归纳和分类。在归纳时，既要照顾到目前常用的对策，又要注意到各种对策与典型的桥梁状况相结合。桥涵构造物的养护，首先应使原结构保持设计荷载等级的承载要求及设计交通量的通行要求。根据交通发展的需要，对适应性不能满足的桥梁，应采取提高承载力、加宽、加长、基础防护等改造措施来提高承载能力和通行能力。在确定改造或改建工程方案时，应注意新旧结构之间的关系，充分发挥原有结构的作用。具体的措施包括：正常保养，小修、中修、大修或改造、改建或重建。

2、桥梁养护决策的基本方法

目前在桥梁管理的养护决策中经常采用的分析方法有经济分析法和经验法两类。

(1)经济分析方法。对可能的备选方案建立相关经济模型，通常进行寿命周期费用分析，应用桥梁技术状况预测模型来预测桥梁在选择不同养护方案后的技术状况随时间变化规律，在此基础上选择经济上合理的对策。但其正确性依赖于对维修对策寿命周期费用及效果的预估正确与否。

(2)经验法。包括专家系统法和决策树法两种。基本原理是借助于某些系统化的方法，总结和提炼桥梁养护工程师长期积累的经验知识，并以过程化的形式为桥梁选择合理可行的养护维修及改造对策。专家系统法相对于决策树法来说考虑更多的因素，处理更复杂的逻辑关系，对桥梁检测与评价的要求较高，系统建立与维护费用过大，实际中采用不多。而决策树法则比较简单明了，因此在桥梁管理的实践中应用最为广泛，它的特点是采用了树状图的形式，在深入分析影响对策选择因素的基础上，选择几个主要影响因素，综合工程师的维修经验，在此基础上用树状图表述主要影响因素与养护对策间的逻辑关系。桥梁养护决策分析中选用道路等级、桥梁类型、交通量、承载能力、桥梁缺损状况等比较确定的决策影响因素建立的模型比较直观，易于工程师和各级管理人员所理解，在确定各种组合条件的可能对策时，能够通过专家调查等方法，综合考虑地区工程师的经验，很好地与人们的主观经验相结合，因此在桥梁管理体系中应用很广泛。例如，选择桥梁的当前承载能力评分、总体缺损、行车道宽度适应性作为确定对策类别和具体养护措施的影响因素，针对选择桥梁养护维修对策过程，向经验丰富的桥梁养护工程师进行咨询后，建立了对策选择的逻辑关系，将其用树状图的形式表述，即为决策树模型。

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