本發(fā)明屬于實(shí)際營運(yùn)中的橋梁結(jié)構(gòu)損傷診斷領(lǐng)域，特別涉及維修狀態(tài)下橋梁技術(shù)狀態(tài)劣化評估方法。

背景技術(shù)：

橋梁是交通線的控制性節(jié)點(diǎn)工程，橋梁的良好運(yùn)營關(guān)乎一方的交通順暢與經(jīng)濟(jì)發(fā)展，橋梁檢測是橋梁運(yùn)營管理的主要環(huán)節(jié)之一，橋梁技術(shù)狀態(tài)評定作為橋梁檢測的重要組成部分，是橋梁運(yùn)行狀態(tài)養(yǎng)護(hù)維修的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和重要依據(jù)。目前，橋梁技術(shù)狀態(tài)評定理論和方法，仍處于不斷發(fā)展和完善的階段，現(xiàn)行的橋梁技術(shù)狀態(tài)評定方法仍存在一定的局限性，主觀經(jīng)驗(yàn)對橋梁技術(shù)狀態(tài)評定結(jié)果影響較大。對于建立完善的橋梁技術(shù)狀態(tài)評定指標(biāo)體系、分配合理的指標(biāo)權(quán)重、劃分合理的評定等級(jí)、提出科學(xué)的綜合評定方法等橋梁技術(shù)狀態(tài)評定體系的研究亟須開展，并且具有很強(qiáng)的理論意義與工程使用價(jià)值。因此，為了發(fā)揮橋梁的功能及延長使用壽命，有必要及時(shí)對橋梁進(jìn)行維護(hù)、維修或加固，對橋梁技術(shù)狀態(tài)劣化進(jìn)行評估。

然而，當(dāng)橋梁營運(yùn)使用一段時(shí)間后，由于橋梁結(jié)構(gòu)材料老化、自然界環(huán)境的侵蝕、車輛荷載的綜合作用，橋梁的技術(shù)狀態(tài)必會(huì)下降，當(dāng)橋梁技術(shù)狀態(tài)劣化到一定程度后，為發(fā)揮橋梁的功能及延長橋梁的使用壽命，就有必要及時(shí)對橋梁進(jìn)行維護(hù)、維修或加固。橋梁維修加固后，其技術(shù)狀態(tài)必定有一定程度的提升，橋梁技術(shù)狀態(tài)等級(jí)也會(huì)相應(yīng)的提高。目前的橋梁技術(shù)狀態(tài)評定方法手段還不能全面地確定橋梁技術(shù)狀態(tài)劣化模型、橋梁技術(shù)狀態(tài)劣化的時(shí)間、橋梁統(tǒng)計(jì)使用壽命等因素。因此，基于上述因素如何建立一種簡單有效的維修狀態(tài)下橋梁技術(shù)狀態(tài)的劣化評估方法具有十分重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決橋梁技術(shù)狀態(tài)評定不能全面地確定橋梁技術(shù)狀態(tài)劣化模型、橋梁技術(shù)狀態(tài)劣化的時(shí)間、橋梁統(tǒng)計(jì)使用壽命等因素，現(xiàn)提供一種維修狀態(tài)下橋梁技術(shù)狀態(tài)的劣化評估方法。

維修狀態(tài)下橋梁技術(shù)狀態(tài)劣化評估方法，該方法包括以下步驟：

步驟一：采集橋梁技術(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)，確定橋梁營運(yùn)k年后的技術(shù)狀態(tài)；步驟二：利用步驟一采集的數(shù)據(jù)建立劣化狀態(tài)模型；步驟三：確定自然狀態(tài)下橋梁技術(shù)狀態(tài)劣化模型，以該模型建立橋梁維修改造的劣化模型；步驟四：為了提高檢測精度，引入?yún)?shù)建立橋梁維修改造后的狀態(tài)劣化模型；步驟五：利用步驟四建立的狀態(tài)劣化模型對維修后的橋梁技術(shù)劣化情況進(jìn)行模擬，得出橋梁技術(shù)狀態(tài)衰減率、橋梁初始劣化時(shí)間、技術(shù)狀態(tài)劣化曲線，在橋梁相應(yīng)的壽命區(qū)間及時(shí)間節(jié)點(diǎn)對其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)、維修及加固。

步驟二所述建立劣化狀態(tài)模型的方法為：

(1)首先建立指數(shù)形式變化的非線性函數(shù)表達(dá)式

α＝max{d(2)-d(1),d(3)-d(2),...,d(n-1)-d(n)}

dc為橋梁建成時(shí)的技術(shù)狀態(tài)評分；nc表示橋梁技術(shù)狀態(tài)無劣化的時(shí)間長度，以年為單位；nd表示同類型橋梁統(tǒng)計(jì)使用壽命；n表示橋梁營運(yùn)使用時(shí)間，參數(shù)λ為劣化模型中的待定系數(shù)，α為使用時(shí)間n年期間的平均劣化率。a與橋梁技術(shù)狀態(tài)劣化最大衰減率α有關(guān)，a與α取值關(guān)系見表1，可根據(jù)表1進(jìn)行插值計(jì)算，

(2)設(shè)某橋梁建成時(shí)橋梁技術(shù)狀態(tài)為dc，該橋梁營運(yùn)使用年k后橋梁技術(shù)狀態(tài)變?yōu)閐(k)，建立數(shù)學(xué)模型,其中，若第k年進(jìn)行了第1次維修、加固，若當(dāng)年完成維修，完成后橋梁技術(shù)狀態(tài)為d1(k)，若次年完成維修，維修后橋梁技術(shù)狀態(tài)為d1(k+1)；同理，橋梁營運(yùn)使用m年時(shí)進(jìn)行了第i次維修或加固，若當(dāng)年完成維修，完成后橋梁技術(shù)狀態(tài)為di(m)，若次年完成維修，維修后橋梁技術(shù)狀態(tài)為di(m+1)，

根據(jù)以下兩個(gè)原則判定橋梁技術(shù)狀態(tài)：a、一般情況下，維修、加固后的橋梁技術(shù)狀態(tài)不應(yīng)好于或優(yōu)于建成之初的橋梁技術(shù)狀態(tài)；b、在正常投入資金、常規(guī)維修或加固技術(shù)手段情況下，維修、加固后的橋梁技術(shù)狀態(tài)不應(yīng)優(yōu)于上次維修、加固完成后的橋梁技術(shù)狀態(tài)。則有：

dc＞d1(k)＞d2(l)＞....＞di(m)或

dc＞d1(k+1)＞d2(l+1)＞....＞di(m+1)；(3)

d1(k)＝d1(k+1)＞d(k)；

d2(l)＝d2(l+1)＞d(l)；

...

di(m)＝di(m+1)＞d(m)；

其中k、l、m均為大于1的自然整數(shù)，且滿足k>l>m，

(3)橋梁歷次維修改造后的橋梁技術(shù)狀態(tài)di(m)或di(m+1)，應(yīng)經(jīng)過詳細(xì)的橋梁調(diào)查、檢測后評定確定。若不考慮維修改造的具體時(shí)間效應(yīng)，以年為單位，考慮改造前后技術(shù)狀態(tài)的變化量，第i次維修改造對橋梁技術(shù)狀態(tài)的提升采用δdi表示，則有：

δdi＝di(m+1)-d(m)(4)

δdi＝di(m)-d(m)(5)

步驟三所述的確定自然狀態(tài)下橋梁技術(shù)狀態(tài)劣化模型，以該模型建立橋梁維修改造的劣化模型的方法為：

步驟四所述引入?yún)?shù)建立橋梁技術(shù)狀態(tài)劣化模型方法為：

(1)調(diào)整參數(shù)λn及an可實(shí)現(xiàn)所需要的橋梁技術(shù)狀態(tài)劣化的衰減率α及技術(shù)狀態(tài)初始劣化時(shí)間n′c；

(2)引入?yún)?shù)βi，把變化為

(3)變換當(dāng)年完成橋梁維修改造的橋梁技術(shù)狀態(tài)劣化模型，建立橋梁維修改造后技術(shù)狀態(tài)劣化模式：

步驟五：利用步驟四建立的狀態(tài)劣化模型對維修后的橋梁技術(shù)劣化情況進(jìn)行模擬，得出橋梁技術(shù)狀態(tài)衰減率、橋梁初始劣化時(shí)間、技術(shù)狀態(tài)劣化曲線，在橋梁相應(yīng)的壽命區(qū)間及時(shí)間節(jié)點(diǎn)對其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)、維修及加固。

上述所有公式中，dc為橋梁建成時(shí)的技術(shù)狀態(tài)評分；nc表示橋梁技術(shù)狀態(tài)無劣化的時(shí)間長度，以年為單位；nd表示同類型橋梁統(tǒng)計(jì)使用壽命；n表示橋梁營運(yùn)使用時(shí)間，冪次ai為劣化模型中的待定系數(shù)，參數(shù)λ為劣化模型中的待定系數(shù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的維修狀態(tài)下橋梁技術(shù)狀態(tài)劣化評估方法中的流程圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中某橋鋼桁架鐵路橋結(jié)構(gòu)示意圖

具體實(shí)施方式

參照附圖1-附圖2具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的維修狀態(tài)下橋梁技術(shù)狀態(tài)的劣化評估方法，該方法包括以下步驟：

步驟一：采集橋梁技術(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)，確定橋梁營運(yùn)k年后的技術(shù)狀態(tài)；步驟二：利用步驟一采集的數(shù)據(jù)建立劣化狀態(tài)模型；步驟三：確定自然狀態(tài)下橋梁技術(shù)狀態(tài)劣化模型，以該模型建立橋梁維修改造的劣化模型；步驟四：為了提高檢測精度，引入一參數(shù)建立橋梁維修改造后的狀態(tài)劣化模型；步驟五：利用步驟四建立的狀態(tài)劣化模型對維修后的橋梁技術(shù)劣化情況進(jìn)行模擬，得出橋梁技術(shù)狀態(tài)衰減率、橋梁初始劣化時(shí)間、技術(shù)狀態(tài)劣化曲線，然后在橋梁相應(yīng)的壽命區(qū)間及時(shí)間節(jié)點(diǎn)對其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)、維修及加固。

步驟二所述建立劣化狀態(tài)模型的方法為：

(1)首先建立指數(shù)形式變化的非線性函數(shù)表達(dá)式

α＝max{d(2)-d(1),d(3)-d(2),...,d(n-1)-d(n)}

dc為橋梁建成時(shí)的技術(shù)狀態(tài)評分；nc表示橋梁技術(shù)狀態(tài)無劣化的時(shí)間長度，以年為單位；nd表示同類型橋梁統(tǒng)計(jì)使用壽命；n表示橋梁營運(yùn)使用時(shí)間，參數(shù)λ為劣化模型中的待定系數(shù)，α為使用時(shí)間n年期間的平均劣化率。a與橋梁技術(shù)狀態(tài)劣化最大衰減率α有關(guān)，a與α取值關(guān)系見表1，可根據(jù)表1進(jìn)行插值計(jì)算。

表1橋梁統(tǒng)計(jì)使用壽命nd、冪次a與橋梁技術(shù)狀態(tài)劣化衰減率α關(guān)系表

(2)設(shè)某橋梁建成時(shí)橋梁技術(shù)狀態(tài)為dc，該橋梁營運(yùn)使用年k后橋梁技術(shù)狀態(tài)變?yōu)閐(k)，建立數(shù)學(xué)模型；若第k年進(jìn)行了第1次成規(guī)模維修、加固，若當(dāng)年完成維修，完成后橋梁技術(shù)狀態(tài)為，若次年完成維修d1(k)，維修后橋梁技術(shù)狀態(tài)為d1(k+1)；同理，橋梁營運(yùn)使用m年時(shí)進(jìn)行了第i次成規(guī)模的維修或加固，若當(dāng)年完成維修，完成后橋梁技術(shù)狀態(tài)為di(m)，若次年完成維修，維修后橋梁技術(shù)狀態(tài)為di(m+1)。

根據(jù)以下兩個(gè)原則判定橋梁技術(shù)狀態(tài)：

a、一般情況下，維修、加固后的橋梁技術(shù)狀態(tài)不應(yīng)好于或優(yōu)于建成之初的橋梁技術(shù)狀態(tài)；b、在正常投入資金、常規(guī)維修或加固技術(shù)手段情況下，維修、加固后的橋梁技術(shù)狀態(tài)不應(yīng)優(yōu)于上次維修、加固完成后的橋梁技術(shù)狀態(tài)，則有：

dc＞d1(k)＞d2(l)＞....＞di(m)或

dc＞d1(k+1)＞d2(l+1)＞....＞di(m+1)；(3)

d1(k)＝d1(k+1)＞d(k)；

d2(l)＝d2(l+1)＞d(l)；

...

di(m)＝di(m+1)＞d(m)；

其中k、l、m均為大于1的自然整數(shù)，且滿足k>l>m。

(3)橋梁歷次維修改造后的橋梁技術(shù)狀態(tài)di(m)或di(m+1)，應(yīng)經(jīng)過詳細(xì)的橋梁調(diào)查、檢測后評定確定。若不考慮維修改造的具體時(shí)間效應(yīng)，僅以年為單位，考慮改造前后技術(shù)狀態(tài)的變化量，第i次維修改造對橋梁技術(shù)狀態(tài)的提升采用δdi表示，則有：

δdi＝di(m+1)-d(m)(4)

δdi＝di(m)-d(m)(5)

建立當(dāng)年完成橋梁維修改造的橋梁技術(shù)狀態(tài)劣化模型為：

上式中λ、λ1、λ2、…、λn-1、λn取值均大于0，一種情況下λ、λ1、λ2、…、λn-1、λn取值相等或近似相等，a、a1、a2、…、an-1、an取值均大于0且取值相等或近似相等。當(dāng)采用有革新意義的新材料或新技術(shù)時(shí)：

(1)λn-1＞λn；

(2)當(dāng)an-1的取值位于a-α關(guān)系型曲線上肢時(shí)，an-1>an；

(3)當(dāng)an-1的取值位于a-α關(guān)系型曲線下肢時(shí)，an-1<an；

(4)當(dāng)an-1的取值位于a-α關(guān)系型曲線左端時(shí)，an-1＝an。

步驟四所述引入?yún)?shù)建立橋梁技術(shù)狀態(tài)劣化模型為：

(1)調(diào)整參數(shù)λn及an可實(shí)現(xiàn)所需要的橋梁技術(shù)狀態(tài)劣化的衰減率α及技術(shù)狀態(tài)初始劣化時(shí)間nc′；

(2)引入?yún)?shù)βi，把變化為

(3)變換當(dāng)年完成橋梁維修改造的橋梁技術(shù)狀態(tài)劣化模型，建立橋梁維修改造后技術(shù)狀態(tài)劣化模式：

步驟五：利用步驟四建立的狀態(tài)劣化模型對維修后的橋梁技術(shù)劣化情況進(jìn)行模擬，得出橋梁技術(shù)狀態(tài)衰減率、橋梁初始劣化時(shí)間、技術(shù)狀態(tài)劣化曲線，在橋梁相應(yīng)的壽命區(qū)間及時(shí)間節(jié)點(diǎn)對其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)、維修及加固。

上述所有公式中，dc為橋梁建成時(shí)的技術(shù)狀態(tài)評分；nc表示橋梁技術(shù)狀態(tài)無劣化的時(shí)間長度，以年為單位；nd表示同類型橋梁統(tǒng)計(jì)使用壽命；n表示橋梁營運(yùn)使用時(shí)間，冪次ai為劣化模型中的待定系數(shù)，參數(shù)λ為劣化模型中的待定系數(shù)。

某橋鋼桁架鐵路橋建造于1936年，該橋全長為106.4m，上部結(jié)構(gòu)為2×50m的鋼桁架梁，箱梁頂寬度為7m，箱梁底部寬度為8m，梁高6.5m，箱梁橫截面見附圖2所示。該橋梁經(jīng)歷的3次維修改造，橋梁分別營運(yùn)了31年、55年和76年進(jìn)行了3次維修改造，檢測評定時(shí)間分別為1967年、1991年、2012年。利用本發(fā)明提出的式(8)模型對該橋的實(shí)際劣化模型進(jìn)行擬合。取該鐵路橋的橋梁統(tǒng)計(jì)使用壽命設(shè)計(jì)100年，由表1取橋梁統(tǒng)計(jì)使用壽命nd＝100，冪次a＝a1＝a2＝a3＝2.5，由公式(4)、(5)得橋梁技術(shù)狀態(tài)變化量δd1＝26.52，δd2＝19.46，δd3＝19.31，由公式(7)得β1＝0.85，β2＝0.80，β3＝0.85，由公式(6)確定技術(shù)狀態(tài)評分結(jié)果d(1)＝dc＝90，d(2)＝80，d(3)＝68，評定時(shí)間及評定結(jié)果如表2所示，該橋梁技術(shù)狀況劣化曲線見附圖2所示，由附圖2可觀察到運(yùn)營31年后、55年后、76年該鋼桁架鐵路橋技術(shù)狀態(tài)的都低于60分，由本發(fā)明提供的評估方法需要進(jìn)行維修加固，技術(shù)狀態(tài)評分結(jié)果d(1)＝dc＝90，d(2)＝80，d(3)＝68，得到橋梁技術(shù)狀態(tài)劣化曲線的變化圖，該曲線接近實(shí)際橋梁技術(shù)狀態(tài)的變化，為后續(xù)橋梁維修加固提供依據(jù)。

表2評定時(shí)間及技術(shù)狀態(tài)評定結(jié)果