CN117807687B - 一种桥梁下部结构性能评估方法及系统 - Google Patents
一种桥梁下部结构性能评估方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及桥梁工程领域，具体涉及一种桥梁下部结构性能评估方法及系统。本发明所提供的桥梁下部结构性能评估方法包括如下步骤：分析桥梁下部结构的受力状况，受力状况包括流水压力、静水压力、水抬升力、漂浮物撞击力、上覆土重力、侧面土压力、结构永久作用力以及基底摩擦力；根据受力状况评估桥梁下部结构的危险标度，危险标度包括倾覆危险标度、滑移危险标度、不均匀沉降危险标度以及综合危险标度；基于危险标度评估桥梁下部结构的风险程度，风险程度包括低风险程度、中风险程度以及高风险程度。本发明不仅能够高效且全面地评估桥梁下部结构多方面的危险标度，还能准确评估桥梁下部结构风险程度，有助于提升桥梁抗灾能力、安全性和可维护性。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁工程领域，具体涉及一种桥梁下部结构性能评估方法及系统。
背景技术
桥梁是交通系统的基础设施，其安全性直接关系到交通运输的畅通和人民生命财产的安全。随着气候变化的加剧，全球范围内极端天气事件频发，其中包括强降雨、暴雨引发的洪水等；这些极端天气事件对桥梁，尤其位于洪水多发区域的桥梁，造成了巨大的挑战。在洪水侵袭期间，河流水位上涨迅速，水流速度增加，容易导致桥梁下部结构受到过度冲刷，不规则的水流冲击会加剧桥梁下部结构的沉降和变形，进而威胁到桥梁的安全性和稳定性。因此，对桥梁下部结构的服役性能进行准确、及时的评估至关重要。
发明内容
针对实际应用的需求，本发明提供了一种桥梁下部结构性能评估方法及系统，旨在高效且全面地评估桥梁下部结构的服役性能，以准确识别桥梁下部结构当前的风险程度。
第一方面，本发明提供了一种桥梁下部结构性能评估方法，包括如下步骤：分析桥梁下部结构的受力状况，所述受力状况包括流水压力、静水压力、水抬升力、漂浮物撞击力、上覆土重力、侧面土压力、结构永久作用力以及基底摩擦力；根据所述受力状况，评估桥梁下部结构的危险标度，所述危险标度包括倾覆危险标度、滑移危险标度、不均匀沉降危险标度以及综合危险标度；基于所述危险标度，评估所述桥梁下部结构的风险程度，所述风险程度包括低风险程度、中风险程度以及高风险程度。
本发明所提供的桥梁下部结构性能评估方法，其增益在于：本发明通过综合考虑流水压力、静水压力、水抬升力、漂浮物撞击力、上覆土重力、侧面土压力等多种桥梁下部结构的受力因素，精准地评估了桥梁下部结构在倾覆、滑移、不均匀沉降等方面的危险标度，并基于多方面的危险标度合理且准确地评估出了桥梁下部结构的风险程度，有助于桥梁的安全管理和维护。
可选地，所述倾覆危险标度，满足如下计算模型：，其中，/>表示桥梁下部结构的倾覆危险标度，/>表示抗倾覆力矩，/>表示验算系数，/>表示倾覆力矩。
进一步可选地，所述抗倾覆力矩为桥梁下部结构背水面的静水压力，桥梁基础顶面的静水压力，上覆土重力，桥梁下部结构背水面的侧面土压力以及结构永久作用力中竖向力的合力矩；所述倾覆力矩为流水压力，桥梁下部结构迎水面的静水压力，水抬升力，漂浮物撞击力，桥梁下部结构迎水面的侧面土压力以及结构永久作用力中力矩的合力矩。
可选地，所述滑移危险标度，满足如下计算模型：，其中，/>表示桥梁下部结构的滑移危险标度，/>表示抗滑移力，/>表示验算系数，/>表示滑移力。
进一步可选地，所述抗滑移力为桥梁下部结构背水面的静水压力，桥梁下部结构背水面的侧面土压力以及基底摩擦力在水平方向上的合力；所述滑移力为流水压力，桥梁下部结构迎水面的静水压力，漂浮物撞击力以及桥梁下部结构迎水面的侧面土压力在水平方向上的合力。
可选地，所述不均匀沉降危险标度在桥梁下部结构未出现掏空情况时，满足如下计算模型：，其中，/>表示桥梁下部结构未出现掏空情况时，桥梁下部结构的不均匀沉降危险标度，/>表示地基容许力，/>表示桥梁下部结构未出现掏空情况时,冲刷线和桥梁下部结构中基础的交点连线中地基最大附加应力；所述不均匀沉降危险标度在桥梁下部结构出现掏空情况时，满足如下计算模型：，其中，/>表示桥梁下部结构出现掏空情况时,桥梁下部结构的不均匀沉降危险标度，/>表示地基容许力，/>表示桥梁下部结构出现掏空情况时,冲刷线和桥梁下部结构中基础的交点连线中地基最大附加应力,/>表示桥梁基础背水面底边地基最大附加应力，/>表示在/>与/>之间的最大值。
可选地，所述综合危险标度，满足如下计算模型：，其中，/>表示桥梁下部结构的综合危险标度，/>表示抗倾覆危险标度，/>表示抗滑移危险标度，表示不均匀沉降危险标度。
可选地，所述基于所述危险标度，评估所述桥梁下部结构的风险程度，包括如下步骤：设置风险评估规则，并结合所述风险评估规则和所述危险标度评估所述桥梁下部结构的风险程度。
进一步可选地，所述风险评估规则，包括：当综合危险标度大于3，且倾覆危险标度、滑移危险标度以及不均匀沉降危险标度均大于2时，判断桥梁下部结构的风险程度为低风险程度；当综合危险标度大于3，且倾覆危险标度、滑移危险标度以及不均匀沉降危险标度中至少一项小于2且大于1时，判断桥梁下部结构的风险程度为中风险程度；当综合危险标度大于3，且倾覆危险标度、滑移危险标度以及不均匀沉降危险标度中至少一项小于1时，判断桥梁下部结构的风险程度为高风险程度；当综合危险标度小于3且大于2时，且倾覆危险标度、滑移危险标度以及不均匀沉降危险标度均大于1时，判断桥梁下部结构的风险程度为中风险程度；当综合危险标度小于3且大于2时，且倾覆危险标度、滑移危险标度以及不均匀沉降危险标度中至少一项小于1时，判断桥梁下部结构的风险程度为高风险程度；当综合危险标度小于2且大于1时，且倾覆危险标度、滑移危险标度以及不均匀沉降危险标度均大于1时，判断桥梁下部结构的风险程度为中风险程度；当综合危险标度小于2且大于1时，且倾覆危险标度、滑移危险标度以及不均匀沉降危险标度至少一项小于1时，判断桥梁下部结构的风险程度为高风险程度；当综合危险标度小于1时，判断桥梁下部结构的风险程度为高风险程度。
第二方面，本发明提供了一种桥梁下部结构性能评估系统，包括输入设备、处理器、存储器和输出设备，所述输入设备、所述处理器、所述存储器和所述输出设备相互连接，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行桥梁下部结构风险评估方法。
本发明所提供的桥梁下部结构性能评估系统，其增益在于：本发明所提供的桥梁下部结构性能评估系统集成度高，各个组件之间信息传递顺畅，能够为桥梁工程师、维护人员和相关决策者提供了及时的桥梁下部结构风险程度评估结果和报告，有助于及时发现潜在问题并采取预防性的维护措施，提高桥梁的抗灾能力和可持续性，确保交通运输的安全和稳定。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的桥梁下部结构性能评估方法流程图；
图2为本发明实施例所提供的汛期桥梁下部结构冲刷示意图；
图3为本发明实施例提供的风险评估规则算法示意图；
图4为本发明实施例所提供的桥梁下部结构性能评估系统结构示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路，软件或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。
在一个实施例中，请参见图1，图1为本发明实施例所提供的桥梁下部结构性能评估方法流程图。如图1所示，本发明实施例所提供的桥梁下部结构性能评估方法，包括如下步骤：
S01、分析桥梁下部结构的受力状况，所述受力状况包括流水压力、静水压力、水抬升力、漂浮物撞击力、上覆土重力、侧面土压力、结构永久作用力以及基底摩擦力。
请参见图2，图2为本发明实施例所提供的汛期时桥梁下部结构冲刷示意图。如图2所示，序号1表示桥梁下部结构中的桥墩，序号2表示桥梁下部结构中的桥梁基础,表示桥梁基础的厚度,/>表示桥梁基础顶面沿水流方向的长度，/>表示桥梁基础底面沿水流方向的长度,/>表示桥墩底面沿流水方向的长度，/>表示汛期水位线到桥梁基础底面的深度,/>表示天然河床表面与桥梁基础顶面的平均距离，/>表示局部冲刷深度。
进一步地，所述流水压力为作用在桥梁下部结构上的流水压力，所述流水压力的大小满足如下计算模型：，其中，/>表示流水压力（单位为kN），/>表示桥梁下部结构的形状系数，/>表示桥梁下部结构的阻水面积（单位为m2）；/>表示水的重度（单位为kN/m3），通常取9.81kN/m3，/>表示汛期流速（单位为m/s），/>表示重力加速度，通常取9.81m/s2；所述流水压力合力作用点设定在汛期水位线以下0.3倍水深处。
具体的，桥梁下部结构的形状系数
可按照下表进行取值：
| 桥梁下部结构外形 | CS | 桥梁下部结构外形 | CS |
| 方形 | 1.5 | 尖端形 | 0.7 |
| 矩形（长边与水流平行） | 1.3 | 圆端形 | 0.6 |
| 圆形 | 0.8 | - | - |
值得注意的是，桥梁下部结构中桥墩、桥梁基础的外形通常不一样，可根据桥梁设计施工文件预先分别设定桥梁下部结构形状系数。
所述静水压力为水作用在桥梁下部结构表面上的压力。所述静水压力具体包括侧面静水压力和顶面静水压力；所述侧面静水压力具体为桥梁下部结构迎水面的静水压力和桥梁下部结构背水面的静水压力；所述顶面静水压力具体为桥梁基础顶面的静水压力。
进一步地，所述桥梁下部结构迎水面的静水压力的大小满足如下计算模型：,其中，/>表示桥梁下部结构迎水面的静水压力（单位为kN），/>表示桥墩在水流方向上的投影宽度（单位为m），/>表示汛期水位线到桥梁基础底面的深度（单位为m），/>表示桥梁基础的厚度（单位为m），/>由设计文件确定，/>表示桥梁下部结构迎水面的静水压力分布度（单位为kN/m2），，/>表示水的重度（单位为kN/m3），/>表示桥梁下部结构一点所在位置的到水位线的距离（单位为m），/>表示桥梁基础在水流方向上的投影宽度（单位为m）。
进一步地，所述桥梁下部结构背水面的静水压力的大小满足如下计算模型：,其中，/>表示桥梁下部结构背水面的静水压力（单位为kN），/>表示桥墩在水流方向上的投影宽度（单位为m），/>表示汛期水位线到桥梁基础底面的深度（单位为m），/>表示桥梁基础的厚度（单位为m），/>由设计文件确定，/>表示桥梁下部结构背水面的静水压力分布度（单位为kN/m2），，/>表示水的重度（kN/m3），/>表示桥梁下部结构中任一位置的到汛期水位线的距离（单位为m），/>表示桥梁基础在水流方向上的投影宽度（单位为m）。
可同时计算桥梁下部结构迎水面和桥梁下部结构背水面上作用的侧面静水压力，任一侧面静水压力作用点的位置，应综合考虑桥梁下部结构中的桥墩和桥梁基础在水流方向上的投影面积以及作用在其上的侧面静水压力的合力大小和作用位置。
进一步地，所述桥梁基础顶面的静水压力的大小满足如下计算模型：，其中，/>表示桥梁基础顶面的静水压力（单位为kN），表示桥梁基础的顶面面积（单位为m2），/>由设计文件确定，/>表示桥墩的底面面积（单位为m2），/>由设计文件确定，/>表示水位线到桥梁基础底面的深度（单位为m），/>表示桥梁基础的厚度（单位为m），/>由设计文件确定；当桥梁下部结构未发生倾斜时，所述桥梁基础顶面静水压力的作用点在基础顶面的中心位置。
进一步地，所述水抬升力的大小满足如下计算模型：其中，/>表示水抬升力（单位为kN），/>表示水的重度（单位为kN/m3），/>表示桥梁基础的底面面积（单位为m2），/>由设计文件确定；当桥梁下部结构未发生倾斜时，水抬升力的作用点在桥梁基础的底面中心位置。
进一步地，所述漂浮物撞击力表示桥梁下部结构受水中异物撞击的作用力。所述漂浮物撞击力的大小满足如下计算模型：,其中，/>表示漂浮物撞击力，/>表示漂浮物重力（单位为kN），/>可根据河流中漂浮物实际情况确定，无调查资料时可按50kN计算，表示重力加速度，通常取9.81m/s2，/>表示撞击时间（单位为s），/>可根据实际资料估计，无实际资料时可取1s；所述漂浮物撞击力作用点通常假定为汛期水位线在桥梁下部结构迎水面投影线的中心。
进一步地，桥梁基础顶面的上覆土重力大小满足如下计算模型：，其中，/>表示桥梁基础顶面的上覆土重力（单位为kN），/>表示桥梁基础在水流方向上的投影宽度（单位为m），（单位为m），/>由设计文件确定，/>表示桥墩底面沿流水方向的长度（单位为m），/>由设计文件确定，/>表示桥墩周围的桥梁基础顶面的上覆土重力分布度（单位为kN/m2），/>，/>表示桥梁基础在迎水面侧的表面上某一点到桥墩中心轴的距离（单位为m），/>表示河底沙层饱和重度，可根据以往水文地质勘探资料确定，缺少水文地质勘探资料时，/>按19.2kN/m3取值，表示水的重度（单位为kN/m3），/>表示桥梁基础顶面上一点的上覆土厚度（单位为m），，/>表示天然河床表面与桥梁基础顶面的平均距离（单位为m），/>表示局部冲刷深度；桥梁基础顶面的上覆土重力作用点按计算得到的基础顶面上覆土重力分布情况和基础顶面和桥墩底面的形状，取几何重心得到。
所述侧面土压力随着桥梁下部结构随着土层厚度冲刷发展而变化，所述侧面土压力具体包括桥梁下部结构迎水面的侧面土压力和桥梁下部结构背水面的侧面土压力，任一侧面土压力作用点按计算得到的侧面土压力几何分布情况取重心得到。
所述桥梁下部结构迎水面的侧面土压力力的大小满足如下计算模型：，其中，/>表示桥梁下部结构迎水面的侧面土压力（单位为kN），/>表示朗肯主动土压力系数，/>可根据以往水文地质勘探资料确定，缺少水文地质勘探资料时，/>按0.5取值，/>表示河底沙层饱和重度，/>可根据以往水文地质勘探资料确定，缺少水文地质勘探资料时，/>按19.2kN/m3取值，/>表示水的重度（单位为kN/m3），/>表示桥梁基础的厚度（单位为m），/>由设计文件确定，/>表示桥梁基础在水流方向上的投影宽度（单位为m），/>表示天然河床表面与桥梁基础顶面的平均距离（单位为m），/>表示迎水面的局部冲刷深度（单位为m）。
所述桥梁下部结构背水面的侧面土压力力的大小满足如下计算模型：，其中，/>表示背水面的侧面土压力（单位为kN），/>表示朗肯被动土压力系数，/>，/>表示河底沙层饱和重度，/>可根据以往水文地质勘探资料确定，缺少水文地质勘探资料时，/>按19.2kN/m3取值，/>表示水的重度（单位为kN/m3），/>表示桥梁基础的厚度（单位为m），/>由设计文件确定，/>表示桥梁基础在水流方向上的投影宽度（单位为m），/>表示天然河床表面与桥梁基础顶面的平均距离（单位为m），/>表示桥梁下部结构背水面的局部冲刷深度（单位为m）。
进一步地，所述结构永久作用力通常表现为一个作用在基础底面中心位置的竖向力，和上部结构传递而来的一个绕基础底面中心位置作用的力矩；所述结构永久作用力具体作用力大小和方式应根据设计文件确定的结构构型和永久荷载作用情况确定。
进一步地，所述基底摩擦力是指桥梁下部结构与其下方基底土的摩擦力，所述基底摩擦力的大小满足如下计算模型：，其中，/>表示基底摩檫力（单位为kN），/>表示桥梁下部结构在水流方向的投影面积（单位为m2），/>表示基底土与桥梁基础底面间的摩擦系数，对于基底土以下是地质状况很好的岩质持力层的，/>可取0.75，对于基底以下是软土、砂土的，/>，/>为基底土的内摩擦角，应根据以往水文地质勘探资料确定，缺少水文地质勘探资料时，/>按20°取值，/>表示桥梁基础底面有效长度（单位为m），/>表示作用在桥梁基础底面上的竖向力的分布度（单位为kN/m2），/>可根据所有作用在下部结构上的竖向力大小、分布情况和桥梁基础底面有效长度/>确定。
具体地，桥梁基础底面有效长度满足如下计算模型：/>，其中，/>是桥梁基础底面沿水流方向的长度（m），由设计文件获取，/>是基础底面掏空长度（单位为m），当迎水面的局部冲刷深度/>时，/>；当迎水面的局部冲刷深度/>时，迎水面侧的一位置/>处局部冲刷深度/>时，。
S02、根据所述受力状况，评估桥梁下部结构的危险标度，所述危险标度包括倾覆危险标度、滑移危险标度、不均匀沉降危险标度以及综合危险标度。
在本实施例中，所述抗倾覆能力表示桥梁下部结构在面临外部作用力，如水流冲刷等情况下，其抵抗倾覆的能力。进一步地，桥梁下部结构的抗倾覆能力满足如下评估模型：，其中，/>表示抗倾覆力矩，/>表示验算系数，/>表示倾覆力矩。更进一步地，所述倾覆危险标度，满足如下计算模型：/>，其中，/>表示桥梁下部结构的倾覆危险标度，/>表示抗倾覆力矩，/>表示验算系数，/>表示倾覆力矩。
其中，验算系数根据桥梁下部结构冲刷深度监测装置布设数量设定，当仅在迎水面布置一套桥梁下部结构冲刷深度监测装置时（仅测得单个位置处的冲刷深度，并利用单个位置处的冲刷深度表征桥梁下部结构整体冲刷深度），/>取2.0；当围绕桥梁下部结构布置多套桥梁下部结构冲刷深度监测装置时（可对应测得多个位置处的冲刷深度，并利用多个位置处的冲刷深度表征桥梁下部结构整体冲刷深度），/>取1.5。
可以理解的是，桥梁下部结构在不同的水情下，其受力情况不同。在一个具体的实施例中，桥梁下部结构处于汛期状态的河流中，所述抗倾覆力矩为桥梁下部结构背水面的静水压力，桥梁基础顶面的静水压力，上覆土重力，桥梁下部结构背水面的侧面土压力以及结构永久作用力中竖向力的合力矩；所述倾覆力矩为流水压力，桥梁下部结构迎水面的静水压力，水抬升力，漂浮物撞击力，桥梁下部结构迎水面的侧面土压力以及结构永久作用力中力矩的合力矩。
进一步地，汛期时桥梁下部结构的抗倾覆能力满足如下评估模型：，其中，表示汛期时抗倾覆力矩，所述汛期时抗倾覆力矩为桥梁下部结构背水面的静水压力/>，桥梁基础顶面的静水压力/>，上覆土重力/>，桥梁下部结构背水面的侧面土压力/>以及结构永久作用力中竖向力/>的合力矩，所述汛期时抗倾覆力矩的作用点为桥梁下部结构中基础背水面底边中点，/>表示验算系数，表示汛期时倾覆力矩，所述汛期时倾覆力矩为流水压力，桥梁下部结构迎水面的静水压力/>，水抬升力/>，漂浮物撞击力/>，桥梁下部结构迎水面的侧面土压力/>以及结构永久作用力中力矩M的合力矩，所述汛期时倾覆力矩的作用点为桥梁下部结构中基础背水面底边中点。
更进一步地，基于汛期时抗倾覆能力评估的汛期时倾覆力矩桥梁下部结构倾覆危险标度，满足如下计算模型：，其中，/>表示汛期时倾覆力矩桥梁下部结构的倾覆危险标度，/>表示汛期时倾覆力矩抗倾覆力矩，/>表示验算系数，/>表示汛期时倾覆力矩倾覆力矩。
在本实施例中，所述抗滑移能力表示桥梁下部结构对于滑移的抵抗能力。在水流冲刷等情况下，地基的滑移可能对桥梁的稳定性造成威胁。进一步地，所述抗滑移能力满足如下评估模型：，其中，/>表示抗滑移力，/>表示验算系数，/>表示滑移力。更进一步地，所述滑移危险标度，满足如下计算模型：/>，其中，/>表示桥梁下部结构的滑移危险标度，/>表示抗滑移力，/>表示验算系数，/>表示滑移力。
在又一个具体的实施例中，桥梁下部结构处于汛期状态的河流中，所述抗滑移力为桥梁下部结构背水面的静水压力，桥梁下部结构背水面的侧面土压力以及基底摩擦力在水平方向上的合力；所述滑移力为流水压力，桥梁下部结构迎水面的静水压力，漂浮物撞击力以及桥梁下部结构迎水面的侧面土压力在水平方向上的合力。
进一步地，汛期时抗滑移能力满足如下评估模型：，其中，/>表示汛期时抗滑移力，所述汛期时抗滑移力为桥梁下部结构背水面的静水压力/>，桥梁下部结构背水面的侧面土压力/>以及基底摩擦力/>在水平方向合力；/>表示验算系数；表示汛期时滑移力，所述汛期时滑移力为流水压力/>，桥梁下部结构迎水面的静水压力/>，漂浮物撞击力/>以及桥梁下部结构迎水面的侧面土压力在水平方向合力。
更进一步地，基于所述汛期时抗滑移能力评估的汛期时滑移危险标度，满足如下计算模型：，其中，/>表示汛期时桥梁下部结构的滑移危险标度，/>表示汛期时抗滑移力，/>表示验算系数，表示汛期时滑移力。
在本实施例中，所述抗不均匀沉降能力表示桥梁下部结构对不均匀沉降的抵抗能力。不均匀沉降可能导致桥梁的不均匀沉降，从而影响结构的平衡和稳定性。
当桥梁下部结构未出现掏空情况时，所述不均匀沉降危险标度，满足如下计算模型：，其中，/>表示桥梁下部结构未出现掏空情况时，桥梁下部结构的不均匀沉降危险标度，/>表示地基容许力，/>表示桥梁下部结构未出现掏空情况时,冲刷线和桥梁基础的交点连线中地基最大附加应力。
进一步地，当桥梁下部结构未出现掏空情况时,冲刷线和桥梁基础的交点连线中地基最大附加应力，满足如下计算公式：/>，其中，表示桥梁下部结构所受竖向力的合力；/>表示桥梁下部结构所受围绕背水面底边的合力矩；/>表示桥梁基础底面对背水面底边的抵抗力矩，/>，/>表示桥梁下部结构的结构在水流方向的投影面积，/>是桥梁基础底面沿水流方向的长度。
当桥梁下部结构出现掏空情况时，所述不均匀沉降危险标度，满足如下计算模型：，其中，/>表示桥梁下部结构出现掏空情况时,桥梁下部结构的不均匀沉降危险标度，/>表示地基容许力，/>表示桥梁下部结构出现掏空情况时,冲刷线和桥梁基础的交点连线中地基最大附加应力,/>表示桥梁基础背水面底边地基最大附加应力，/>表示在/>与/>之间的最大值。
进一步地，当桥梁下部结构未出现掏空情况时，冲刷线和桥梁基础的交点连线中地基最大附加应力，满足如下计算公式：/>，其中，,/>表示桥梁基础底面对背水面底边的有效抵抗矩，/>是桥梁基础底面的有效长度。
在本实施例中，进一步基于上述倾覆危险标度、滑移危险标度以及不均匀沉降危险标度获得对应的综合危险标度，所述综合危险标度满足如下计算公式：，其中，/>表示桥梁下部结构的综合危险标度，/>表示抗倾覆危险标度，/>表示抗滑移危险标度，/>表示不均匀沉降危险标度。
可以理解的是，计算桥梁下部结构的综合危险标度时，抗倾覆危险标度、抗滑移危险标度以及不均匀沉降危险标度等分项危险标度的计算模型，可根据桥梁下部结构所处河流环境进行对应调整。
S03、基于所述危险标度，评估所述桥梁下部结构的风险程度，所述风险程度包括低风险程度、中风险程度以及高风险程度。
进一步地，所述基于所述危险标度，评估所述桥梁下部结构的风险程度，包括如下步骤：设置风险评估规则，并结合所述风险评估规则和所述危险标度评估所述桥梁下部结构的风险程度。
在本实施例中，桥梁下部结构的风险程度具体包括低风险程度、中风险程度以及高风险程度。不同的风险程度可以根据实际需求，通过不同颜色光信号、不同频率的声音信号等信号标识表示，以及时提醒桥梁工程师、维护人员、相关决策者等桥梁工程相关人员桥梁下部结构的风险程度评估结果。
当桥梁下部结构处于低风险程度时，说明桥梁下部结构在汛期受到的冲刷对结构承载能力没有造成明显损伤，结构服役安全裕度充足，在没有其他损伤的情况下，桥梁在汛后仍能保持正常使用。
当桥梁下部结构处于中风险程度时，说明桥梁下部结构受到的冲刷对结构承载能力产生了一定影响，造成了结构服役安全裕度的降低，但目前结构仍能保持安全，桥梁在汛后未经处理而使用时，应当注意通行安全。同时建议在汛后采取加固、维修措施，恢复下部结构基础原有埋深。
当桥梁下部结构处于高风险程度时，说明桥梁下部结构受到的冲刷对结构承载能力产生了严重影响，下部结构发生倾覆、滑移、不均匀沉降等失效的风险高，建议在汛后立即采取加固、维修措施。未经处理前，不应开放该桥交通。
具体地，请参见图3，图3为本发明实施例提供的风险评估规则算法示意图。图3中所述的分项危险标度包括倾覆危险标度、滑移危险标度以及不均匀沉降危险标度。如图3所示，所述风险评估规则包括：
当综合危险标度大于3，且倾覆危险标度、滑移危险标度以及不均匀沉降危险标度均大于2时，判断桥梁下部结构的风险程度为低风险程度。
当综合危险标度大于3，且倾覆危险标度、滑移危险标度以及不均匀沉降危险标度中至少一项小于2且大于1时，判断桥梁下部结构的风险程度为中风险程度。
当综合危险标度大于3，且倾覆危险标度、滑移危险标度以及不均匀沉降危险标度中至少一项小于1时，判断桥梁下部结构的风险程度为高风险程度。
当综合危险标度小于3且大于2时，且倾覆危险标度、滑移危险标度以及不均匀沉降危险标度均大于1时，判断桥梁下部结构的风险程度为中风险程度。
当综合危险标度小于3且大于2时，且倾覆危险标度、滑移危险标度以及不均匀沉降危险标度中至少一项小于1时，判断桥梁下部结构的风险程度为高风险程度。
当综合危险标度小于2且大于1时，且倾覆危险标度、滑移危险标度以及不均匀沉降危险标度均大于1时，判断桥梁下部结构的风险程度为中风险程度。
当综合危险标度小于2且大于1时，且倾覆危险标度、滑移危险标度以及不均匀沉降危险标度至少一项小于1时，判断桥梁下部结构的风险程度为高风险程度。
当综合危险标度小于1时，判断桥梁下部结构的风险程度为高风险程度。
在其他的一个或者一些实施例中，风险程度划分以及风险评估规则可以根据实际情况和需求，进行设置或者调整，以更加满足桥梁下部结构服役性能风险评估需求。
在一个实施例中，请参见图4，图4为本发明实施例所提供的桥梁下部结构性能评估系统结构示意图。如图4所示，本发明提供的桥梁下部结构性能评估系统，包括输入设备、处理器、存储器和输出设备。进一步地，所述输入设备、所述处理器、所述存储器和所述输出设备相互连接，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行桥梁下部结构风险评估方法。
在本实施例中，所述输入设备用于接收来自桥梁下部结构的各种受力数据，包括流水压力、静水压力、水抬升力、漂浮物撞击力、上覆土重力、侧面土压力、结构永久作用力以及基底摩擦力等。所述存储器用于存储计算机程序、系统配置信息以及历史性能评估数据，以支持系统的正常运行和持续优化。进一步地，所述计算机程序包括实现桥梁下部结构性能评估方法的各种算法、模型和规则，用于分析输入数据、计算危险标度和风险程度，并生成输出结果。所述处理器负责执行存储在系统中的计算机程序，对输入数据进行处理、分析，并生成相应的危险标度和风险程度评估结果。所述输出设备用于呈现评估结果，将危险标度和风险程度以可视化的形式展示给工程师、维护人员和决策者。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (10)
1.一种桥梁下部结构性能评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
分析桥梁下部结构的受力状况，所述受力状况包括流水压力、静水压力、水抬升力、漂浮物撞击力、上覆土重力、侧面土压力、结构永久作用力以及基底摩擦力；
根据所述受力状况，评估桥梁下部结构的危险标度，所述危险标度包括倾覆危险标度、滑移危险标度、不均匀沉降危险标度以及综合危险标度；
基于所述危险标度，评估所述桥梁下部结构的风险程度，所述风险程度包括低风险程度、中风险程度以及高风险程度；
所述流水压力的大小满足如下计算模型：，其中，/>表示流水压力，/>表示桥梁下部结构的形状系数，/>表示桥梁下部结构的阻水面积；/>表示水的重度，/>表示汛期流速，/>表示重力加速度；
所述静水压力包括桥梁下部结构迎水面的静水压力、桥梁下部结构背水面的静水压力、以及桥梁基础顶面的静水压力；
桥梁下部结构迎水面和桥梁下部结构背水面的静水压力的大小分别满足如下计算模型：，,其中，/>表示桥梁下部结构迎水面的静水压力，/>表示桥梁下部结构背水面的静水压力，/>表示桥墩在水流方向上的投影宽度，/>表示桥梁基础在水流方向上的投影宽度，/>表示水位线到桥梁基础底面的深度，/>表示桥梁基础的厚度，/>表示桥梁下部结构迎水面的静水压力分布度，/>表示桥梁下部结构背水面的静水压力分布度；
桥梁基础顶面的静水压力的大小满足如下计算模型：，其中，/>表示桥梁基础顶面的静水压力，/>表示桥梁基础的顶面面积，/>表示桥墩的底面面积；
所述水抬升力的大小满足如下计算模型：其中，/>表示水抬升力，/>表示桥梁基础的底面面积；
所述漂浮物撞击力的大小满足如下计算模型：,其中，/>表示漂浮物撞击力，/>表示漂浮物重力，/>表示撞击时间；
所述上覆土重力的大小满足如下计算模型：，其中，/>表示桥梁基础顶面的上覆土重力，/>，/>表示桥墩底面沿流水方向的长度，/>表示桥墩周围的桥梁基础顶面的上覆土重力分布度；
所述侧面土压力包括桥梁下部结构迎水面的侧面土压力和桥梁下部结构背水面的侧面土压力；
桥梁下部结构迎水面和桥梁下部结构背水面的侧面土压力的大小分别满足如下计算模型：，其中，/>表示桥梁下部结构迎水面的侧面土压力，/>表示桥梁下部结构背水面的侧面土压力，/>表示朗肯主动土压力系数，/>表示朗肯被动土压力系数，/>表示河底沙层饱和重度，/>表示天然河床表面与桥梁基础顶面的平均距离，/>表示桥梁下部结构迎水面的局部冲刷深度，表示桥梁下部结构背水面的局部冲刷深度；
所述结构永久作用力包括一个作用在基础底面中心位置的竖向力，以及由桥梁上部结构传递而来的一个绕基础底面中心位置作用的力矩；
所述基底摩擦力的大小满足如下计算模型：，其中，/>表示基底摩檫力，/>表示桥梁下部结构在水流方向的投影面积，/>表示基底土与桥梁基础底面间的摩擦系数，/>表示桥梁基础底面有效长度，/>表示作用在桥梁基础底面上的竖向力的分布度。
2.根据权利要求1所述的桥梁下部结构性能评估方法，其特征在于，所述倾覆危险标度，满足如下计算模型：，其中，/>表示桥梁下部结构的倾覆危险标度，/>表示抗倾覆力矩，/>表示验算系数，/>表示倾覆力矩。
3.根据权利要求2所述的桥梁下部结构性能评估方法，其特征在于，所述抗倾覆力矩为桥梁下部结构背水面的静水压力，桥梁基础顶面的静水压力，上覆土重力，桥梁下部结构背水面的侧面土压力以及结构永久作用力中竖向力的合力矩；
所述倾覆力矩为流水压力，桥梁下部结构迎水面的静水压力，水抬升力，漂浮物撞击力，桥梁下部结构迎水面的侧面土压力以及结构永久作用力中力矩的合力矩。
4.根据权利要求1所述的桥梁下部结构性能评估方法，其特征在于，所述滑移危险标度，满足如下计算模型：，其中，/>表示桥梁下部结构的滑移危险标度，/>表示抗滑移力，/>表示验算系数，/>表示滑移力。
5.根据权利要求4所述的桥梁下部结构性能评估方法，其特征在于，所述抗滑移力为桥梁下部结构背水面的静水压力，桥梁下部结构背水面的侧面土压力以及基底摩擦力在水平方向上的合力；
所述滑移力为流水压力，桥梁下部结构迎水面的静水压力，漂浮物撞击力以及桥梁下部结构迎水面的侧面土压力在水平方向上的合力。
6.根据权利要求1所述的桥梁下部结构性能评估方法，其特征在于，所述不均匀沉降危险标度在桥梁下部结构未出现掏空情况时，满足如下计算模型：，其中，表示桥梁下部结构未出现掏空情况时，桥梁下部结构的不均匀沉降危险标度，/>表示地基容许力，/>表示桥梁下部结构未出现掏空情况时,冲刷线和桥梁下部结构中基础的交点连线中地基最大附加应力；
所述不均匀沉降危险标度在桥梁下部结构出现掏空情况时，满足如下计算模型：，其中，/>表示桥梁下部结构出现掏空情况时,桥梁下部结构的不均匀沉降危险标度，/>表示地基容许力，/>表示桥梁下部结构出现掏空情况时,冲刷线和桥梁下部结构中基础的交点连线中地基最大附加应力,/>表示桥梁基础背水面底边地基最大附加应力，/>表示在/>与/>之间的最大值。
7.根据权利要求1所述的桥梁下部结构性能评估方法，其特征在于，所述综合危险标度，满足如下计算模型：，其中，/>表示桥梁下部结构的综合危险标度，表示抗倾覆危险标度，/>表示抗滑移危险标度，/>表示不均匀沉降危险标度。
8.根据权利要求1所述的桥梁下部结构性能评估方法，其特征在于，所述基于所述危险标度，评估所述桥梁下部结构的风险程度，包括如下步骤：
设置风险评估规则，并结合所述风险评估规则和所述危险标度评估所述桥梁下部结构的风险程度。
9.根据权利要求8所述的桥梁下部结构性能评估方法，其特征在于，所述风险评估规则，包括：
当综合危险标度大于3，且倾覆危险标度、滑移危险标度以及不均匀沉降危险标度均大于2时，判断桥梁下部结构的风险程度为低风险程度；
当综合危险标度大于3，且倾覆危险标度、滑移危险标度以及不均匀沉降危险标度中至少一项小于2且大于1时，判断桥梁下部结构的风险程度为中风险程度；
当综合危险标度大于3，且倾覆危险标度、滑移危险标度以及不均匀沉降危险标度中至少一项小于1时，判断桥梁下部结构的风险程度为高风险程度；
当综合危险标度小于3且大于2时，且倾覆危险标度、滑移危险标度以及不均匀沉降危险标度均大于1时，判断桥梁下部结构的风险程度为中风险程度；
当综合危险标度小于3且大于2时，且倾覆危险标度、滑移危险标度以及不均匀沉降危险标度中至少一项小于1时，判断桥梁下部结构的风险程度为高风险程度；
当综合危险标度小于2且大于1时，且倾覆危险标度、滑移危险标度以及不均匀沉降危险标度均大于1时，判断桥梁下部结构的风险程度为中风险程度；
当综合危险标度小于2且大于1时，且倾覆危险标度、滑移危险标度以及不均匀沉降危险标度至少一项小于1时，判断桥梁下部结构的风险程度为高风险程度；
当综合危险标度小于1时，判断桥梁下部结构的风险程度为高风险程度。
10.一种桥梁下部结构性能评估系统，其特征在于，包括输入设备、处理器、存储器和输出设备，所述输入设备、所述处理器、所述存储器和所述输出设备相互连接，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行如权利要求1至9任一项所述的桥梁下部结构风险评估方法。
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