基于AHP-變權綜合評價法的斜拉橋健康狀態(tài)評估

雷麗萍 鄧淑飛

(中交第二公路勘察設計研究院有限公司，湖北武漢 430065)

近年來，關于橋梁倒塌的新聞屢見不鮮。處在運營期的橋梁，會受到環(huán)境以及交通荷載的作用，再加上人為因素和材料自身的退化，會導致結構不同程度的損傷，經過時間的積累會給橋梁自身的安全性帶來很大的威脅［1］。對運營期的橋梁結構進行評估，就是利用特定信息客觀的分析橋梁的安全性，為橋梁的維護、加固提供科學依據，使管理者能及時的采取有效的維護措施。

1 斜拉橋評估指標體系的建立

橋梁的健康狀態(tài)評估已經引起越來越多專家學者的注意，國內外也有很多相關評估方法的研究［2-4］。橋梁健康評估的方法大致可以分為兩類:一類是面向中小橋梁以承載能力評估為主的結構安全性評估，主要有基于外觀調查法和專家經驗評定法，另一類是對大型橋梁的健康狀態(tài)評估，方法主要有層次分析法、灰色關聯(lián)度評估法等。對于不同的領域，各種評估方法都有一定的優(yōu)缺點，利用各方法之間的優(yōu)勢去彌補各自的不足可以有效的對評估對象進行客觀有效的評估。本文主要根據斜拉橋養(yǎng)護規(guī)范監(jiān)測項目的要求來確定評估內容。以斜拉橋長期健康監(jiān)測的數據指標為基礎，對斜拉橋的健康狀況作全面系統(tǒng)的評估。

根據大型斜拉橋的結構特點，將斜拉橋的健康狀態(tài)評估指標進行層次劃分，可分為主塔、斜拉索、主梁以及附屬設施等上層指標，各上層指標又可劃分為若干下屬指標。為了能夠增加評估的客觀性和準確性，將一些人工檢測指標也加入到綜合評估體系中。斜拉橋健康狀態(tài)綜合評估層次模型見圖1。

圖1 斜拉橋健康狀態(tài)評估體系

在圖1中可以看到由評估目標、評估對象以及相應指標組成了一個多層次的評估模型。

2 基于變權理論的權重的建立

本文采用基于AHP-變權綜合方法來對斜拉橋健康狀態(tài)進行綜合評估。斜拉橋健康狀態(tài)評估是一個復雜的系統(tǒng)，往往評估模型中的權重較小的指標對綜合評價結果有較大的影響，為了綜合反映出斜拉橋各種狀態(tài)評估的均衡性，采用變權綜合評估法可以有效的提高小權重指標對評估結果精度，基于AHP-變權綜合評價法可以更加客觀的對斜拉橋的健康狀態(tài)進行綜合評估。

常權綜合模式:

修正為變權模式:

其中，V0，V均為評價值;w(0)j為第j個指標的權重;wj為變權后的權重;xj為第j個指標的評估值。

根據前文建立的斜拉橋健康狀態(tài)評估體系，見圖1。根據該層次評估模型，采用專家打分法可以依次求出評估模型中各指標的初始權重，同時通過對底層指標的監(jiān)測數據進行打分，進行標準化處理后，可利用式(3)得到底層的綜合評估值。

其中，Vi為橋梁健康狀態(tài)評估模型第i層的評估值;Wi為評估模型第i層指標的權重值;Ri為評估模型第i層指標的評語打分。根據式(3)依次對各層進行綜合評估，可得到各層的評估值Vi，最后得到了橋梁健康狀態(tài)的綜合評估值V。斜拉橋健康狀態(tài)評估的流程見圖2。

圖2 斜拉橋健康狀態(tài)綜合評估邏輯流程圖

3 工程實踐應用

3.1 工程概況

某長江大橋全長4 657 m，大橋主橋結構為(98+196+504+196+98)m的雙塔三索面鋼桁梁斜拉橋。主梁為板桁結合鋼桁梁，上弦中部756 m范圍是鋼正交異性板橋面，兩端各168 m范圍是混凝土結合板橋面。每個主塔及橋墩處三片主桁下均設有豎向剛性支座，縱向為活動，在兩主塔處主塔橫梁與三片主桁之間設縱向液壓阻尼支座，主塔采用倒Y形混凝土結構，對于該橋在運營期的健康狀態(tài)評估十分必要。

3.2 斜拉橋的健康狀態(tài)評估

根據前文構建的斜拉橋綜合評價模型，通過多位相關專家對評價指標進行打分，代入到式(3)，并通過一致性檢驗，將部分結果列表如表1所示。

由表1可以看出，斜拉橋健康狀態(tài)評估體系中權重較小的指標，如支座損傷、鋼結構銹蝕等，通過變權理論，我們可以得到一個較為均衡的指標權重。由式(1)，式(2)，對均衡函數α分別進行取值，分情況對評價結果比較分析，見表2。

表1 某斜拉橋健康狀態(tài)評估指標初始權重表

表2 某斜拉橋健康狀態(tài)評估結果隨著α的變化情況表

從表2可以看出，采用變權綜合方法可以更加真實的反映出斜拉橋健康狀態(tài)評估的準確性，當α取值越小，說明橋梁對其局部構件的損傷或缺陷的包容性越差。

采用AHP-變權理論，我們可以從斜拉橋健康狀態(tài)評估指標體系中看出各指標的權重，為橋梁的健康維護工作起到了向導的作用，尤其是評價結果相對較差的指標，相關部門要對其加以重視。

4 結語

運用AHP-變權綜合評價法對某斜拉橋的健康狀態(tài)進行綜合評估，增加了評估結果的準確性。結合該斜拉橋的結構特點，從橋梁主要構件上建立層次模型，評價指標全面的考慮各種因素，采用變權理論評價指標進行了均衡，使評估結果更加真實客觀，及時為橋梁管理維修和加固提供科學可靠的決策依據，保證橋梁的安全使用，證明了該方法的有效性和先進性，具有一定的現實意義。

［1］潘黎明，史家鈞.橋梁安全性與耐久性綜合評估研究［J］.上海市政工程，1997，4(4):11.

［2］Z.H.Zong，T.L.Wang，D.Z.Huang，et al.State-of-the-art report of bridge health monitoring［J］.Journal of Fuzhou University(Natural Science)，2002，30(2):127-147.

［3］H.G.Natke，H.Doll，P.Hildebrandt，et al.Bridge Condition Assessment Using An Expert System［J］.Structural Engineering Review，1995，7(3):165-180.

［4］胡 雄.拉索橋梁安全性與耐久性評估的專家系統(tǒng)設計［J］.應用力學學報，1998，15(4):12.

［5］陸亞興.橋梁缺損狀況評價方法［J］.中國公路學報，1996，9(3):9.

［6］王有志.已建橋梁主梁在復合受力狀態(tài)下的評估指標計算［J］.華東公路，2001，6(133):12.

［7］王永平.橋梁使用性能模糊評估專家系統(tǒng)［J］.中國公路學報，1996，9(2):6.

［8］張永清.用層次分析法評價橋梁的安全性［J］.西安公路交通大學學報，2001，21(3):7.