CN106096826A - 一种城市轨道交通高架结构安全状态评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种城市轨道交通高架结构安全状态评价方法，用以对城市轨道交通高架桥梁进行总体安全状态的评价与分级，包括以下步骤：1)确定城市轨道交通高架桥梁安全状态评价的评价结构及对应的评价指标；2)分别获取待评价的城市轨道交通高架桥梁的各个部件下的各个构件对应子项目的技术状况评分；3)获取待评价的城市轨道交通高架桥梁对应各个部件的安全状态评分；4)获取待评价的城市轨道交通高架桥梁的总体安全状况评分；5)最终得到待评价的城市轨道交通高架桥梁的安全状态等级，并根据安全等级设计维护措施。与现有技术相比，本发明具有考虑全面，评价完整、分级合理、适用性广等优点。

Description

一种城市轨道交通高架结构安全状态评价方法

技术领域

本发明涉及城市轨道交通高架结构安全评估，尤其是涉及一种城市轨道交通高架结构安全状态评价方法。

背景技术

由于城市轨道交通的运量大、速度快、安全、节约能源等特点，轨道交通在城市交通建设的过程中迅速发展。其中，大量的轨道交通高架桥梁结构在服役期间在日益增长的运行荷载以及周边密集建设环境的影响下，自身结构安全面临着挑战。随着运营时间的增长，结构病害问题也日益突显，钢轨损伤、线路不平顺、梁体混凝土外观劣损、强度下降、钢筋锈蚀、外露、支座几何超限、桥墩不均匀沉降等结构病害会严重影响结构以的安全、稳定性，对轨道交通高架安全运营产生威胁。

通过现场病害调研以及对结构安全相关指标检测试验可以得到轨道交通高架结构的安全状况，但目前尚无较为明确的针对轨道交通高架桥梁的安全状况划分标准。因此，为了确定轨道交通高架结构安全状态，保证高架桥梁结构安全，有必要提出一套城市轨道交通高架结构安全状态评估体系，使工程人员可以根据实际病害以及检测试验数据对结构安全状态进行正确、全面地评估。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种考虑全面，评价完整、分级合理、适用性广的城市轨道交通高架结构安全状态评价方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种城市轨道交通高架结构安全状态评价方法，用以对城市轨道交通高架桥梁进行总体安全状态的评价与分级，包括以下步骤：

1)建立轨道交通高架桥梁的安全评估结构组成，确定城市轨道交通高架桥梁安全状态评价的评价结构及对应的评价指标；

2)分别根据评价指标获取待评价的城市轨道交通高架桥梁的各个部件下的各个构件对应子项目的技术状况评分；

3)根据待评价的城市轨道交通高架桥梁的各个部件下的各个构件对应子项目的技术状况评分，获取待评价的城市轨道交通高架桥梁对应各个部件的安全状态评分；

4)根据待评价的城市轨道交通高架桥梁对应各个部件的安全状态评分，获取待评价的城市轨道交通高架桥梁的总体安全状况评分；

5)设定城市轨道高架桥梁安全状态等级以及各个等级对应的总体安全状况评分，最终得到待评价的城市轨道交通高架桥梁的安全状态等级，并根据安全等级设计维护措施。

所述的步骤1)中，安全评估结构组成的评价结构及对应的评价指标为：

所述的步骤2)中，子项目的评价公式为：

其中，PDCI_lk为上部结构第l类构件第k类子项目的得分，且值域为0～100分，BDCI_lk为下部结构第l类构件第k类子项目的得分，且值域为0～100分，TDDCI_lk为轨道与桥面系结构第l类构件第k类子项目的得分，且值域为0～100分，m为第l类构件第k类子项目中出现扣分的指标种类数，U、x、y为引入变量，j为各部件第l类构件第k类子项目的第j类检测指标，DP_lky为各部件第l类构件第k类子项目的第j类检测指标的扣分值。

所述的步骤2)中，待评价的城市轨道交通高架桥梁的各个部件下对应的构件技术状况评分通过子项目评价公式加权获得，计算公式为：

${\mathrm{PMCI}}_l=\underset{k=1}{\overset{m}{\Σ}}{\mathrm{PDCI}}_{lk}\×W_k$

${\mathrm{BMCI}}_l=\underset{k=1}{\overset{m}{\Σ}}{\mathrm{BDCI}}_{lk}\×W_k$

${\mathrm{TDMCI}}_l=\underset{k=1}{\overset{m}{\Σ}}{\mathrm{TDDCI}}_{lk}\×W_k$

其中，PMCI_l为上部结构第l类构件的技术状况评分，值域为为0～100分，BMCI_l为下部结构第l类构件的技术状况评分，TDMCI_l为轨道与桥面系结构第l类构件的技术状况评分，W_k为第k类子项目的权重，m为项目检测指标种类数。

所述的步骤3)中，取待评价的城市轨道交通高架桥梁各个部件对应各个构件的得分计算式为：

${\mathrm{PCCI}}_l=\stackrel{\‾}{PMCI}-(100-{\mathrm{PMCI}}_{min})/t$

${\mathrm{BCCI}}_l=\stackrel{\‾}{BMCI}-(100-{\mathrm{BMCI}}_{min})/t$

${\mathrm{TDCCI}}_l=\stackrel{\‾}{TDMCI}-(100-{\mathrm{TDMCI}}_{min})/t$

其中，PCCI_l为上部结构第l类构件的得分，BCCI_l为下部结构第l类构件的得分，TDCCI_l为轨道与桥面系第l类构件的得分，为上部结构所有构件的技术状况评分平均值，PMCI_min为上部结构所有构件的技术状况评分最低值，为下部结构所有构件的技术状况评分平均值，BMCI_min为下部结构所有构件的技术状况评分最低值，为轨道与桥面系所有构件的技术状况评分平均值，TDMCI_min为轨道与桥面系所有构件的技术状况评分最低值，t为变量系数。

所述的步骤3)中，待评价的城市轨道交通高架桥梁对应各个部件的安全状态评分通过各个构件的得分加权获得，计算公式为：

$SPCI=\underset{l=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{PCCI}}_l\×W_l$

$SBCI=\underset{l=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{BCCI}}_l\×W_l$

$TDCI=\underset{l=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{TDCCI}}_l\×W_l$

其中，SPCI为上部结构的安全状态评分，SBCI为下部结构的安全状态评分，TDCI为轨道与桥面系的安全状态评分，W_l为各个部件第l类构件对应的权值，n为各个部件下构件的数量。

所述的步骤4)中，待评价的城市轨道交通高架桥梁的总体安全状况评分S_r的计算式为：

S_r＝TDCI×W_TD+SPCI×W_SP+SBCI×W_SB

其中，W_TD为轨道与桥面系在总体中的权重，W_SP为上部结构在总体中的权重，W_SB为下部结构在总体中的权重。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、考虑全面，评价完整：本发明通过整体-部件-构件-子项目-评价指标的五层结构，构造出了层次清晰、内容明确的城市轨道交通高架结构安全状态评价体系，有效的填补了目前轨道交通高架结构安全状态评估方法的空白。

二、分级合理：通过对轨道交通高架结构安全状态进行合理分级，可以根据实际病害与检测试验结果判定结构安全状态。

三、适用性广：为轨道交通高架结构及时、适时地采取合理的维护措施提供依据和保障。

附图说明

图1为轨道交通高架桥梁安全状况评估原理图。

图2为轨道交通高架桥梁安全状况评估工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例：

如图1-2所示，根据轨道交通高架桥梁结构组成分为部件、构件以及子项目，各部件主要组成构件见表1所示。

表1轨道交通高架安全评估结构组成

根据构件各子项目所代表的结构特点确定对应结构安全评估检测指标，具体各评估项目如表2所示。

表2轨道交通高架桥梁安全评估项目

表2中所对应子项目检测指标分级及评定标准分别按照部件各检测指标分级及评定参照《JTGT H21-2011公路桥梁技术状况评定标准》、《JTGT J21-2011公路桥梁承载能力检测评定规程》、《DB11T-718-2010城市轨道交通设施养护维修技术规范》中针对相应检测指标分类项目进行评定，根据现场评定结果按照以下步骤进行计算。

对桥梁l构件k子项目评定，按式(1)计算：

当x＝1时，

U₁＝DP_lk1

当x≥2时

$U_x=\frac{{\mathrm{DP}}_{lkj}}{100\×\sqrt{x}}\×(100-\underset{y=1}{\overset{x-1}{\Σ}}{U}_y)$

当DP_lkj＝100时

PDCI_lk(BDCI_lk或TDDCI_lk)＝0

式中，PDCI_lk——上部结构第l构件k类项目的得分，值域为0～100分；

BDCI_lk——下部结构第l构件k类项目的得分，值域为0～100分；

TDDCI_lk——轨道与桥面系结构第l构件k类项目的得分，值域为0～100分；

m——第l构件k类项目出现扣分的指标的种类数；

U、x、y——引入的变量；

j——各部件第l构件k类项目的第j类检测指标；

DP_lkj——各部件l构件k类项目的第j类检测指标的扣分值；根据构件各种检测指标扣分值进行计算，扣分值按表3取值。

表3构件子项目各检测指标扣分值

对桥梁第l单个构件安全评估，按式(2)计算：

式中，

PMCI_l——桥梁上部结构第l单构件技术状况评分，值域为0～100分；

BMCI_l——桥梁下部结构第l单构件技术状况评分，值域为0～100分；

TDMCI_l——桥梁轨道与桥面系第l单构件技术状况评分，值域为0～100分；

m——项目检测指标种类数；

W_k——第k类子项目的权重，按照表4取。对于桥梁中未设置的项目，应根据此项目的隶属关系，将其权重值分配给各既有项目，分配原则按照各既有项目权重在全部既有项目权重中所占比例进行分配。

表4梁式桥第l单构件子项目权重值

对桥梁第l构件总体进行安全评估，按式(3)计算：

式中，PCCI_l——上部结构第l类构件总体的得分，值域为0～100分；当上部结构中的某一构件评分值PMCI_i在[0,60)区间时，其相应总构件评分值PCCI_l＝PMCI_i；

——上部结构所有单个l类构件的得分平均值，值域为0～100分；

BCCI_l——下部结构第第l类构件总体的得分，值域为0～100分；当下部结构中的某一构件评分值BMCI_l在[0,60)区间时，其相应总构件评分值BCCI_l＝BMCI_i；

——下部结构所有单个l类构件的得分平均值，值域为0～100分；

TDCCI_l——轨道与桥面系第l类构件总体的得分，值域为0～100分；当轨道与桥面系中的某一构件评分值TDMCI_l在[0,60)区间时，其相应总构件评分值TDCCI_l＝TDMCI_i；

——轨道与桥面系所有单个l类构件的得分平均值，值域为0～100分；

PCCI_min——上部结构单个l类构件中分值最低的构件得分值；

BCCI_min——下部结构单个l类构件中分值最低的构件得分值；

TDCCI_min——轨道与桥面系第i类部件中分值最低的构件得分值；

t——随构件的数量而变的系数，见表5。

表5 t值

n为第i类部件的构件总数，表中未列出的t值采用内插法计算。

对轨道高架桥梁部件上部结构、下部结构、轨道与桥面系部件的安全状况评分，按式(4)计算。

式中，SPCI——桥梁上部结构安全状况评分，值域为0～100分；

SBCI——桥梁下部结构安全状况评分，值域为0～100分；

TDCI——桥梁轨道与桥面系安全状况评分，值域为0～100分；

m——上部结构(下部结构或轨道与桥面系)的构件种类数；

W_i——第i类构件的权重，按表6规定取值；

表6梁式桥各部件权重值

桥梁总体的安全状况评分，按式(5)计算：

S_r＝TDCI×W_TD+SPCI×W_SP+SBCI×W_SB (5)

式中，S_r——轨道交通高架桥梁总体安全状况评分，值域为0～100分；

W_TD——轨道与桥面系在全桥中的权重，按表55规定取值；

W_SP——上部结构在全桥中的权重，按表7规定取值；

W_SB——下部结构在全桥中的权重，按表7规定取值。

表7桥梁结构组成权重值

桥梁部位	权重
		轨道及桥面系	0.2
上部结构	0.4
		下部结构	0.4

由上述计算而得轨道交通高架构件、部件以及桥梁总体评分等级划分界限按照表8进行。

表8轨道交通高架安全等级分类界限表

当轨道交通高架桥梁在安全评估过程中遇到以下情况之一时，则桥梁总体安全状况等级为E级：

(1)上部结构有落梁；或梁、板断裂现象。

(2)上部承重构件控制截面出现全截面开裂，或组合构件上部承重构件结合面开裂贯通，使得组合作用严重降低。

(3)上部承重构件有严重异常位移，存在失稳现象。

(4)结构出现明显的永久变形，变形大于规范值。

(5)桥墩(基础)不稳定，出现严重滑动、下沉、位移、倾斜等现象。

(6)基础冲刷深度大于设计值，冲空面积＞20％。

在子项目评估基础上对结构构件安全状况进行评估，将结构构件安全状况等级划分为“A”、“B”、“C”、“D”、“E”五级，如表9所示。

表9轨道交通高架桥梁构件安全状态分级

在构件安全状况评估基础上对结构部件安全状况进行评估，将结构部件安全状况等级划分为“A”、“B”、“C”、“D”、“E”五级，如表10所示。

表10轨道交通高架桥梁部件安全状态分级

在部件安全状况评估基础上对结构总体安全状况进行评估，将结构总体安全状况等级划分为“A”、“B”、“C”、“D”、“E”五级，如表11所示。

表11轨道交通高架桥梁总体安全状态分级

对华东某市轨道高架某区段上行线某跨简支梁进行安全评估，各类检测指标扣分记录及构件计算分级结果见表12所示。

表12轨道交通高架简支梁构件安全状况评分表

根据结构构件计算评分状况对相应构件进行评级，各构件分级结果见表13所示。

表13轨道交通高架简支梁构件安全状况分级表

构件(PCCI、BCCI、TDCCI)	评分	分级
			轨道	82.0	B
桥面系	75.0	C
			上部承重构件(主梁)	83.9	B
上部横向联系(横隔板)	79.4	C
			支座	83.2	B
桥墩与盖梁	81.9	B
			基础	83.9	B

在构件安全状况评分的基础上对结构部件进行安全状况评估，具体结果见表14所示。

表14轨道交通高架简支梁部件安全状况评分表

根据结构部件计算评分状况对相应部件进行评级，各部件分级结果见表15所示。

表15轨道交通高架简支梁部件安全状况分级表

部件(SPCI、SBCI、TDCI)	评分	分级
			轨道与桥面系	79.2	C
上部结构	83.0	B
			下部结构	82.7	B

最后在部件安全状况评分的基础上对轨道交通高架结构总体进行安全状况评估，具体结果见表16所示。

表16轨道交通高架简支梁总体安全状况分级表

因此根据最终轨道交通高架结构总体评分结果，该高架简支梁总体安全状况分级为B级。仅有轻微缺损，对桥梁使用功能无影响，需保持日常保养，对缺损构件及部件进行小修。

上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种城市轨道交通高架结构安全状态评价方法，用以对城市轨道交通高架桥梁进行总体安全状态的评价与分级，其特征在于，包括以下步骤：

1)建立轨道交通高架桥梁的安全评估结构组成，确定城市轨道交通高架桥梁安全状态评价的评价结构及对应的评价指标；

2)分别根据评价指标获取待评价的城市轨道交通高架桥梁的各个部件下的各个构件对应子项目的技术状况评分；

3)根据待评价的城市轨道交通高架桥梁的各个部件下的各个构件对应子项目的技术状况评分，获取待评价的城市轨道交通高架桥梁对应各个部件的安全状态评分；

4)根据待评价的城市轨道交通高架桥梁对应各个部件的安全状态评分，获取待评价的城市轨道交通高架桥梁的总体安全状况评分；

5)设定城市轨道高架桥梁安全状态等级以及各个等级对应的总体安全状况评分，最终得到待评价的城市轨道交通高架桥梁的安全状态等级，并根据安全等级设计维护措施。

2.根据权利要求1所述的一种城市轨道交通高架结构安全状态评价方法，其特征在于，所述的步骤1)中，安全评估结构组成的评价结构及对应的评价指标为：

3.根据权利要求2所述的一种城市轨道交通高架结构安全状态评价方法，其特征在于，所述的步骤2)中，子项目的评价公式为：

其中，PDCI_lk为上部结构第l类构件第k类子项目的得分，且值域为0～100分，BDCI_lk为下部结构第l类构件第k类子项目的得分，且值域为0～100分，TDDCI_lk为轨道与桥面系结构第l类构件第k类子项目的得分，且值域为0～100分，m为第类构件第k类子项目中出现扣分的指标种类数，U、x、y为引入变量，j为各部件第l类构件第k类子项目的第j类检测指标，DP_lky为各部件第l类构件第k类子项目的第j类检测指标的扣分值。

4.根据权利要求3所述的一种城市轨道交通高架结构技术状态评价方法，其特征在于，所述的步骤2)中，待评价的城市轨道交通高架桥梁的各个部件下对应的构件技术状况评分通过子项目评价公式加权获得，计算公式为：

${\mathrm{PMCI}}_l=\underset{k=1}{\overset{m}{\Σ}}{\mathrm{PDCI}}_{lk}\×W_k$

${\mathrm{BMCI}}_l=\underset{k=1}{\overset{m}{\Σ}}{\mathrm{BDCI}}_{lk}\×W_k$

${\mathrm{TDMCI}}_l=\underset{k=1}{\overset{m}{\Σ}}{\mathrm{TDDCI}}_{lk}\×W_k$

其中，PMCI_l为上部结构第l类构件的技术状况评分，值域为为0～100分，BMCI_l为下部结构第l类构件的技术状况评分，TDMCI_l为轨道与桥面系结构第l类构件的技术状况评分，W_k为第k类子项目的权重，m为项目检测指标种类数。

5.根据权利要求4所述的一种城市轨道交通高架结构安全状态评价方法，其特征在于，所述的步骤3)中，取待评价的城市轨道交通高架桥梁各个部件对应各个构件的得分计算式为：

${\mathrm{PCCI}}_l=\stackrel{\‾}{PMCI}-(100-{\mathrm{PMCI}}_{min})/t$

${\mathrm{BCCI}}_l=\stackrel{\‾}{BMCI}-(100-{\mathrm{BMCI}}_{min})/t$

${\mathrm{TDCCI}}_l=\stackrel{\‾}{TDMCI}-(100-{\mathrm{TDMCI}}_{min})/t$

其中，PCCI_l为上部结构第l类构件的得分，BCCI_l为下部结构第l类构件的得分，TDCCI_l为轨道与桥面系第l类构件的得分，为上部结构所有构件的技术状况评分平均值，PMCI_min为上部结构所有构件的技术状况评分最低值，为下部结构所有构件的技术状况评分平均值，BMCI_min为下部结构所有构件的技术状况评分最低值，为轨道与桥面系所有构件的技术状况评分平均值，TDMCI_min为轨道与桥面系所有构件的技术状况评分最低值，t为变量系数。

6.根据权利要求5所述的一种城市轨道交通高架结构安全状态评价方法，其特征在于，所述的步骤3)中，待评价的城市轨道交通高架桥梁对应各个部件的安全状态评分通过各个构件的得分加权获得，计算公式为：

$SPCI=\underset{l=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{PCCI}}_l\×W_l$

$SBCI=\underset{l=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{BCCI}}_l\×W_l$

$TDCI=\underset{l=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{TDCCI}}_l\×W_l$

其中，SPCI为上部结构的安全状态评分，SBCI为下部结构的安全状态评分，TDCI为轨道与桥面系的安全状态评分，W_l为各个部件第l类构件对应的权值，n为各个部件下构件的数量。

7.根据权利要求6所述的一种城市轨道交通高架结构安全状态评价方法，其特征在于，所述的步骤4)中，待评价的城市轨道交通高架桥梁的总体安全状况评分S_r的计算式为：

S_r＝TDCI×W_TD+SPCI×W_SP+SBCI×W_SB

其中，W_TD为轨道与桥面系在总体中的权重，W_SP为上部结构在总体中的权重，W_SB为下部结构在总体中的权重。