公路混凝土梁式橋抗震性能鑒定

何燕清,危　艷(.福州大學(xué)至誠學(xué)院,福建福州　350000;.廈門工學(xué)院,福建廈門　360)

公路混凝土梁式橋抗震性能鑒定

何燕清1,危艷2
(1.福州大學(xué)至誠學(xué)院,福建福州350000;2.廈門工學(xué)院,福建廈門361021)

摘要:基于公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則,借鑒國內(nèi)外現(xiàn)有建筑和鐵路抗震鑒定規(guī)范,將基于模糊層次分析法的公路梁式橋震害預(yù)測方法引入初步篩選的工作中,分初步篩選、一級鑒定和二級鑒定3個步驟,提出適用于抗震設(shè)防加速度為0.05g、0.10g、0.15g、0. 20g、0.30g和0.40g地區(qū)公路混凝土梁式橋抗震性能鑒定的流程建議,并給出橋梁抗震鑒定記錄的報(bào)告格式,對鑒定過程及結(jié)果進(jìn)行記錄。

關(guān)鍵詞:橋梁工程;抗震性能鑒定;模糊層次分析法;公路梁式橋

國內(nèi)在役公路梁式橋數(shù)量龐大、地震風(fēng)險(xiǎn)極高,對其抗震性能的準(zhǔn)確鑒定,應(yīng)建立在規(guī)范化的方法上。針對公路橋梁,國外如美國和日本都制定了相應(yīng)的指南來指導(dǎo)抗震性能鑒定工作。文獻(xiàn)［1－2]在制訂加固方案時采用多因素分級鑒定,更加注重加固設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)分析,從而有效減少了加固項(xiàng)目的費(fèi)用。日本公路結(jié)構(gòu)物抗震鑒定利用已有橋梁震害數(shù)據(jù),用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理得出實(shí)用的易損性鑒定方法,用于橋梁抗震性能鑒定的初步篩選中,對研究公路橋梁抗震鑒定有一定的參考價值［3－6]。

然而,國內(nèi)在建筑行業(yè)和鐵路行業(yè)有結(jié)構(gòu)抗震鑒定規(guī)范［7－8],公路橋梁仍無相應(yīng)的抗震鑒定規(guī)范。為此,本文在文獻(xiàn)［9]的基礎(chǔ)上,參考國內(nèi)外建筑、公路和鐵路行業(yè)相關(guān)的抗震鑒定規(guī)范及文獻(xiàn)［10],將基于模糊層次分析法的公路梁式橋震害預(yù)測方法引入初步篩選的工作中［11－13],分初步篩選、一級鑒定和二級鑒定等3個步驟,提出適用于中國在役公路混凝土梁式橋的抗震性能鑒定流程。

1　橋抗震性能鑒定概述

文獻(xiàn)［9－10]給出了不同重要性橋梁對應(yīng)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期。對于使用時間較長甚至接近設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期的橋梁,若仍按新建橋梁的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)作為橋梁設(shè)防目標(biāo),會存在施工困難、費(fèi)用昂貴等問題。故以剩余使用壽命為設(shè)計(jì)壽命的20%為標(biāo)準(zhǔn),建議當(dāng)橋梁使用年限接近設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期時,可降低一級重要性等級［2],如表1所示。

按照文獻(xiàn)［9]規(guī)定的設(shè)防目標(biāo)及“三水準(zhǔn)”要求進(jìn)行相應(yīng)等級的鑒定,本文所建議的鑒定流程圖適用于抗震設(shè)防加速度為0.05g、0.10g、0.15g、0.20g、0.30g和0.40g(g為重力加速度,g =9.8 m/s2)地區(qū)的公路混凝土梁式橋(包括有抗震設(shè)計(jì)和無抗震設(shè)計(jì),若按文獻(xiàn)［14]設(shè)計(jì)的橋梁,由于其部分設(shè)計(jì)研究理論不完善,所以也應(yīng)列入鑒定范圍)。

當(dāng)既有公路混凝土梁式橋所在地區(qū)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)提高、運(yùn)營過程中各種原因(包括地震、洪水等)造成影響抗震性能的病害時,也應(yīng)按該鑒定流程進(jìn)行鑒定,采用文獻(xiàn)［9]設(shè)計(jì)建造橋梁,無需鑒定。鑒定流程如圖1所示。

表1　橋梁重要性調(diào)整方法

2　抗震性能鑒定級別確定

2.1公路混凝土梁式橋資料調(diào)查

公路混凝土梁式橋基本情況調(diào)查分為基本資料調(diào)查和橋梁現(xiàn)狀詳細(xì)調(diào)查,其中基本資料調(diào)查是確定鑒定類別和初步篩選的基礎(chǔ),基本資料越詳實(shí)則鑒定工作效率越高。

1)橋梁基本資料調(diào)查。指對橋梁設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、養(yǎng)護(hù)及維修加固、橋址水文地質(zhì)狀況及其他歷史資料進(jìn)行全面了解,還可包括橋梁的動力測試等有關(guān)資料。同時為了方便數(shù)據(jù)查找,必須建立橋梁鑒定數(shù)據(jù)庫,可按表2填寫橋梁抗震調(diào)查表,將相應(yīng)圖紙、文字資料統(tǒng)一歸類。

2)橋梁現(xiàn)狀詳細(xì)調(diào)查。當(dāng)確定橋梁需要進(jìn)行二級鑒定時,需要現(xiàn)場對橋梁現(xiàn)狀進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查,主要包括:橋墩、臺基礎(chǔ)沖刷深度及河床變化情況;橋梁、臺基礎(chǔ)及地質(zhì)情況不明時,可進(jìn)行必要的勘探和試驗(yàn),查明地基巖(土)的物理力學(xué)性質(zhì);采用回彈儀、拉拔儀、超聲波無損檢測設(shè)備等對橋墩、臺混凝土強(qiáng)度進(jìn)行評定,必要時現(xiàn)場取芯實(shí)測;對石砌橋墩、臺,應(yīng)檢查灰縫及石料強(qiáng)度是否滿足設(shè)計(jì)要求;在橋梁基本資料的基礎(chǔ)上,結(jié)合現(xiàn)場實(shí)測,掌握結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)的現(xiàn)狀。

2.2評定橋梁鑒定分類

根據(jù)收集到的橋梁初步資料,按文獻(xiàn)［9]確定抗震設(shè)防類別和設(shè)防措施等級,按照待鑒定橋梁的位置、規(guī)模、抗震設(shè)防水平及重要程度等條件將工作級別劃分為I級(專門研究)、Ⅱ級(需要鑒定)、Ⅲ級(無需鑒定),抗震性能評價工作級別的界定按照文獻(xiàn)［10]規(guī)定的項(xiàng)目進(jìn)行。橋梁設(shè)防類別與震害等級關(guān)系如表3所示。

對需要進(jìn)行抗震評估的橋梁,按第一級鑒定內(nèi)容進(jìn)行橋梁抗震性能鑒定,對需要進(jìn)行第二級鑒定的橋梁,按鑒定的評估結(jié)果和線路重要性,確定抗震鑒定的優(yōu)先順序。

2.3橋梁的初步篩選

盡管經(jīng)過工作類別的鑒定排除了一部分待鑒定的橋梁,但是剩余橋梁的數(shù)量仍十分龐大,所以必須對橋梁進(jìn)行初步篩選,以確定需要進(jìn)行一級鑒定的橋梁。初步篩選采用基于模糊層次分析的評估法,依據(jù)文獻(xiàn)［9]關(guān)于各設(shè)防類別橋梁的抗震設(shè)防目標(biāo)的規(guī)定,確定評估標(biāo)準(zhǔn)。相應(yīng)震害等級如表3所示,根據(jù)該表可以制定橋梁初步篩選的界定表,如表4～7所示。

根據(jù)基于模糊層次分析的評估法預(yù)測橋梁在不同烈度下的震害等級,當(dāng)評估結(jié)果低于表4的震害等級時,認(rèn)定橋梁抗震性能滿足要求,不需要進(jìn)行第一級鑒定,否則應(yīng)進(jìn)一步驗(yàn)算橋梁的抗震性能。

圖1　公路混凝土梁式橋抗震鑒定流程

3　抗震性能鑒定

3.1第一級鑒定

第一級鑒定,以宏觀控制和構(gòu)造鑒定為主進(jìn)行綜合評價。參照文獻(xiàn)［9],對6～9度區(qū)公路混凝土梁式橋抗震措施進(jìn)行檢查,限于篇幅,此處不做贅述。

一級評價的結(jié)果類別劃分為: a級(各項(xiàng)目評價結(jié)果都為良好)、b級(各項(xiàng)目評價結(jié)果都為較好以上)、c級(關(guān)鍵項(xiàng)目,如設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)、場地情況等評價結(jié)果為較好以上,其余項(xiàng)目定性評價結(jié)果為較差以上)、d級(除以上情況外)4類［10]。

表2　橋梁抗震調(diào)查表

表3　橋梁設(shè)防類別與震害等級關(guān)系

公路混凝土梁式橋按表8進(jìn)行鑒定,若橋梁評估結(jié)果為a級,則通過鑒定,其余評估結(jié)果需要進(jìn)行第二級鑒定。對于需要進(jìn)行第二級鑒定的橋梁,由于數(shù)量多、鑒定工作量大,必須確定橋梁鑒定優(yōu)先順序。排列順序主要考慮橋梁設(shè)防類別和一級鑒定結(jié)果,橋梁設(shè)防類別A～D分別取值4、3、2、1,一級評估結(jié)果d～b級分別取值2.5、1.5、1,按兩項(xiàng)乘積的值由大到小排列,數(shù)值越大則需優(yōu)先加固。

表4　A類設(shè)防橋梁初步篩選標(biāo)準(zhǔn)

表5　B類設(shè)防橋梁初步篩選標(biāo)準(zhǔn)

表6　C類設(shè)防橋梁初步篩選標(biāo)準(zhǔn)

表7　D類設(shè)防橋梁初步篩選標(biāo)準(zhǔn)

表8　第一級鑒定項(xiàng)目劃分及評價結(jié)果分類表

3.2第二級鑒定

第二級鑒定主要是對橋梁結(jié)構(gòu)各部位的抗震性能進(jìn)行鑒定,評價內(nèi)容包括:場地液化可能性評價,地基、基礎(chǔ)抗震性能評價,橋臺抗震性能評價,橋墩抗震性能評價,梁部抗震性能評價,支座、伸縮縫抗震性能評價等6部分。各項(xiàng)目評價的結(jié)果分四級:甲級(不低于現(xiàn)行規(guī)范要求)、乙級(略低于現(xiàn)行規(guī)范要求)、丙級(不符合現(xiàn)行規(guī)范要求)、丁級(嚴(yán)重不符合現(xiàn)行規(guī)范要求)?；谝陨显u價結(jié)果,二級評價的結(jié)果類別劃分為a級(各項(xiàng)目評價結(jié)果都為甲級)、b級(各項(xiàng)目評價結(jié)果都為乙級以上)、c級(關(guān)鍵項(xiàng)目評價結(jié)果為乙級以上,其余項(xiàng)目評價結(jié)果為丙級以上)、d級(除以上情況外)四級。

橋梁結(jié)構(gòu)抗震性能鑒定主要參照文獻(xiàn)［9－10],計(jì)算既有橋梁的各個構(gòu)件在對應(yīng)評價地震水平下的抗震能力與地震需求的比K,K≥1表明該構(gòu)件在該水準(zhǔn)地震作用下不會發(fā)生破壞,K＜1表明該構(gòu)件在該水準(zhǔn)地震作用下,可能發(fā)生破壞。從結(jié)構(gòu)中最小的K開始,調(diào)查每一個K＜1的構(gòu)件,評價該構(gòu)件的破壞對整個結(jié)構(gòu)抗震性能的影響,從而確定評價結(jié)果類別。

如果某構(gòu)件的破壞導(dǎo)致不可接受的后果,經(jīng)加固后的構(gòu)件滿足了抗震性能,這時仍需對整個橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行重新評價。當(dāng)加固好的構(gòu)件改變了結(jié)構(gòu)其他構(gòu)件的響應(yīng),也必須對其進(jìn)行重新評價,重新計(jì)算各構(gòu)件的K值,重新評價各構(gòu)件的抗震性能。

限于篇幅,下文僅以橋墩為例,參照文獻(xiàn)［10],詳述其抗震性能鑒定過程。

1)橋墩彎曲強(qiáng)度的降低可能由于縱筋在承臺或蓋梁中錨固不足、縱筋搭接破壞、箍筋約束不足使混凝土被壓碎或縱筋發(fā)生屈曲破壞所至。當(dāng)評價橋梁時,應(yīng)計(jì)算這些破壞模式對應(yīng)的橋墩、柱的K,并應(yīng)評價其對整個橋梁結(jié)構(gòu)整體抗震性能的影響。橋墩彎曲強(qiáng)度計(jì)算可根據(jù)相關(guān)規(guī)范公式進(jìn)行,宜根據(jù)現(xiàn)場獲得的檢測材料數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。

2)對橋墩的抗剪進(jìn)行評價,計(jì)算橋墩、柱對應(yīng)的抗剪能力與地震需求的比值,并應(yīng)評價其對整個橋梁結(jié)構(gòu)整體抗震性能的影響。參照文獻(xiàn)［10]的公式(4－9)～(4－12),宜根據(jù)現(xiàn)場獲得的檢測材料數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。

3)對橋墩、柱的破壞對橋梁結(jié)構(gòu)其他部位的累積影響進(jìn)行評價,每一種破壞對結(jié)構(gòu)整體抗震能力的影響應(yīng)按其出現(xiàn)的先后順序進(jìn)行評價。橋墩構(gòu)件延性能力計(jì)算參照文獻(xiàn)［9]相關(guān)公式計(jì)算。

4)根據(jù)K及某項(xiàng)能力不滿足地震需求時對橋梁結(jié)構(gòu)整體抗震性能的影響,確定項(xiàng)目評價結(jié)果。分為:甲級(所有項(xiàng)目K≥1)、乙級(大多數(shù)項(xiàng)目K≥1,個別項(xiàng)目0.95≤K＜1,且項(xiàng)目能力不足對整體抗震性能影響較小)、丙級(多數(shù)項(xiàng)目K≥0.95,少數(shù)項(xiàng)目0.90≤K＜0.95,且項(xiàng)目能力不足對整體抗震性能造成一定影響)、丁級(出現(xiàn)項(xiàng)目K＜0.9)。

3.3鑒定報(bào)告

為詳細(xì)記錄橋梁的整個評估過程,方便了解其實(shí)際的抗震性能,鑒定報(bào)告應(yīng)包括:橋梁的工程概況,評價目的、范圍和內(nèi)容,檢查、分析、評定的過程和結(jié)果,結(jié)論與建議,附錄包括圖紙、計(jì)算等5部分的內(nèi)容。詳細(xì)的鑒定報(bào)告格式見表9。

4　結(jié)語

1)基于現(xiàn)有各行業(yè)的結(jié)構(gòu)物抗震性能鑒定規(guī)范,根據(jù)不同設(shè)防類別橋梁的使用年限適當(dāng)調(diào)整設(shè)防目標(biāo),并結(jié)合交通部西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目的研究成果和美國抗震鑒定指南,引入基于模糊層次法的公路混凝土梁式橋震害預(yù)測方法,提出適用于公路混凝土梁式橋抗震性能三級鑒定的流程的建議。

2)利用基于模糊層次分析的震害預(yù)測法對待鑒定橋梁進(jìn)行初步篩選,并對未能通過第一級鑒定的橋梁進(jìn)行優(yōu)先排序。第二級鑒定主要從場地液化、地基基礎(chǔ)、橋臺、橋墩、梁部、支座和伸縮縫等方面進(jìn)行抗震性能鑒定。根據(jù)橋梁抗震鑒定情況,可依本文給出橋梁抗震鑒定記錄的報(bào)告格式,對鑒定過程及結(jié)果進(jìn)行記錄。

3)本文對需要進(jìn)行二級抗震鑒定的橋梁的優(yōu)選排序,采用直接賦值法,以確定鑒定順序,具有一定的主觀性,更為科學(xué)的優(yōu)先排序方法還有待進(jìn)一步的深入研究。

4)國內(nèi)應(yīng)進(jìn)一步重視和完善目前的橋梁震害資料數(shù)據(jù)庫,包括橋梁的基本設(shè)計(jì)參數(shù)、震害現(xiàn)象描述和震害等級,才能更好地開展橋梁震害預(yù)測方法的研究。

表9　公路混凝土梁式橋抗震性能鑒定報(bào)告

參考文獻(xiàn):

［1]BUCKLE I G,FRIEDLAND I M.Seismic retrofitting manual for highway bridges［M].Washington,D.C.,US: Federal Highway Administration,US Department of Transportation,1995:1－36.

［2]American National Highway and Transportation Officials Association.TF－32—2002 Standard specification for highway bridges［S].Washington D C US: American National Highway and Transportation Officials Association,2002.

［3]楊海榮,鄭琦.日本公路橋的抗震鑒定和加固［J].國外橋梁,1997(2): 69－77.

［4]鄧瑋琳,袁玲,王云龍.日本橋規(guī)中的抗震性能［J].中國市政工程,2004(4):29－31.

［5]鄧瑋琳,王云龍.日本橋梁結(jié)構(gòu)的兩階段抗震設(shè)計(jì)法［J].上海建設(shè)科技,2003(6):26－27.

［6]王占飛,王博,于保陽.現(xiàn)行日本高速道路橋梁性能抗震設(shè)計(jì)［J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì),2008(8):50－52.

［7]中華人民共和國建設(shè)部.GB50023—2009建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)［S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2009.

［8]鐵道部第一勘測設(shè)計(jì)院.TB10116—1999鐵路橋梁抗震鑒定與加固技術(shù)規(guī)范［S].北京:中國鐵道出版社,1999.

［9]重慶交通科研設(shè)計(jì)院.JTGTB02－01—2008公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則［S].北京:人民交通出版社,2008.

［10]交通部西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目管理中心.震后橋梁調(diào)查、檢測方法指南［M].北京:人民交通出版社,2010.

［11]張吉軍.模糊層次分析法(FAHP)［J].模糊系統(tǒng)與數(shù)學(xué),2000,14(2):80－88.

［12]孫穎,邢文杰,游福科.基于模糊層次分析法的公路梁式橋地震震害預(yù)測研究［J].福州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013,41(4):776－781.

［13]李利.城市建筑物震害及震害經(jīng)濟(jì)損失預(yù)測方法研究［D].大連:大連理工大學(xué),2009.

［14]交通部公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院.JTJ 004—89公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S].北京:人民交通出版社,1989.

(責(zé)任編輯:郎偉鋒)

Study on Seismic Performance Identification for In-Service Highway Concrete Beam Bridge

HE Yanqing1,WEI Yan2
(1.Zhicheng College,Fuzhou University,Fuzhou 350000,China;
2.Xiamen Institute of Technology,Xiamen 361021,China)

Abstract:Based on Highway Bridge Seismic Design Conditions,and existing buildings and railway seismic identification codes home and abroad and highway bridge seismic performance assessment and seismic strengthening technical guide used for reference,this paper introduces the highway girder bridge seismic damage prediction method which is built on the basis of fuzzy analytical hierarchy process into preliminary screening work,classifying three steps such as preliminary screening,identification I and identification II.Then,it puts forward some suggestions for the highway concrete beam bridge seismic performance identification,which is suitable for the area where seismic accelerations are 0. 05g / 0. 10g / 0. 15g / 0. 20g / 0. 30g and 0.40g.Finally,it provides the report format of the bridge seismic appraisal record,which is used to write down the identification processes and results.

Key words:bridge engineering; seismic performance identification; fuzzy analytical hierarchy process; highway beam bridge

作者簡介:何燕清(1988—),女,福建寧德人,助教,主要研究方向?yàn)橥凉?shù)值分析.

收稿日期:2015－05－12

DOI:10.3969/j.issn.1672－0032.2015.03.010

文章編號:1672－0032(2015)03－0043－06

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

中圖分類號:U448.210.3