应急装配式钢桥安全性评估研究

收稿日期：２０１１－０８－

３０ 作者简介：

侯玉林（１９７９—），男，工程师，长期从事桥梁施工　ｙ

ｕｌｉｎ３２２００３＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ应急装配式钢桥安全性评估研究

侯玉林

（中铁六局集团有限公司，北京１０００３６

）摘　要：分析了应急装配式钢桥安全性因素，建立了基于设计、制造和使用因素的钢桥安全性评估模型（ＡＨＰ模型），进而提出了结构基频、挠度等１０个评估指标的具体评分方法，然后利用关键构件裂纹长度修改系数来评估钢桥的安全等级。实例应用表明，该评估方法可用于１００型、“３２１”型和２００型钢桥的安全性评估。关键词：装配式钢桥；安全性评估；层次分析法（ＡＨＰ）；应急桥梁；裂纹长度中图分类号：Ｕ４４８．３６　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２－３９５３（２０１１）０６－００４０－

０４ 应急装配式钢桥又称贝雷钢桥，

主要分为１００型、“３２１”型和２００型［１－３］

。随着我国公路交通工程和轨道交通工程的快速发展，每年生产应急装配式钢桥近万座，桁架单元８万多片。但是应急装配式钢桥受技术标准和设计、制造技术水平所限，不能满足当前桥梁实际通行荷载要求，经常发生安全事故。我国应急钢桥面临的问题很多，如钢材材质不达标、

截面积负偏差［４，５］和超载现象严重［６］等问题，难以保

证应急装配式钢桥处于正常使用状态，必须实施安全性评估。

文献［７］建立了“３２１”型应急装配式钢桥安全性评估模型，在实际应用中效果较好，不足之处是不能完全应用于１００型和２００型钢桥的安全性评估。在此基础上，作者建立了基于设计、制造和使用因素的钢桥安全性评估模型（ＡＨＰ模型），进而提出了结构基频等１０个评估指标的具体评分方法，然后利用关键构件裂纹长度修改系数来评估钢桥的安全等级。实例表明，该评估方法可用于１００型、“３２１”型和２００型钢桥的安全性评估。

１

影响应急装配式钢桥安全性的因素

所谓“安全”，系指保证人员财产不受损失和保

证结构功能正常运行。经过研究分析可知，影响应急装配式钢桥使用安全的因素可概括为三大类，即设计因素、制造因素和使用因素（图１

）。 （１）设计因素（Ｂ１）。包括：结构基频（Ｃ１１）

、在设计荷载作用下的挠度（Ｃ１２）和应力（Ｃ１３）

。查阅

设计图１　“３２１

”应急装配式钢桥安全性评估因素资料，了解通行荷载等级和设计通载寿命，建立结构

有限元模型，分析结构基频、挠度、稳定性［

８］

和应力。 （２）制造因素。包括：截面积负偏差（Ｃ２１）

、焊缝质量（Ｃ２２）和拼装质量（Ｃ２３）。有的钢桥生产厂家为了利润最大化，用Ｑ３４５Ａ钢材代替Ｑ３４５Ｂ，截面积负偏差超过５％（

有的达到８％）。因此，桥梁安全评估工程师一定要检查钢材的材质等级和截面积负偏差。

（３）使用因素。包括：实测结构基频（Ｃ３１）

、桥跨挠度（Ｃ３２）、构件应力（Ｃ３３）和使用管理措施

（Ｃ３４）。使用钢桥单位必须清醒认识到钢桥是需要精心维护的，一定要定期检查各连接件，如有松动，应及时拧紧；如有缺失，应及时补充。

由于应急装配式钢桥是一种临时性桥梁，设计荷载标准不能与车辆荷载的发展同步，其设计安全系数较低，故在实际使用过程中还需加强桥梁的安全管

理，特别是要组织协调好钢桥的检查、维修、加固［

７，９

］。２

应急装配式钢桥安全性评估

２．１

应急装配式钢桥安全性评估方法

研究

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇ

ｎ 与设计

应急装配式钢桥的单跨跨度一般在６０ｍ以内，由于单纯应用承载能力进行评估，难以保证评估结果的可靠性，故需研究体现应急装配式钢桥结构及应用特点的评估方法，以提高快速评估结果的科学性，从而保证装配式钢桥的使用安全。基于有限元和现场检测的ＡＨＰ综合评估方法如下：

（１）利用通用结构分析有限元软件，建立装配式钢桥有限元模型，分析结构基频、挠度和构件应力。 （２）确定结构安全评定因子ＲＦ（Ｒａｔｉｎｇ　Ｆａｃ－

ｔｏｒ）：ＲＦ＝

Ｒ

Ｑ＋Ｇ

。式中，Ｒ为结构所能承受的总

荷载；Ｑ为施加在结构上的活载；Ｇ为施加在结构上的恒载。若ＲＦ≥１．０，则结构是安全的；若ＲＦ＜１．０，则结构不安全。

（３）建立基于现场测试的安全性评估ＡＨＰ模型（图１）。两两比较矩阵和权重，见表１～表４。

表１关于钢桥安全性的两两比较矩阵

Ａ　Ｂ１Ｂ２Ｂ３权重ＷＢ

Ｂ１１　５　１／３　０．２８７

Ｂ２１／５　１　１／６　０．０７８

Ｂ３３　６　１　０．６３５

一致性指标Ｃ．Ｒ．＝０．０９０＜０．１００

表２关于设计因素的两两比较矩阵

Ｂ１Ｃ１１Ｃ１２Ｃ１３权重Ｗ１

Ｃ１１１　１／２　１／２　０．１９６

Ｃ１２２　１　１／２　０．３１１

Ｃ１３２　２　１　０．４９３

一致性指标Ｃ．Ｒ．＝０．０５２＜０．１００

表３关于制造因素的两两比较矩阵

Ｂ２Ｃ２１Ｃ２２Ｃ２３权重Ｗ２

Ｃ２１１　４　１／２　０．３３３

Ｃ２２１／４　１　１／５　０．０９７

Ｃ２３２　５　１　０．５７０

一致性指标Ｃ．Ｒ．＝０．０２４＜０．１００

表４关于使用因素的两两比较矩阵

Ｂ３Ｃ３１Ｃ３２Ｃ３３Ｃ３４权重Ｗ３

Ｃ３１１　１／２　１／２　３　０．２１２

Ｃ３２２　１　１／２　２　０．２６９

Ｃ３３２　２　１　３　０．４１０

Ｃ３４１／３　１／２　１／３　１　０．１０９

一致性指标Ｃ．Ｒ．＝０．０５４＜０．１００

（４）应用ＡＨＰ法评估钢桥安全性Ａ。Ａ＝ＷＢ１∑

３

ｊ＝１

Ｗ１ｊＣ１ｊ＋ＷＢ２∑

３

ｊ＝１

Ｗ２ｊＣ２ｊ＋ＷＢ３∑

４

ｊ＝１

Ｗ３ｊＣ３ｊ

（１）

式中，ＷＢ

ｊ

、Ｗ

１ｊ

、Ｗ

２ｊ

、Ｗ

３ｊ

为权重向量，其值分别见表１、表２、表３和表４。

（５）利用关键构件裂纹长度修改系数来评估安全等级［７］。

２．２应急装配式钢桥安全性因素评分标准

评分方法采用１～９标度。

结构基频（Ｃ

１１

）评分标准为：基频ｆ

１

为８Ｈｚ以

上，记９分；ｆ

１

为７．１～８Ｈｚ，记８分；ｆ

１

为６．９～７Ｈｚ，记７分；ｆ１为５．１～６Ｈｚ，记６分；ｆ１为４．１～５Ｈｚ，记５分；ｆ１为３．１～４Ｈｚ，记４分；ｆ１为２．１～３Ｈｚ，记３分；ｆ１为１．１～２Ｈｚ，记２分；ｆ１为１Ｈｚ以下，记１分。

理论挠度（Ｃ

１２

）评分标准为：挠度为跨度Ｌ的１／５００以下，记９分；挠度为Ｌ／４９９～Ｌ／４５０，记８分；挠度为Ｌ／４４９～Ｌ／４００，记７分；挠度为Ｌ／３９９～Ｌ／３５０，记６分；挠度为Ｌ／３４９～Ｌ／３００，记５分；挠度为Ｌ／２９９～Ｌ／２５０，记４分；挠度为Ｌ／２４９～Ｌ／２００，记３分；挠度为Ｌ／１９９～Ｌ／１５０，记２分；挠度为Ｌ／１４９以上，记１分。

理论应力（Ｃ

１３

）评分标准为：主要承重构件最大应力为材料容许应力的百分比Ｓ为５９％以下，记９分；Ｓ为６０％～６４％，记８分；Ｓ为６５％～６９％，记７分；Ｓ为７０％～７４％，记６分；Ｓ为７５％～７９％，记５分；Ｓ为８０％～８４％，记４分；Ｓ为８５％～８９％，记３分；Ｓ为９０％～９４％，记２分；Ｓ为９５％～９９％，记１分；Ｓ为１００％～１１０％，记０分；Ｓ为超过１１０％，则直接评为不安全，严禁通载。

截面积负偏差（Ｃ

２１

）评分标准为：构件截面积负偏差Ｄ为１％以下，记９分；Ｄ为１％～１．４％，记８分；Ｄ为１．５％～１．９％，记７分；Ｄ为２％～２．４％，记６分；Ｄ为２．５％～２．９％，记５分；Ｄ为３％～３．４％，记４分；Ｄ为３．５％～３．９％，记３分；Ｄ为４％～４．４％，记２分；Ｄ为４．５％～５％，记１分；Ｄ为５．１％～５．９％，记０分；Ｄ为６％以上，记０分，安全等级降一级。

焊接质量（Ｃ

２２

）评分标准为：焊缝表面质量合格，焊缝超声波检查合格，记９分；焊缝表面质量不合格，焊缝超声波检查合格，记５分；焊缝表面质量不合格，焊缝超声波检查不合格，记１分。

拼装质量（Ｃ

２３

）评分标准为：构件互换性符合

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