張延年，柳成林，李玉兵，鄭　怡，高　飛

(1.沈陽建筑大學(xué)　土木工程學(xué)院，遼寧　沈陽　110168；2.遼寧省建筑材料監(jiān)督檢驗(yàn)院，遼寧　沈陽　110032；

3.重慶市公路工程質(zhì)量檢測(cè)中心，重慶　400060)

?

基于多指標(biāo)多級(jí)可拓評(píng)價(jià)的混凝土橋梁橋面體系狀態(tài)評(píng)估

張延年1，柳成林1，李玉兵1，鄭怡2，高飛3

(1.沈陽建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，遼寧沈陽110168；2.遼寧省建筑材料監(jiān)督檢驗(yàn)院，遼寧沈陽110032；

3.重慶市公路工程質(zhì)量檢測(cè)中心，重慶400060)

摘要：為對(duì)混凝土橋梁橋面體系狀態(tài)進(jìn)行合理評(píng)估，根據(jù)工程實(shí)際病害并結(jié)合相關(guān)橋梁養(yǎng)護(hù)評(píng)估規(guī)范，構(gòu)建了以可拓法為核心的橋梁橋面體系可靠性的多指標(biāo)多級(jí)可拓評(píng)價(jià)模型，并給出了底層評(píng)價(jià)指標(biāo)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。引入可拓集合中的關(guān)聯(lián)函數(shù)與關(guān)聯(lián)度，由綜合關(guān)聯(lián)度的大小對(duì)橋面體系各個(gè)組成部分子系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)的可拓評(píng)價(jià)分析。采用多指標(biāo)多級(jí)可拓評(píng)價(jià)方法與改進(jìn)的層次分析法結(jié)合，通過計(jì)算其關(guān)聯(lián)度，將事物由簡(jiǎn)單的定性描述拓展到定量計(jì)算，從而較為準(zhǔn)確地確定評(píng)價(jià)等級(jí)。引入級(jí)別變量特征值，可充分反映可靠程度與等級(jí)的距離，克服了傳統(tǒng)的跳躍式評(píng)級(jí)的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了評(píng)級(jí)的連續(xù)化?？赏卦u(píng)價(jià)過程中，給出了各部分子系統(tǒng)的可拓評(píng)價(jià)結(jié)果，有助于分析橋面體系狀態(tài)等級(jí)的原因，進(jìn)而可以優(yōu)化結(jié)構(gòu)的維修、加固決策。

關(guān)鍵詞：橋梁工程；橋面體系；可拓評(píng)價(jià)方法；橋面評(píng)價(jià)；狀態(tài)評(píng)估

0引言

混凝土橋梁橋面體系是橋梁結(jié)構(gòu)組成部分之一，它不僅要受到橋梁上部結(jié)構(gòu)的約束，起著保護(hù)橋梁主體和為行車提供舒適、安全的路面功能的作用，同時(shí)還要承受車輪荷載的直接作用，并與主梁一起承受外界荷載、雨水、日照及化學(xué)等環(huán)境作用對(duì)橋面的腐蝕作用?？梢哉f，橋面體系是抵御橋梁結(jié)構(gòu)鋼筋腐蝕破壞，提高結(jié)構(gòu)耐久性的第一道防線，所以要求橋面體系的橋面鋪裝層具有足夠的強(qiáng)度和良好的整體性，并具有抗裂、抗沖擊、耐磨性能[1-3]。但是，近年來由于路面鋪裝質(zhì)量不佳以及橋面不平整，交通量增加和重載車輛的作用，導(dǎo)致了橋面鋪裝層出現(xiàn)了一些較為普遍的病害，如開裂、破碎、坑洞等[4-8]，橋面體系中的欄桿也存在嚴(yán)重的缺失現(xiàn)象,造成重大的安全隱患。因此，對(duì)橋梁橋面體系的可靠性做出準(zhǔn)確合理的評(píng)價(jià)，并根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果采取合理的措施具有十分重要的意義。目前，廣大橋梁科技工作者主要對(duì)橋梁的主體結(jié)構(gòu)比較重視，對(duì)橋面體系這種附屬設(shè)施缺乏重視，因此導(dǎo)致重大的行車安全隱患。另外，對(duì)于橋面體系的研究主要集中在橋面病害的處治方面，缺乏對(duì)橋面體系狀態(tài)的評(píng)估，這樣會(huì)造成維修費(fèi)用的增加。因此，本文運(yùn)用可拓學(xué)理論，采用多指標(biāo)多級(jí)可拓方法進(jìn)行橋梁橋面體系可靠性的評(píng)價(jià)，并采用改進(jìn)的層次分析法來確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)系數(shù)，將可拓學(xué)理論和改進(jìn)的層次分析法結(jié)合在一起，進(jìn)行混凝土橋梁橋面體系狀態(tài)評(píng)估[9-14]，分析狀態(tài)等級(jí)下降的成因，并有針對(duì)地采取相應(yīng)防處治措施。

1橋面體系狀態(tài)評(píng)估的可拓物元模型

可拓學(xué)是20世紀(jì)80年代初由我國(guó)學(xué)者蔡文創(chuàng)立的一門原創(chuàng)性橫斷學(xué)科，旨在探討事物拓展的可能性，并利用“變換”的思維模式開拓創(chuàng)新現(xiàn)有的規(guī)律與方法，用以解決矛盾問題?？赏鼐C合評(píng)價(jià)方法就是基于可拓集合理論建立的，通過建立待評(píng)對(duì)象的可拓物元模型，計(jì)算各指標(biāo)與等級(jí)之間的關(guān)聯(lián)度，將事物由簡(jiǎn)單的定性描述拓展到定量計(jì)算，從而較為準(zhǔn)確地確定評(píng)價(jià)等級(jí)[15]。

1.1可拓評(píng)價(jià)的方法與步驟

(1)建立評(píng)價(jià)因素的指標(biāo)體系

橋面體系構(gòu)成復(fù)雜，而且影響橋面體系狀態(tài)的因素也很多，有主有從，又相互制約。本文從橋梁橋面體系結(jié)構(gòu)組成，根據(jù)工程實(shí)際產(chǎn)生的主要病害，結(jié)合國(guó)家有關(guān)技術(shù)規(guī)范、橋梁使用要求及專家意見建立如下狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)體系，如圖1所示。

圖1　橋面體系狀態(tài)評(píng)估模型Fig.1　Condition assessment model of bridge deck system

(2)物元模型

可拓學(xué)以物元理論和可拓?cái)?shù)學(xué)作為其理論框架。其中，物元是可拓學(xué)的邏輯細(xì)胞。給定事物的名稱P，它關(guān)于特征C的量值為V，以有序三元組R={P，C，V}作為描述事物的基本元，簡(jiǎn)稱物元。經(jīng)典域?yàn)椋?/p>

(1)

式中，Poj為評(píng)價(jià)對(duì)象可靠性的等級(jí)(j=1，2，…，m)；ci為影響評(píng)價(jià)對(duì)象等級(jí)Poj的特征；(i=1,2,…,n)voji為評(píng)價(jià)對(duì)象Poj對(duì)應(yīng)于評(píng)價(jià)指標(biāo)ci的量值范圍。

由集合P和它的n個(gè)特征ci及其將標(biāo)準(zhǔn)量值范圍加以拓廣的量值范圍vpi=〈api,bpi〉組成的物元稱為節(jié)域物元。對(duì)待評(píng)價(jià)對(duì)象的評(píng)價(jià)指標(biāo)v取得的具體數(shù)值vi構(gòu)成待評(píng)價(jià)物元。

(3) 改進(jìn)的層次分析法確定權(quán)系數(shù)

運(yùn)用可拓學(xué)理論對(duì)橋梁橋面體系可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià)，權(quán)重對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果也是有很大影響的，采用改進(jìn)層次分析法確定評(píng)價(jià)模型中每一層次中各個(gè)指標(biāo)(即影響因素)的權(quán)系數(shù)[16]，且各權(quán)系數(shù)之和為1。

(4) 建立關(guān)聯(lián)函數(shù)，確定待評(píng)價(jià)對(duì)象屬于各等級(jí)的關(guān)聯(lián)度

根據(jù)可拓評(píng)價(jià)方法中關(guān)聯(lián)函數(shù)的定義，確定待評(píng)價(jià)對(duì)象第i個(gè)指標(biāo)關(guān)于可靠性等級(jí)j(j=1，2，…,m)的關(guān)聯(lián)度為：

(2)

其中距為：

(3)

(4)

計(jì)算待評(píng)價(jià)對(duì)象p關(guān)于可靠性等級(jí)j的關(guān)聯(lián)度：

(5)

式中，wi為評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù);Kj(vi)為待評(píng)價(jià)對(duì)象第i個(gè)指標(biāo)關(guān)于可靠性等級(jí)j的關(guān)聯(lián)度。

(5)可靠性等級(jí)的評(píng)定

(6)

則級(jí)別變量特征值：

(7)

求得Kj(p)后，若Kj=max Kj(p0) (j=1，2，…，m)， 則評(píng)定p0屬于等級(jí)j。j*為p的級(jí)別變量特征值。

2多級(jí)可拓評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用

2.1工程概況

某大橋位于朝青線朝陽市朝陽縣境內(nèi)，中心樁號(hào)為K0+800.68，建于1967年5月(見圖2)。全橋共6孔，單孔凈跨徑為20 m，橋梁總長(zhǎng)142.96 m。橋?qū)捊M合：7.0+2×1.0 m；上部結(jié)構(gòu)：石砌空腹式板拱橋，主拱圈截面高為60 cm，矢跨比為1/5(圖3)；下部結(jié)構(gòu)：重力式石砌墩、空腹式橋臺(tái)，淺基礎(chǔ)；瀝青混凝土橋面鋪裝：鋪裝結(jié)構(gòu)上面層采用 SBS 改性瀝青混凝土SMA-13，下面層采用橡膠瀝青混凝土ARC-20，防水粘結(jié)層采用環(huán)氧瀝青，如圖4所示。

圖2　某混凝土橋全景Fig.2　A concrete bridge panorama

圖3　縱斷面示意圖(單位:mm)Fig.3　Schematic diagram of vertical section(unit:mm)

圖4　橋面鋪裝層結(jié)構(gòu)方案Fig.4　Scheme of bridge deck pavement structure

2.2工程檢測(cè)

通過橋梁檢查人員的目測(cè)及有關(guān)量測(cè)儀器對(duì)橋梁橋面體系進(jìn)行全面細(xì)致的檢查，發(fā)現(xiàn)橋面體系的缺陷或損傷的外部跡象，并分析其產(chǎn)生的原因，依據(jù)規(guī)范對(duì)該橋技術(shù)狀況進(jìn)行評(píng)定，為管理部門今后對(duì)該橋進(jìn)行維修加固或重建決策提供科學(xué)的技術(shù)資料和依據(jù)。

筆者通過檢測(cè)查明該橋橋面體系存在如下典型問題：

圖5　橋面體系病害Fig.5　Diseases of deck system

橋面鋪裝層：(1)網(wǎng)狀裂縫：橋面出現(xiàn)大面積網(wǎng)裂(圖5(a))。(2)縱向裂縫：全橋橋面距右側(cè)人行道0.6～0.7 m處縱向開裂，縫寬0.7～2.5 mm。(3)橫向裂縫：3號(hào)、5號(hào)墩頂橋面出現(xiàn)橫向通長(zhǎng)裂縫，縫寬1～5 mm。(4)局部橋面鋪裝層出現(xiàn)泛油(圖5(b))。(5)擁包、凹陷：全橋橋面存在多處擁包、凹陷，擁包最大高度5 cm。第1孔至第2孔跨中右側(cè)橋面距人行道0.6～0.8 m處，橋面嚴(yán)重塌陷，最大高度為10 cm(圖5(c))。伸縮縫：伸縮縫邊緣出現(xiàn)鋪裝碎邊現(xiàn)象(圖5(d))。人行道及欄桿：第1，2，3孔右側(cè)人行道板嚴(yán)重外傾，外傾最大達(dá)25 cm，全橋共35處欄桿破損、缺失(見圖5(e)、5(f))。

2.3橋面鋪裝層可靠性的可拓評(píng)價(jià)2.3.1可靠性評(píng)價(jià)模型及指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

由于橋面鋪裝結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜、交通量和重型車輛增加等多方面的原因?qū)е聵蛎驿佈b層產(chǎn)生了大量的病害，這對(duì)正常交通、橋面的美觀產(chǎn)生了一定的影響更容易造成交通事故，也給維修工作帶來了很大困難。因此，根據(jù)橋面實(shí)際工程病害和《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》，針對(duì)橋面體系這個(gè)一級(jí)指標(biāo)選取橋面裂縫、防水層破壞、表面平整度、橋頭跳車、橋面泛油情況5個(gè)二級(jí)評(píng)價(jià)因素。其中，裂縫包括裂縫寬度和裂縫面積兩個(gè)三級(jí)評(píng)價(jià)因素，表面平整度包括路面行駛質(zhì)量指數(shù)RQI和路面車轍深度指數(shù)RDI兩個(gè)三級(jí)評(píng)價(jià)因素，建立橋面鋪裝層可靠性評(píng)價(jià)層次模型如圖6所示。

圖6　橋面鋪裝層狀態(tài)評(píng)估層次模型Fig.6　Hierarchical model for bridge deck pavement condition assessment

路面行駛質(zhì)量指數(shù)(RQI):

用路面行駛質(zhì)量指數(shù)RQI來評(píng)價(jià)路面平整度，按下式計(jì)算：

式中，IRI為國(guó)際平整度指數(shù)；a0為高速公路和一級(jí)公路采用0.026，其他等級(jí)公路采用0.018 5；a1為高速公路和一級(jí)公路采用0.65，其他等級(jí)公路采用0.58；e為無理數(shù)，2.718。

路面車轍深度指數(shù)(RDI):

用路面車轍深度指數(shù)RQI來評(píng)價(jià)路面深度，按下式計(jì)算：

式中，RD為車轍深度；RDa為車轍深度參數(shù)，采用20 mm；RDb為車轍深度限值，采用35 mm；a0為模型參數(shù)，采用2.0；a1為模型參數(shù)，采用4.0。

根據(jù)橋梁橋面鋪裝層的結(jié)構(gòu)及實(shí)際情況，制訂了底層評(píng)價(jià)指標(biāo)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。各個(gè)項(xiàng)目的各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的等級(jí)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)：Ⅰ(P01)，Ⅱ(P02)，Ⅲ(P03)，Ⅳ(P04)4個(gè)級(jí)別，評(píng)價(jià)因素中有定性分析的語言型指標(biāo)和定量分析的數(shù)值型指標(biāo)兩種。評(píng)價(jià)指標(biāo)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1　橋面鋪裝層評(píng)價(jià)指標(biāo)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2.3.2建立經(jīng)典域、節(jié)域

根據(jù)表1所列的橋面鋪裝層的評(píng)價(jià)指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)數(shù)值型指標(biāo)采用極差正規(guī)化方法對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行無量綱化處理[17]，再建立經(jīng)典域、節(jié)域。由式(1)根據(jù)表1可以構(gòu)造出可拓評(píng)價(jià)物元模型R：

其節(jié)域?yàn)椋?/p>

2.3.3確定權(quán)系數(shù)

根據(jù)改進(jìn)的層次分析法，計(jì)算得到二級(jí)評(píng)價(jià)因素權(quán)重wB1={橋面裂縫，防水層破壞，表面平整度，橋頭跳車，橋面泛油}={0.38，0.11，0.21，0.20，0.10}；裂縫的三級(jí)指標(biāo)wc11={裂縫寬度，裂縫面積}={0.5，0.5}；表面平整度的三級(jí)指標(biāo)wc31={路面行駛質(zhì)量指數(shù)RQI，路面車轍深度指數(shù)}={0.5，0.5}。

2.3.4多級(jí)可拓綜合判斷

(1)關(guān)聯(lián)度計(jì)算

裂縫的三級(jí)指標(biāo)裂縫寬度、裂縫面積的值分別為5 mm和13%，經(jīng)過無量綱化處理后，根據(jù)式(2)～式(4)計(jì)算裂縫寬度關(guān)聯(lián)度Kj(vi)為{-0.44，0，0，-0.51}， 裂縫面積的關(guān)聯(lián)度Kj(vi) 為{-0.53，-0.30，0.40，-0.22 }。同理，表面平整度的三級(jí)指標(biāo)路面行駛質(zhì)量指數(shù)RQI和路面車轍深度指數(shù)RDI的計(jì)算值分別為6.0和5.0，計(jì)算關(guān)聯(lián)度分別為：{-0.36 -0.34，0.32，-0.20}和{-0.77，-0.66，-0.32，0.89 }。

(2)一級(jí)可拓評(píng)價(jià)

根據(jù)式(5)可以計(jì)算出三級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)c11和c13關(guān)于評(píng)價(jià)等級(jí)j的關(guān)聯(lián)度Kj(p)，根據(jù)式(2)～式(4)可以計(jì)算出二級(jí)指標(biāo)c14和c15關(guān)于評(píng)價(jià)等級(jí)j的關(guān)聯(lián)度Kj(vi)。對(duì)于語言型指標(biāo)c12，采用類比法進(jìn)行處理，即根據(jù)符合程度對(duì)每一等級(jí)選用 4 個(gè)程度符合值語言，“完全符合”、“基本符合”、“有些符合”、“不太符合”，分別賦值 0.5，0.25，-0.25，-0.5，賦予該因素相對(duì)于等級(jí)P01，P02，P03，P04的關(guān)聯(lián)度函數(shù)值。根據(jù)式(6)和式(7)確定評(píng)價(jià)等級(jí)和級(jí)別變量特征值，一級(jí)可拓評(píng)價(jià)結(jié)果見表2。

表2　一級(jí)可拓評(píng)價(jià)結(jié)果

(3)二級(jí)可拓評(píng)價(jià)

由二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重向量w=(wik)與二級(jí)指標(biāo)針對(duì)各個(gè)等級(jí)關(guān)聯(lián)度K(vi)=(Kj(vi))或Kj(p)相乘確定待評(píng)價(jià)橋梁橋面鋪裝層可靠性針對(duì)各個(gè)等級(jí)的關(guān)聯(lián)度矩陣K(N)，此過程為二級(jí)可拓評(píng)價(jià)。并根據(jù)式(6)和式(7)確定評(píng)價(jià)等級(jí)和級(jí)別變量特征值，二級(jí)可拓評(píng)價(jià)結(jié)果見表3。

表3　二級(jí)可拓評(píng)價(jià)結(jié)果

2.4伸縮縫可靠性的可拓評(píng)價(jià)2.4.1伸縮縫評(píng)價(jià)模型及指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

隨著交通量的增加和汽車載重量的增大，橋面伸縮縫由于設(shè)置在梁端構(gòu)造薄弱部位，直接承受車輪荷載的反復(fù)沖擊作用，而且長(zhǎng)期暴露在大自然中，所處環(huán)境比較惡劣，因材料的磨損和疲勞，以及混凝土面板或梁的結(jié)合強(qiáng)度不夠，是橋面體系中最易遭到破壞而又較難修復(fù)的部位。因此，根據(jù)伸縮縫的實(shí)際工程病害和《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》，針對(duì)伸縮縫這個(gè)一級(jí)指標(biāo)選取凹凸不平、伸縮縫異常變形、縫內(nèi)積物堵塞、伸縮縫位移C/D值，伸縮縫力C/D值5個(gè)二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立伸縮縫可靠性評(píng)價(jià)層次模型如圖7所示。

圖7　伸縮縫狀態(tài)評(píng)估層次模型Fig.7　Hierarchical model for expansion joint condition assessment

伸縮縫凹凸不平以沉降差值(cm)作為分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；伸縮縫異常變形以錨固區(qū)缺陷、破損等病害作為分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；縫內(nèi)積物堵塞以縫內(nèi)積物量百分比作為分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；伸縮縫位移C/D值，取橋梁上部結(jié)構(gòu)伸縮縫的支撐長(zhǎng)度為N(c)， 計(jì)算所需最小支撐長(zhǎng)度N(d)， 以N(c)/N(d)值作為分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

N(d)=50+0.25L+1.0H，

(8)

式中，L為跨徑；H為接頭臨近橋墩的平均高度。

伸縮縫力C/D值，可以用rbf來判斷，

(9)

式中，V(c)為構(gòu)件的極限抗剪能力;V(d)為由分析得到的作用于構(gòu)件的地震力×1.25，或最小支撐力=0.2×上部結(jié)構(gòu)凈重，二者取大值。各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的等級(jí)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)：Ⅰ(P01)、 Ⅱ(P02)、 Ⅲ(P03)、 Ⅳ(P04)4個(gè)級(jí)別，評(píng)價(jià)因素中有定性分析的語言型指標(biāo)和定量分析的數(shù)值型指標(biāo)兩種。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表4所示。

表4　伸縮縫評(píng)價(jià)指標(biāo)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2.4.2伸縮縫可靠性的可拓評(píng)價(jià)

可以根據(jù)表4的數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理后建立經(jīng)典域和節(jié)域，限于篇幅限制不再列出。各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重見表5。根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)及分析結(jié)果，利用式(2)～式(4)進(jìn)行伸縮縫評(píng)價(jià)指標(biāo)關(guān)聯(lián)度Kj(vi)的計(jì)算，將計(jì)算出的關(guān)聯(lián)度結(jié)合指標(biāo)權(quán)重利用式(5)計(jì)算Kj(p)進(jìn)行可拓評(píng)價(jià)。伸縮縫可靠性綜合評(píng)價(jià)結(jié)果見表5。

表5　伸縮縫的可拓評(píng)價(jià)結(jié)果

2.5人行道及欄桿可靠性的可拓評(píng)價(jià)

人行道及欄桿也是橋面體系的一個(gè)組成部分，其可靠性對(duì)橋面體系的可靠性也有一定的影響，因此結(jié)合《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》建立評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表6。對(duì)于此指標(biāo)按照語言型指標(biāo)的類比法處理得到關(guān)于各個(gè)等級(jí)的關(guān)聯(lián)度見表7。

表6　人行道及欄桿的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

表7　人行道及欄桿的可拓評(píng)價(jià)結(jié)果

2.6橋面體系可靠性的可拓評(píng)價(jià)

利用多指標(biāo)多級(jí)可拓評(píng)價(jià)方法已經(jīng)對(duì)橋面體系的3個(gè)項(xiàng)目層進(jìn)行了評(píng)估，橋面鋪裝層的可拓評(píng)價(jià)結(jié)果見表3，為{-0.59，-0.40，-0.16，-0.28}；伸縮縫的可拓評(píng)價(jià)結(jié)果見表5，為 {-0.39，-0.34，-0.03，-0.48}；人行道及避車臺(tái)的評(píng)價(jià)結(jié)果見表7，為{-0.50，-0.25，0.25，0.50}。由改進(jìn)的層次分析法得到一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)橋面鋪裝層、伸縮縫、人行道及欄桿的權(quán)重向量為wA={橋面鋪裝層，伸縮,縫，人行道及欄桿}={0.54，0.30，0.16}。利用式(5)將一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重向量w=(wi)與二級(jí)指標(biāo)針對(duì)各個(gè)等級(jí)關(guān)聯(lián)度K(p)=[Kj(p)]相乘，確定待評(píng)價(jià)橋梁橋面體系可靠性針對(duì)各個(gè)等級(jí)的關(guān)聯(lián)度矩陣，并利用式(6)和式(7)判斷出可靠度等級(jí)和級(jí)別變量特征值，計(jì)算結(jié)果見表8。

表8　橋面體系狀態(tài)可拓評(píng)價(jià)結(jié)果

2.7評(píng)價(jià)結(jié)果分析與處治

橋面體系狀態(tài)評(píng)估的可拓評(píng)價(jià)結(jié)果(表8)表明：該橋橋面狀態(tài)等級(jí)為Ⅲ類，級(jí)別變量特征值j*=3.16，總體狀態(tài)等級(jí)處于Ⅲ類略偏向于Ⅳ類，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)中等功能性損壞，并有一定發(fā)展趨勢(shì)，需要及時(shí)采取合理加固措施抑制病害的進(jìn)一步擴(kuò)展。分析狀態(tài)等級(jí)下降的原因是采取經(jīng)濟(jì)合理加固措施的前提。橋面鋪裝層對(duì)橋面體系狀態(tài)影響權(quán)重較大，且可拓評(píng)價(jià)結(jié)果(表3)表明狀態(tài)等級(jí)為Ⅲ類，級(jí)別變量特征值j*=3.13表明其狀態(tài)等級(jí)處于Ⅲ類略偏向于Ⅳ類，因此，需要立即采取補(bǔ)救措施抑制病害進(jìn)一步發(fā)展。伸縮縫雖然對(duì)橋梁狀態(tài)等級(jí)影響所占比例不大，但是可拓評(píng)價(jià)結(jié)果(表5)表明所選的二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)可靠性評(píng)價(jià)結(jié)果大多處于Ⅲ類這樣較差水平，所以需要采取合適的處治方法。人行道及欄桿根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際調(diào)查情況和評(píng)價(jià)結(jié)果(表7)采取合理的處治方法防止造成交通事故。具體處治方法如下：

(1)采用高性能改性瀝青填縫料或者改性環(huán)氧樹脂填縫料對(duì)裂縫進(jìn)行處理。裂縫縫寬<3 mm的微裂縫采用霧封層處治；裂縫縫寬在3～5 mm之間的裂縫用熱噴槍吹凈后直接灌縫；裂縫縫寬>5 mm的裂縫采用開槽灌縫的處理辦法，在填縫料灌縫施工完畢后，須在填縫料未冷卻以前，滿鋪1層碎石(規(guī)格2.56～4.75 mm)。這樣不但可以提高填縫料高溫穩(wěn)定性的作用，還可以改善因裂縫修補(bǔ)引起的橋面鋪裝外觀質(zhì)量下降的問題。

(2)對(duì)于面層、底層均開裂的部位，先沿裂縫兩邊，清除面層、底層的SMA混合料，并切割成階梯形，再手工清除鋪裝原有的熱熔型黏接劑，開挖到原鋪裝層與鋼板粘接處。在新鋪裝上下面層縱向兩側(cè)進(jìn)行灌縫處理，在新鋪裝上下面層橫向兩側(cè)涂上粘縫條，進(jìn)行重新鋪裝。

(3)對(duì)于龜裂裂縫等鋪裝層損傷用瀝青混凝土修補(bǔ)；用切削加熱法處理車轍；對(duì)于泛油情況，采用局部撒布粗砂或小石子后碾壓來處理；采用刻槽施工法或樹脂加硬集料粘結(jié)法處理磨光。

(4)對(duì)于伸縮縫，及時(shí)清除出縫內(nèi)積土、垃圾等雜物，使其發(fā)揮正常作用，對(duì)于有損壞和功能失效的伸縮縫進(jìn)行修理、更換，保證縫體牢固、平整、不漏水。

(5)對(duì)于出現(xiàn)松動(dòng)破損的人行道板及時(shí)進(jìn)行修正和更換以保證人行道塊件牢固、完整保持完好狀態(tài)。對(duì)于開裂嚴(yán)重和混凝土剝落的欄桿，鑿除損壞部分，修補(bǔ)完整；對(duì)撞斷安裝臨時(shí)防護(hù)的，修復(fù)時(shí)要按原狀鋼筋混凝土欄桿或扶手澆注。

采取了以上維修策略后，為驗(yàn)證維修加固方法的合理性和有效性以及評(píng)定加固效果，對(duì)該橋進(jìn)行了荷載試驗(yàn)，試驗(yàn)表明加固方法極大提高了橋面體系的工作狀態(tài)，阻止了原結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步損壞，橋面體系可靠性得到提高。

3結(jié)論

(1)根據(jù)可拓理論，建立橋梁橋面體系的多級(jí)可拓評(píng)價(jià)模型。該模型體系中每一級(jí)別又分多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)的出發(fā)點(diǎn)，通過對(duì)橋面體系各個(gè)組成部分子系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)的分析，計(jì)算其與各狀態(tài)等級(jí)的關(guān)聯(lián)度，確定橋面體系總體可靠性。

(2) 對(duì)某混凝土橋梁橋面體系進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估，評(píng)價(jià)結(jié)果表明狀態(tài)等級(jí)為Ⅲ類略偏向于Ⅳ類，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果及橋梁病害發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)橋面體系病害處治，并采用荷載試驗(yàn)驗(yàn)證了評(píng)價(jià)結(jié)果及維修加固方法的合理性和有效性。

(3)可拓評(píng)價(jià)過程中，給出了各個(gè)評(píng)價(jià)級(jí)別的可拓評(píng)價(jià)結(jié)果有助于分析橋面體系狀態(tài)等級(jí)下降的原因。引入級(jí)別變量特征值，可充分反映可靠程度與等級(jí)的距離，克服了傳統(tǒng)的跳躍式評(píng)級(jí)的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了評(píng)級(jí)的連續(xù)化，能更精確地采取合理處理措施。

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Assessment of Condition of Concrete Bridge Deck System Based on Multi-index Multi-level Extension Assessment

ZHANG Yan-nian1, LIU Cheng-lin1, LI Yu-bing1, ZHENG Yi2, GAO Fei3

(1. School of Civil Engineering, Shenyang Jianzhu University, Shenyang Liaoning 110168, China;2. Liaoning Provincial Building Materials Supervision and Inspection Institute, Shenyang Liaoning 110032, China;3. Chongqing Highway Engineering Quality Inspection Center, Chongqing 400060, China)

Abstract：In order to evaluate the condition of the deck system of concrete bridge reasonably, the multi-index multi-level extension assessment model of bridge deck system is set up based on the extension assessment method according to engineering diseases and related bridge maintenance assessment specification, and the classification criteria of underlying assessment indexes are given as well. By introducing the correlation function and correlative degree in extension set, the subsystems’ extension assessment analysis of the bridge deck system is conducted by the comprehensive correlative degree size. Combining the multi-index multi-level extension assessment method with the improved AHP, and by calculating the correlation degree, things from simple qualitative description is extended to quantitative calculation, so the evaluation level is determined more accurately. The eigenvalues of grade variables are introduced into extension assessment method, which can reflect the difference between the reliability to the level adequately and overcame the shortcomings of traditional jump rating. Therefore, this method realizes continuous reliability assessments. In the process of the extension assessment, every subsystem extension assessment result are given, which is contributed to analyzing the causes of the condition level declining of bridge deck system and making the reasonable decisions on maintenance and rehabilitation.

Key words：bridge engineering; bridge deck system; extension assessment method; bridge deck evaluation; condition assessment

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1002-0268(2016)03-0052-08

中圖分類號(hào)：U448.34

doi:10.3969/j.issn.1002-0268.2016.03.009

作者簡(jiǎn)介：張延年(1976-)，男，遼寧葫蘆島人，教授，博士.(zyntiger@163.com)

基金項(xiàng)目：遼寧省高等學(xué)校優(yōu)秀人才支持計(jì)劃項(xiàng)目(LR2014015)；重慶市科學(xué)計(jì)劃項(xiàng)目(cstc2013yykfA30004)；沈陽市科技計(jì)劃項(xiàng)目(F12-271-4-00)

收稿日期：2015-06-04