層次分析法在高速公路混凝土橋梁綜合評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

金鳳溫

(河北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院)

1 前 言

鋼筋混凝土橋梁在其服役期間,因內(nèi)外部因素的影響,會(huì)造成混凝土橋梁不同程度的損傷。一般而言,服役期越長,其損傷就越嚴(yán)重。20世紀(jì) 80年代以來,國內(nèi)外學(xué)者針對橋梁結(jié)構(gòu)的安全性評(píng)價(jià)進(jìn)行了廣泛深入的研究,提出了層次分析法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析法、灰色理論評(píng)價(jià)法、模糊綜合評(píng)判法等。本文以此次檢測工程為依托,以層次分析法為基礎(chǔ),對高速公路混凝土橋梁進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。

大型橋梁作為一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng),影響其安全性的因素眾多,且很復(fù)雜,大多數(shù)因素不能通過定量的方法用函數(shù)關(guān)系表達(dá)出來,而更多的則是依靠專家的經(jīng)驗(yàn)、判斷,同時(shí)對于大型橋梁的安全性評(píng)價(jià),如果不加以分析、簡化,處理起來就很困難。因此,為了便于評(píng)價(jià),我們引入層次分析法將影響大型橋梁工作的各因素條理化、層次化,把對某個(gè)狀態(tài)影響程度相近或聯(lián)系比較緊密的因素放在一起,形成一層,建立起多層的層次關(guān)系結(jié)構(gòu)模型。這樣,復(fù)雜問題被簡單化,我們只要搞清某一層次的某個(gè)指標(biāo)跟與其相關(guān)的上一層次指標(biāo)關(guān)系以及跟與其相關(guān)的下一層次指標(biāo)的關(guān)系即可。一般來說,影響最底層指標(biāo)狀態(tài)的因素相對較少,其實(shí)際狀態(tài)比較容易確定,然后再按照加權(quán)綜合的方法由底層指標(biāo)的狀態(tài)得到上層指標(biāo)的狀態(tài),逐層綜合,得到整座橋梁的狀態(tài)。

2 橋梁概況及檢測結(jié)果

本文選取一座中橋進(jìn)行分析研究,本橋橋梁全長43.04m,設(shè)計(jì)角度 80°,上部結(jié)構(gòu)為 3～13m鋼筋混凝土先簡支后連續(xù)空心板,單幅橫向 9塊;邊板寬 1.635m,中板寬1.45m,板高 0.75m;下部為樁柱式墩臺(tái),基礎(chǔ)采用直徑1.2m鉆孔灌注樁。橋上部結(jié)構(gòu)空心板及鉸縫均采用 30號(hào)混凝土,橋墩、承臺(tái)、樁基礎(chǔ)采用 25號(hào)混凝土;橋面鋪裝結(jié)構(gòu)層為4cm細(xì)粒式瀝青混凝土 +5cm中粒式瀝青混凝土+10cm防水混凝土。設(shè)計(jì)荷載為汽車-超20級(jí),掛-120,設(shè)計(jì)車速120km/h。

該橋常規(guī)檢測結(jié)果見表1。

表1 常規(guī)檢測結(jié)果

梁體混凝土質(zhì)量檢測結(jié)果見表 2。

表2 混凝土強(qiáng)度檢測結(jié)果

表3 混凝土碳化深度檢測結(jié)果

表4 混凝土彈性模量估算結(jié)果

3 模糊層次分析法進(jìn)行實(shí)例分析

3.1 層次分析法

(1)分析問題中各因素之間的關(guān)系,建立遞階層次結(jié)構(gòu),我們稱層次中的各因素為指標(biāo)。

(2)對同一層次的各指標(biāo)以上層次的指標(biāo)為準(zhǔn)則進(jìn)行兩兩比較,構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣。

(3)計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重。權(quán)重的計(jì)算方法主要有和法、方根法、特征根法、對數(shù)最小二乘法和最小二乘法等。和法的應(yīng)用范圍較廣,本文也是采用和法進(jìn)行權(quán)重計(jì)算。

(4)判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)。

3.2 運(yùn)用層次分析法對本中橋進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)

(1)建立遞階層次結(jié)構(gòu)。

根據(jù)層次分析法的原理,將評(píng)價(jià)指標(biāo)按其屬性進(jìn)行分組,各組構(gòu)成遞階結(jié)構(gòu),形成多層次評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。一般層次分析結(jié)構(gòu)可以分為目標(biāo)層 G、準(zhǔn)則層C和方案層 I三層,準(zhǔn)則層C的某些元素對方案層I的某些元素起支配作用,同時(shí)它本身又受到目標(biāo)層G元素的支配。本文所建肖圈干渠中橋評(píng)價(jià)指標(biāo)遞階層次結(jié)構(gòu)如圖 1所示。

(2)建立模糊一致判斷矩陣。

采用0.1～0.9標(biāo)度建立模糊一致判斷矩陣(R=rij)m ×n(滿足rij=rik-rjk+0.5),并計(jì)算元素的權(quán)重值。其中rij表示元素Bi比Bj重要的程度,采用 0.1～0.9給予數(shù)量標(biāo)度,如表 5所示。判斷矩陣計(jì)算結(jié)果見表 6～9。

圖1 肖圈干渠中橋安全評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)

表5 0.1～0.9標(biāo)度

表6 模糊一致判斷矩陣A-B

表7 模糊一致判斷矩陣B1-C

表8 模糊一致判斷矩陣B2-C

表9 模糊一致判斷矩陣B3-C

(3)對該橋各組成部分實(shí)測評(píng)分。

根據(jù)《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范(JTGH11-2004)》,將橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)分為五類,相應(yīng)的評(píng)語集為:一類(完好/良好狀態(tài))、二類(較好狀態(tài))、三類(較差狀態(tài))、四類(差的狀態(tài))、五類(危險(xiǎn)狀態(tài))?，F(xiàn)將此評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)用于移動(dòng)橋梁裝備上,再采用百分制表示為V={v1,v2,v3,v4,v5}= {100,80,60,40,20},檢查人員可按照上述標(biāo)準(zhǔn)對每個(gè)實(shí)測部分進(jìn)行評(píng)分。結(jié)果見表 10。

表10 各組成部分的評(píng)分

(4)確定模糊綜合評(píng)判矩陣。

由隸屬函數(shù)確定模糊綜合評(píng)判矩陣,得各模糊評(píng)判矩陣

橋梁安全性狀況一級(jí)評(píng)判結(jié)果

由一級(jí)評(píng)判結(jié)果可組成二級(jí)評(píng)判矩陣

乘以權(quán)重向量得綜合評(píng)定向量

根據(jù)最大隸屬原則,可知該橋安全狀況屬于三類(較差狀態(tài)),這主要是因?yàn)榱后w表面存在較多微細(xì)裂縫,下翼緣混凝土局部脫落嚴(yán)重,每孔梁體均有主筋暴露,鋼筋銹蝕現(xiàn)象普遍。分析結(jié)果可以看出橋體安全性很低,損壞較嚴(yán)重,應(yīng)進(jìn)行全面維修,必要時(shí)應(yīng)更換構(gòu)件。

從以上分析結(jié)果來看和橋梁檢測試驗(yàn)的結(jié)果較為吻合。

4 結(jié) 論

應(yīng)用層次分析法對混凝土橋梁綜合性能進(jìn)行評(píng)價(jià),其特點(diǎn)是應(yīng)用簡便,基于大量實(shí)測數(shù)據(jù)的綜合評(píng)價(jià)易為評(píng)估者所接受和理解,具有一定的實(shí)用性及客觀性。

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