本文是一篇土木工程论文，本文结合国内外桥梁状态评价相关理论和技术的研究现状，通过对前人学者在桥梁状态评价和物元可拓领域研究的总结，建立了华南沿海地区混凝土梁桥状态评价指标体系，对指标的量化和分级进行了详细说明，采用群体可拓层次分析法和变权理论对指标权重进行求解。
第 1 章 绪论
1.1 研究背景及意义
桥梁建设的发展过程可以概括性地分为三个阶段，从“新建为主”阶段到“建养并重”阶段，再到“养修为主”阶段[1]。“新建为主”阶段伴随着一个国家的社会经济条件的发展，这一时期内，政府为缓解交通出行压力大量兴建交通基础设施，而交通基础设施的完善进一步促进了产业的发展，产业的进一步发展与升级对交通基础设施的要求也越来越高，因此，这个阶段新建桥梁的增量达到峰值。同时，因桥梁运营期普遍较短，出现病害和需要维修加固的桥梁数量较少，桥梁的状态普遍处于较为安全的水平。在“建养并重”阶段，随着交通基础建设进度的相对放缓，新建桥梁的增量也逐渐放缓，由于桥梁运营时长的增长，桥梁性能老化，越来越多的桥梁需要采取维修加固措施才能延续其使用寿命。到达“养修为主”阶段时，交通基础设施及路网密度能充分满足社会经济持续发展和居民出行的交通需求，基础设施建设进入了尾声，新桥数量就逐步停止增长了，而需要维修加固的桥梁数量达到峰值，部分桥梁到达其寿命期限无法继续使用而被拆除。
目前，我国的桥梁建设正处于“建养并重”阶段，随着社会经济发展，产业人口聚集，出行率增加以及行车密度加大，对桥梁的使用功能要求也越来越高。部分桥梁由于建造时间较为久远，设计标准较低，在荷载标准或建造技术等方面已不能满足社会对其使用功能的需要。同时，桥梁在运营过程中受环境因素和荷载作用影响，出现构件破损和结构病害，使得到桥梁通行能力受损，进一步危及桥梁的运营安全。近年来我国在役桥梁的安全事故时有发生，仅2021年这一年内就有江苏省南通市的九圩港英雄大桥、江苏省丹阳市的老黄埝桥、黑龙江省哈尔滨市的新兴大桥以及湖北省鄂州市的大广高速花湖互通D匝道桥在运营期发生倒塌。桥梁结构形体庞大且投资巨大，当其遭受损毁或破坏时，则会使国家遭受难以挽回的巨大社会影响和经济损失。对众多桥梁在运营期间发生的事故原因进行统计和分析发现，除设计和施工存在缺陷、货车超限超载等原因外，桥梁管养水平低和养护措施不到位是桥梁发生事故的重要原因之一。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 桥梁状态评价
对桥梁状态的研究最早起于1980年的英国发表的《既有结构的评估》，随着 1981年，经济合作与发展组织(OBCD)召开了《关于道路桥梁维修管理国际会议》，1990、1993 和1996年，在英国召开了三次国际性桥梁管理会议。随后美、英、加拿大等国先后颁布了桥梁评估规范或文件。我国也积极开展桥梁评估方面的研究工作，并将颁布了相应的行业规范。
到目前为止，各国学者对桥梁状态的定义还没有达成共识。原因在于：桥梁状态的描述是基于特定的信息和特定的评价方法，是一个较为主观的信息量。工程上从生物学领域引入“健康状态”一词，将桥梁系统工作状态划分为多个等级，来描述系统的多值状态。曹明澜指出桥梁状态是由一组物理量来表征桥梁系统所处的状况，是指桥梁结构在预设的时间和使用条件下所具有的工作性能[3]。郭大进认为桥梁状态应从管理者、建设者、使用者三方不同侧重点加以权衡[4]。文献[5-8]指出桥梁状态可以用桥梁可靠性表征，通常包含安全性、适应性、耐久性三个方面。
第 2 章 桥梁状态评价相关理论
2.1 桥梁状态评价的内涵
桥梁状态是指满足相关规范规定的标准和潜在标准的特征，反映了桥梁的健康状况和满足相应需求的能力。桥梁状态与人的健康状况类似，取决于先天条件和后天条件，先天条件指的是桥梁结构的原始性能，是指设计和施工阶段确定的桥梁结构的性能水平，包含桥梁物理性能和化学性能。结构损伤容限的观点认为桥梁的破坏是由其存在的初始缺陷长期经受外力作用，由量变到质变的损伤累积造成的。桥梁的初始缺陷来源于设计、材料加工与制造以及现场施工各个环节。对于混凝土结构桥梁，混凝土材料从微观上来看是细观非匀质材料,即使是在标准养护条件下，在其强度在未达到设计强度之前，骨料与水泥浆的黏结界面上就有细小的微裂纹，这为运营期内桥梁产生裂缝埋下了隐患。后天条件即外部作用，是指桥梁运营期间长期遭受各种人为因素和自然环境因素对桥梁的作用，从而导致原始损伤的显现，进而导致桥梁使用性能的退化。
桥梁状态评价属于综合评价的范畴。所谓综合评价，是指对多种因素影响的事物或现象进行总体评价，换而言之，就是在评价事物时，应兼顾各个方面，都必须对多个相关因素作综合考虑。桥梁状态评价是根据桥梁运营环境及构件存在的典型病害，建立桥梁状态评价指标体系和评价模型，然后对桥梁进行针对性的检查和检测得到一系列初始数据，通过将数据导入评价模型来获取桥梁当前状态的本质信息，以此来判断桥梁能否满足相关标准和规范规定的要求，是进行桥梁养护、维修、加固、构件更新等决策的基础。桥梁状态评价如同医生巡诊，其主要任务是通过对桥梁进行量身定制的检查，寻找桥梁自身存在的各种病害，通过对病害形成原因进行分析，为桥梁的维修、改造和加固决策提供理论参考。其最终目的是在桥梁结构(或构件)维持在相关标准和规范规定的安全状态的基础上将有限的桥梁维护资金作最优分配，获得最大化的社会和经济效益。
2.2 桥梁状态评价方法
2.2.1 专家系统评价法
桥梁专家系统评价法是利用计算机系统模拟专家的决策过程，从而对桥梁状态进行综合评价。专家系统评价方法可以帮助总结专家经验和发挥群体决策优势，对于难以通过数值模型计算得到的指标可用此法评价，随之AI技术的发展，专家系统是桥梁状态评价的理想方法。但由于专家系统存在开发时间长、成本高、对数据处理要求比较高的缺点，同时专家系统给的是连带可信度估计的定性评价结论，对桥梁维护决策的影响通常上是辅助性的，尚未真正进入工程应用阶段。
2.2.2 基于规范的评价方法
我国现行行业标准和规范[43-47]均对桥梁状态评价具体评价方法和操作流程进行了相应的说明，各规范虽然对于桥梁状态评价的流程在细节上稍有区别，但均是采取分类对各构件的缺损和病害情况进行打分评级，然后代入评价模型得到桥梁整体状况，或以主要部件最差评级确定桥梁整体状况的方法。基于规范的桥梁状态评价方法具有层次性、系统性和适用性，易于工程技术人员进行操作和执行，执行的成本也较低。但是该法对于桥梁构件病害及损伤程度的识别易受技术人员经验和专业水平的影响，同时该法指标的选取不够全面，指标权重也无法调整，评价结果的准确度有待进一步提高。
第3章 华南沿海地区混凝土梁桥状态评价指标体系 ........................ 15
3.1 运营环境及病害分析 ......................... 15
3.1.1 运营环境分析 ......................... 15
3.1.2 病害分析 ........................... 15
第4章 华南沿海地区混凝土梁桥状态评价指标的权重 .................... 26
4.1 基于群体可拓层次分析法的赋权方法 ..................... 26
4.1.1 可拓区间数矩阵的构造 ............................. 27
4.1.2 专家权重的确定 ................................ 28
第5章 华南沿海地区混凝土梁桥的状态评价模型 .................... 34
5.1 物元可拓模型的优势 .................................. 34
5.2 改进的物元可拓模型 ........................... 34
第 6 章 实例分析
6.1 工程概况
为了对本文的评价方法进行验证，选取华南沿海地区的某混凝土梁桥（以下称为一号桥）作为本文的工程实例分析。一号桥于2010年6月份通过竣工验收正式投入运营使用，该桥所在道路的设计等级为主干路，设计速度60km/h，双向八车道。桥梁全长127.08m，桥宽40m，分为左右两幅，其中单幅机动车道宽16.75m，人行道宽2.75m。桥跨布置为4×30m，一号桥桥型布置立面图及平面图如下图所示。
该桥上部结构形式为结构简支桥面连续小箱梁桥。桥墩采用方形盖梁下接圆柱墩的形式，桥台为重力式桥台。桥面铺装为10cm沥青混凝土，桥梁两端设置单缝式伸缩缝，桥梁人行道外侧设置钢结构护栏，车行道外侧设置混凝土防撞护栏，全桥支座为板式橡胶支座。
结论与展望
桥梁状态评价是桥梁管养部门进行桥梁维护决策的基础，本文结合国内外桥梁状态评价相关理论和技术的研究现状，通过对前人学者在桥梁状态评价和物元可拓领域研究的总结，建立了华南沿海地区混凝土梁桥状态评价指标体系，对指标的量化和分级进行了详细说明，采用群体可拓层次分析法和变权理论对指标权重进行求解，同时对传统物元可拓模型进行了改进，并运用于华南沿海地区混凝土梁桥的状态评价中，得到了如下结论：
（1）桥梁状态评价是根据桥梁运营环境及构件存在的典型病害，建立桥梁状态评价指标体系和评价模型，然后对桥梁进行针对性的检查和检测得到初始数据，通过将数据导入评价模型来判断桥梁能否满足相关标准和规范规定的要求。
（2）通过对华南沿海地区桥梁运营环境的调研，发现该区域受近海和亚热带季风气候影响，具有相对湿度偏高、酸性离子浓度较高，降水量大，受潮汐、浪溅及海风作用等自然环境特点。同时该区域华南沿海地区经济发达，人口聚集，产业繁荣，交通便利，社会日益增长的需求和桥梁运营周期内所能提供的有限功能之
