本發(fā)明屬于橋梁檢測(cè)、評(píng)定、養(yǎng)護(hù)領(lǐng)域，尤其涉及基于前一年技術(shù)狀態(tài)的改進(jìn)型橋梁劣化評(píng)估方法。

背景技術(shù)：

橋梁都經(jīng)歷著建設(shè)、服役、功能退化、報(bào)廢的過(guò)程。在使用過(guò)程中，隨著時(shí)間推移，在內(nèi)部或外部、或的不利因素作用下，將發(fā)生材料的老化與結(jié)構(gòu)損傷，這種損傷的積累將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性能劣化，可靠性降低，在不維修加固的情況下，它的功能必然會(huì)加速衰退。由于橋梁由鋼和砼等基本材料構(gòu)成，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)于新建和在役的橋梁，其劣化有相似的規(guī)律，研究預(yù)測(cè)橋梁將來(lái)的可靠性與狀態(tài)顯得十分重要。為了能更好的預(yù)測(cè)橋梁服役狀態(tài)和剩余壽命，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的可靠度劣化模型進(jìn)行了研究，但有關(guān)橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)狀態(tài)劣化模型的資料及文獻(xiàn)還比較少。

如《中外公路》期刊上公開發(fā)表的論文“混凝土橋梁劣化模型研究”針對(duì)混凝土橋梁結(jié)構(gòu)，結(jié)合生效函數(shù)建立了兩段、三段線性劣化模型、n段線性與非線性劣化模型，結(jié)合我國(guó)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)分析給出了其中的參數(shù)取值，無(wú)維修時(shí)基本兩階段非線性模型表達(dá)式見式(1)。

β(t)＝βo-α(t-ti)f(ti)(1)

式(1)中：βo為橋梁結(jié)構(gòu)建成初的可靠度；ti為橋梁結(jié)構(gòu)開始劣化的時(shí)間，以年為單位；α為橋梁結(jié)構(gòu)無(wú)維修時(shí)的結(jié)構(gòu)可靠度劣化率。該橋梁的劣化模型使維修決策工作變得更加簡(jiǎn)明、方便。

如《世界橋梁》期刊上公開發(fā)表的論文“基于性能劣化分析的鋼橋維護(hù)策略優(yōu)化研究”綜合考慮了環(huán)境、荷載等影響因素，用可靠度指標(biāo)、狀態(tài)指標(biāo)表示橋梁技術(shù)狀態(tài)，引入改進(jìn)的logistic動(dòng)態(tài)粒子群優(yōu)化算法、monte-carlo模擬，提出橋梁服役過(guò)程中，可靠指標(biāo)、狀態(tài)指標(biāo)的一次及二次非線性劣化模型，建立橋梁結(jié)構(gòu)時(shí)變可靠度指標(biāo)計(jì)算模型式(2)：

式(2)中：βo為橋梁結(jié)構(gòu)建成初的可靠度，ti為橋梁結(jié)構(gòu)開始劣化的時(shí)間，以年為單位；ei為環(huán)境影響系數(shù)，se為等效損傷系數(shù)；α1為根據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)及交通量發(fā)展?fàn)顩r確定的可靠度指標(biāo)損傷累積系數(shù)。

如《鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào)》期刊上公開發(fā)表的論文“劣化橋梁概率維護(hù)模型和維護(hù)方案成本優(yōu)化研究”中建立了如下橋梁技術(shù)狀態(tài)指標(biāo)的非線性模型：

式(3)中：co為橋梁結(jié)構(gòu)建成初始狀態(tài)指標(biāo)；tci為橋梁狀態(tài)指標(biāo)開始劣化時(shí)間，以年為單位；α2為橋梁結(jié)構(gòu)劣化率。

上述模型不僅可用于新建成的橋梁，亦可用于服役多年的舊橋，但其劣化模型估值與實(shí)際值偏差較大，使得評(píng)估工作準(zhǔn)確度和可信度不夠高。為了對(duì)進(jìn)行橋梁技術(shù)狀態(tài)準(zhǔn)確評(píng)估及預(yù)測(cè)，可以有針對(duì)性的對(duì)橋梁進(jìn)行檢測(cè)、養(yǎng)護(hù)、維修及加固，做到人力、物力資源有的放矢，保證維修、加固、改造規(guī)模的合理性，使橋梁保持良好的技術(shù)狀態(tài)，并一定程度上延長(zhǎng)橋梁的使用壽命，這對(duì)于橋梁安全壽命、可持續(xù)運(yùn)營(yíng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展均有重要的實(shí)踐意義和現(xiàn)實(shí)意義。因此，為解決上述問(wèn)題急需一種橋梁技術(shù)狀態(tài)劣化評(píng)估方法，以便記錄、描述、預(yù)測(cè)橋梁技術(shù)狀態(tài)劣化規(guī)律。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了提高橋梁技術(shù)狀態(tài)評(píng)估及預(yù)測(cè)精度問(wèn)題，本發(fā)明的基于前一年橋梁技術(shù)狀態(tài)的改進(jìn)型劣化評(píng)估方法采用指數(shù)形式變化的非線性函數(shù)表達(dá)式作為橋梁技術(shù)狀態(tài)劣化模型，用以描述橋梁技術(shù)狀態(tài)的劣化規(guī)律；本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種基于前一年技術(shù)狀態(tài)的改進(jìn)型劣化評(píng)估方法，所述評(píng)估方法在橋梁前一年的技術(shù)狀態(tài)評(píng)分、橋梁技術(shù)狀態(tài)無(wú)劣化的時(shí)間、同類型橋梁統(tǒng)計(jì)使用壽命及橋梁營(yíng)運(yùn)使用時(shí)間的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行橋梁狀態(tài)劣化評(píng)估，所述評(píng)估方法包括如下步驟：

步驟a.獲取橋梁建成時(shí)的初始技術(shù)狀態(tài)評(píng)分dc、橋梁技術(shù)狀態(tài)無(wú)劣化的時(shí)間nc、橋梁的使用時(shí)間n以及使用時(shí)間n年內(nèi)的橋梁技術(shù)狀態(tài)評(píng)分d(1)、d(2)、d(3)…d(n)；

步驟b.計(jì)算橋梁技術(shù)狀態(tài)的劣化率α；

步驟c.根據(jù)劣化率α計(jì)算以及同類型橋梁統(tǒng)計(jì)使用壽命nd計(jì)算劣化模型中的冪次a的值；

步驟d.根據(jù)步驟a至步驟c中所得參數(shù)確定橋梁的劣化模型，繪制技術(shù)狀態(tài)劣化曲線，完成劣化評(píng)估；所述劣化模型如下式：

其中：dc為橋梁建成時(shí)的技術(shù)狀態(tài)評(píng)分、nd為同類型橋梁統(tǒng)計(jì)使用壽命、n為橋梁營(yíng)運(yùn)使用時(shí)間、a為冪次、d(n-1)為前一年橋梁技術(shù)狀態(tài)。

當(dāng)橋梁建成后使用時(shí)間為n年時(shí)，根據(jù)歷年的橋梁技術(shù)狀態(tài)評(píng)分d(1)、d(2)、d(3)…d(n)，若歷年評(píng)定時(shí)間連續(xù)，則按式(5)計(jì)算梁技術(shù)狀態(tài)劣化率α；若歷年評(píng)定時(shí)間非連續(xù)，則按式(6)計(jì)算梁技術(shù)狀態(tài)劣化率α：

α＝max{d(1)-d(2),d(2)-d(3),...,d(n-1)-d(n)}(5)

其中：d(1)為橋梁的使用時(shí)間為第1年時(shí)的技術(shù)狀態(tài)評(píng)分，d(2)為橋梁的使用時(shí)間為第2年時(shí)的技術(shù)狀態(tài)評(píng)分，d(3)為橋梁的使用時(shí)間為第3年時(shí)的技術(shù)狀態(tài)評(píng)分，d(j)為橋梁的使用時(shí)間為第j年橋梁技術(shù)狀態(tài)，d(k)為橋梁的使用時(shí)間為第k年橋梁技術(shù)狀態(tài)，d(n-1)為第(n-1)年的橋梁技術(shù)狀態(tài)，d(n)為橋梁的使用時(shí)間為第n年時(shí)的技術(shù)狀態(tài)評(píng)分。

所述同類型橋梁統(tǒng)計(jì)使用壽命nd按如下方法確定，混凝土小橋統(tǒng)計(jì)使用壽命nd取值40年；混凝土中橋統(tǒng)計(jì)使用壽命nd取值55年；混凝土大橋統(tǒng)計(jì)使用壽命nd取值80年；混凝土特大橋統(tǒng)計(jì)使用壽命nd取值100年。

基于前一年或上一次評(píng)定橋梁技術(shù)狀態(tài)劣化模型中不考慮nc時(shí)，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橋梁技術(shù)狀態(tài)劣化率α與冪次a、統(tǒng)計(jì)使用壽命nd關(guān)系表

冪次a與橋梁技術(shù)狀態(tài)劣化最大衰減率α有關(guān)，亦可根據(jù)下述方法選取一定的冪次指數(shù)a計(jì)算技術(shù)狀態(tài)劣化衰減率α。

當(dāng)所述同類型橋梁統(tǒng)計(jì)使用壽命nd取值40年時(shí)，a與α取值關(guān)系按照下式確定，并根據(jù)下式確定a的值：

α＝-0.0098a⁵+0.1958a⁴-1.57a³+6.4224a²-13.141a+17.16(7)

當(dāng)所述同類型橋梁統(tǒng)計(jì)使用壽命nd取值55年時(shí)，a與α取值關(guān)系按照下式確定，并根據(jù)下式確定a的值：

α＝-0.0044a⁵+0.101a⁴-0.9274a³+4.3025a²-0.9473a+13.95(8)

當(dāng)所述同類型橋梁統(tǒng)計(jì)使用壽命nd取值80年時(shí)，a與α取值關(guān)系按照下式確定，并根據(jù)下式確定a的值：

α＝-0.0051a⁵+0.112a⁴-0.9745a³+4.2864a²-9.4767a+12.28(9)

當(dāng)所述同類型橋梁統(tǒng)計(jì)使用壽命nd取值100年時(shí)，a與α取值關(guān)系按照下式確定，并根據(jù)下式確定a的值：

α＝-0.0038a⁵+0.0849a⁴-0.7621a³+3.4664a²-7.9519a+10.602(10)

其中：α為橋梁技術(shù)狀態(tài)劣化率，a為劣化模型的冪次。

步驟e.根據(jù)橋梁劣化模型計(jì)算橋梁技術(shù)狀態(tài)評(píng)估預(yù)測(cè)值，評(píng)估橋梁目前所處壽命區(qū)間，根據(jù)橋梁技術(shù)狀態(tài)維修臨界點(diǎn)預(yù)測(cè)橋梁維修時(shí)間節(jié)點(diǎn)，在橋梁相應(yīng)的壽命區(qū)間及時(shí)間節(jié)點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)、養(yǎng)護(hù)、維修及加固。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：

基于大量橋梁技術(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析研究，經(jīng)參數(shù)敏感性分析，科學(xué)選取橋梁技術(shù)狀態(tài)評(píng)估預(yù)測(cè)參數(shù)，本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中劣化評(píng)估模型精度不高的問(wèn)題，可以實(shí)現(xiàn)高精度的評(píng)估及預(yù)測(cè)橋梁技術(shù)狀態(tài)；根據(jù)橋梁技術(shù)狀態(tài)評(píng)估值可以有針對(duì)性的對(duì)橋梁進(jìn)行檢測(cè)、養(yǎng)護(hù)、維修及加固，使橋梁保持良好的技術(shù)狀態(tài)，并有效延長(zhǎng)橋梁的使用壽命。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所述的劣化評(píng)估方法中橋梁技術(shù)狀態(tài)劣化曲線示意圖。

具體實(shí)施方式

對(duì)一混凝土連續(xù)梁橋的技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行長(zhǎng)期跟蹤，該橋全長(zhǎng)75m，上部構(gòu)造為3×25m混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，梁高1.5m，寬11.20m；橋臺(tái)為重力式橋臺(tái)、橋墩為柱式墩，墩、臺(tái)基礎(chǔ)均為擴(kuò)大基礎(chǔ)；橋面系中橋面鋪裝層為水泥混凝土面層，護(hù)欄采用鋼管護(hù)欄，橋面設(shè)泄水孔；該橋于1988年建成通車，2009年時(shí)橋齡為22年；根據(jù)交工驗(yàn)收時(shí)的外觀檢查結(jié)果，確定橋梁初始技術(shù)狀態(tài)評(píng)分dc為95分；在22年期間對(duì)該橋共進(jìn)行了4次檢測(cè)評(píng)定，1988年為初始建橋時(shí)間，檢測(cè)評(píng)定時(shí)間分別為1997年、2001年、2005年和2009年，技術(shù)狀態(tài)評(píng)分結(jié)果d(1)＝dc＝95，d(10)＝90，d(14)＝85，d(18)＝76，d(22)＝55，評(píng)定時(shí)間及評(píng)定結(jié)果如表2所示。

表2評(píng)定時(shí)間及技術(shù)狀態(tài)評(píng)定結(jié)果

將技術(shù)狀態(tài)評(píng)分結(jié)果代入式(6)可得22年期間最大橋梁技術(shù)狀態(tài)劣化率α＝5.1，由于橋面系混凝土中橋，因此，統(tǒng)計(jì)使用壽命nd取值55年，根據(jù)式(8)計(jì)算得出劣化模型參數(shù)中冪次a為3.0；將初始技術(shù)狀態(tài)評(píng)分dc、使用壽命nd、冪次a代入式(4)可得出如下劣化模型表達(dá)式：

繪制該模型表達(dá)式的劣化評(píng)估曲線，如圖1所示，由該圖可知橋梁技術(shù)狀態(tài)與使用年限的關(guān)系，該橋梁在使用時(shí)間為25年(即2012年)時(shí)技術(shù)狀態(tài)評(píng)估預(yù)測(cè)值達(dá)到50，需要加固；使用時(shí)間為29年(即2016年)時(shí)技術(shù)狀態(tài)評(píng)估預(yù)測(cè)值達(dá)到30，需要大修。