大跨PC連續(xù)梁橋施工監(jiān)控評價研究

張謝東 馬 彪 羅茂盛 郭子儀

（武漢理工大學交通學院1） 武漢 430063） （呼和浩特市公路工程局有限責任公司2） 呼和浩特 010070）（內(nèi)蒙古交通設(shè)計研究院有限責任公司3） 呼和浩特 010010）

0 引 言

大跨徑PC連續(xù)梁橋通常采用節(jié)段施工法，橋梁的最終建成需經(jīng)歷一個懸臂施工過程以及結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換過程.通過對橋梁施工過程的監(jiān)測與控制，可使橋梁各階段結(jié)構(gòu)狀態(tài)（內(nèi)力狀態(tài)和線形狀態(tài)）接近設(shè)計確定的理想狀態(tài).如果大跨徑PC連續(xù)梁橋施工監(jiān)控方法不當或者效果不好，造成主梁內(nèi)力分配不合理和線形不平順，將會影響橋梁的正常使用和美觀.因此，對橋梁施工監(jiān)測和控制效果的好壞進行綜合評價能使我們判斷橋梁的施工是否達到項目預期的效果，通過分析評價的結(jié)果找出施工成敗的原因，為業(yè)主和管理部門真實地反饋信息.基于層次分析法（analytic hierarch process，AHP）的模糊綜合評價方法是一種將定性分析與定量分析結(jié)合的評價方法，本文采用該方法對內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市沿黃一級公路上一座大跨PC連續(xù)梁橋施工監(jiān)控效果進行評價，檢驗該評價方法可行性，并將該橋梁施工監(jiān)控評價方法編制成程序，便于其他大型橋梁施工監(jiān)控評價.

1 監(jiān)控評價理論及方法

采用合適的評價方法能夠準確地對監(jiān)控效果進行評價，基于層次分析法的模糊綜合評價方法是一種能夠?qū)⒈O(jiān)控評價這樣半定性半定量問題轉(zhuǎn)化成定量計算問題的有效方法.通過采用關(guān)聯(lián)分析法可分析橋梁監(jiān)控中大量實測數(shù)據(jù)與理論值之間的近似程度來對各監(jiān)控評價指標評分，繼而采用層次分析法確定指標權(quán)重進行模糊綜合評價.

1.1 基于層次分析的模糊綜合評估

基于層次分析的模糊綜合評估的基本思路如下：首先將橋梁施工監(jiān)控效果的影響因素分解成不同層次的因素集U＝｛u1，u2，…，un｝，每一因素集對應(yīng)的權(quán)重為A＝｛w1，w2，…，wn｝.然后建立評語集V＝｛v1，v2，v3，v4，v5｝.再應(yīng)用關(guān)聯(lián)分析法對監(jiān)控評價指標評分，并應(yīng)用不確定型AHP法的群組判斷確定權(quán)重分配矩陣.再根據(jù)文獻［3］應(yīng)用模糊隸屬度函數(shù)模糊化處理得到指標的模糊評價矩陣R＝（rij）n×5.最后應(yīng)用公式B＝A?R進行模糊綜合評估，其中選用模糊算子（＊，＋）進行模糊合成運算.

采用不確定型層次分析法計算評價指標權(quán)重向量A的具體步驟［1－3］如下.

根據(jù)n個指標的兩兩重要性比較，構(gòu)造不確定型判斷矩陣.兩兩判斷采用“1～9”區(qū)間標度，采用區(qū)間數(shù)［aij，bij］對2個指標重要性比較，得到兩兩比較構(gòu)造的上三角的區(qū)間數(shù)判斷矩陣.根據(jù)互反性質(zhì)寫出區(qū)間數(shù)判斷矩陣下三角的元素.根據(jù)文獻1構(gòu)造一致性數(shù)字矩陣M＝（mij）n×n并檢查其一致性，計算n個指標的權(quán)重構(gòu)成的權(quán)重向量A＝［w1，w2，…，wn］.式中：wj對于復雜的系統(tǒng)，當采用多個專家評判時可應(yīng)用文獻［1］中AHP法的群組判斷求權(quán)重矩陣.

應(yīng)用MATLAB（R2009a）將該評價方法編制成程序1.

1.2 關(guān)聯(lián)分析法與監(jiān)控效果溯因

在橋梁施工過程的監(jiān)測與控制中可采集評價指標的大量實測數(shù)據(jù)，應(yīng)用關(guān)聯(lián)分析法對監(jiān)控數(shù)據(jù)分析可對監(jiān)控評價指標評分.應(yīng)用鄧聚龍教授提出的灰色系統(tǒng)理論中鄧氏關(guān)聯(lián)度對評價指標分析可作為指標評分的一種可信的方法.應(yīng)用該方法可對比較序列和參考序列之間的關(guān)聯(lián)程度量化，達到評分的目的.根據(jù)文獻［2］中鄧氏關(guān)聯(lián)度的計算方法，應(yīng)用 MATLAB（R2009a）將此關(guān)聯(lián)分析法編制成程序2.

橋梁最終建成后主梁線形是否平順取決于成橋線形與理論線形的相關(guān)程度，在全橋預應(yīng)力鋼束張拉完，箱梁頂面各種施工荷載全部清理完畢后，通過調(diào)整箱梁混凝土表面調(diào)平層實際鋪裝厚度或?qū)o調(diào)平層箱梁表面采取一定的施工處理，并結(jié)合線形坡度的調(diào)整保證成橋線形平順.箱梁混凝土表面理論高程與實測高程之間的關(guān)聯(lián)度反映了橋梁施工線形控制的整體成敗，同時，關(guān)聯(lián)系數(shù)較小的部分斷面反映了施工線形效果較差的施工階段，結(jié)合這些斷面立模標高復測理論與實測值間關(guān)聯(lián)度的分析，進而判斷箱梁截面幾何尺寸偏差的原因.箱梁控制截面混凝土在各施工階段實測應(yīng)力值與計算值之間的關(guān)聯(lián)度反映了各階段應(yīng)力監(jiān)測的效果，對關(guān)聯(lián)度較小的施工階段的預應(yīng)力張拉記錄和施工狀況分析，進而判斷應(yīng)力控制出現(xiàn)較大誤差的原因.

2 210分離式立交橋施工監(jiān)控評價

210分離式立交橋為沿黃一級公路跨越210高速和210國道分離立交橋.橋?qū)挒?×（0.8m＋凈－11.50m＋0.5m），分離式斷面，橋梁跨徑組成：45m＋70m＋45m＋20m＋45m＋70m＋45m＝340m（見圖1），其中主橋為3跨變截面連續(xù)梁橋45m＋70m＋45m，主橋箱梁為變截面單箱單室箱梁，懸澆施工.分離式立交橋上部結(jié)構(gòu)施工中：箱梁與主墩臨時固結(jié)形成2個T構(gòu)，每個T構(gòu)分9施工節(jié)段，采用掛籃懸臂現(xiàn)澆法分段對稱、獨立施工.全橋合龍順序為：（1）兩邊跨合龍；（2）中跨合龍；（3）二期恒載，以此順序進行施工.

2.1 建立評價層次體系

210分離式立交橋采用掛籃懸臂灌注施工，在上部結(jié)構(gòu)施工中箱梁與1＃，2＃，5＃，6＃主墩臨時固結(jié)，共4個T構(gòu).該橋施工監(jiān)測的目的就是在懸臂施工過程中，通過監(jiān)測主梁結(jié)構(gòu)在各個施工階段的應(yīng)力和變形來達到及時了解結(jié)構(gòu)實際行為的目的［4－7］.根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，首先確保結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定，其次保證結(jié)構(gòu)的受力合理和線形平順.監(jiān)測的主要內(nèi)容包括變形控制和應(yīng)力監(jiān)測.

圖1 210高速分離立交橋布置圖（單位：m）

根據(jù)橋梁施工監(jiān)控的具體內(nèi)容，建立如圖2所示的大跨PC連續(xù)梁橋監(jiān)控評價層次體系.

圖2 大跨PC連續(xù)梁橋監(jiān)控評價層次體系

2.2 采用關(guān)聯(lián)分析法評價底層指標

210分離式立交橋分為左右2幅，本文僅評價該橋左幅監(jiān)控效果.應(yīng)用程序2計算各指標實測數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)度，進行評分.以評價體系第三層中因素u2即施工各階段線形控制理論與實測數(shù)據(jù)對比分析為例，選擇該橋左幅2＃T構(gòu)邊跨合攏段張拉階段.運行程序，輸入梁頂高程理論值即參考序列x0，梁頂高程實測值即比較序列xi，分辨率ρ取值為0.5.該階段線形理論值與實測值對比分析見表1.

表1 左幅2＃T構(gòu)邊跨合攏段張拉階段線形理論值與實測值對比

程序2計算得該橋左幅2＃T構(gòu)邊跨合攏段張拉階段理論值與實測值關(guān)聯(lián)度為0.76，通過分析關(guān)聯(lián)系數(shù)較小的截面S1，S2，S8，得出導致S1，S2截面關(guān)聯(lián)系數(shù)較小的原因是墩頂高程比設(shè)計值低2cm，結(jié)合S8斷面立模標高復測理論與實測值關(guān)聯(lián)度為0.81并檢查結(jié)構(gòu)截面幾何形狀數(shù)據(jù)得出關(guān)聯(lián)系數(shù)較小原因在于該斷面上蓋板施工厚度比設(shè)計厚度少1cm.

應(yīng)用程序2計算該T構(gòu)其他施工階段理論值與實測值關(guān)聯(lián)度，取平均值可得左幅2＃T構(gòu)理論值與實測值關(guān)聯(lián)度為0.83.同理，對1＃，5＃，6＃T構(gòu)理論值與實測值關(guān)聯(lián)度計算，取4個T構(gòu)平均值得因素u2的關(guān)聯(lián)度為0.81.

根據(jù)各因素理論值與實測值之間的關(guān)聯(lián)度建立評語集V＝｛v1，v2，v3，v4，v5｝，分別對應(yīng)監(jiān)控效果優(yōu)秀、良好、中等、合格、不合格5級，對應(yīng)關(guān)系采用關(guān)聯(lián)度轉(zhuǎn)化為百分制評分，10分一級，不足60為不合格.

采用同樣計算思路，應(yīng)用程序2對底層其他5個因素的關(guān)聯(lián)度計算，則底層6個因素關(guān)聯(lián)度分別為γ1＝0.79，γ2＝0.81，γ3＝0.83，γ4＝0.81，γ5＝0.76，γ6＝0.85，對應(yīng)百分制評分為u1為79，u2為81，u3為83，u4為81，u5為76，u6為85，即底層各因素監(jiān)控效果為中等、良好、良好、良好、中等、良好.

2.3 模糊綜合評價分析

根據(jù)210分離式立交橋項目現(xiàn)場調(diào)研并結(jié)合文獻4研究影響該橋監(jiān)控效果的因素，建立第3層對第2層的不確定型權(quán)重判斷矩陣（U1－u1，u2，u3）和（U2－u4，u5，u6）.

將判斷矩陣輸入程序1，程序顯示一致性均滿足要求，得底層二級因素集的權(quán)重向量：

根據(jù)關(guān)聯(lián)分析法的評分結(jié)果確定指標對評語的符合程度的區(qū)間數(shù)，輸入程序1，可得底層模糊關(guān)系矩陣和二級模糊運算結(jié)果：

根據(jù)文獻［4］，假定U1和U2同等重要，權(quán)重均為0.5.再進行一級模糊運算得210分離式立交橋左幅監(jiān)控評價結(jié)果B＝（00.62 0.38 0 0），根據(jù)最大隸屬度鄰近判別法，此橋左幅施工監(jiān)控效果達到良好等級（0.62）中等 （0.38）.采用直接加權(quán)平均計算得此橋監(jiān)控效果評分G＝0.5×（0.362 7×79＋0.392 3×81＋0.245 0×83）＋0.5×（0.447 1×81＋0.335 2×76＋0.217 7×85）＝80.48，屬于良好等級.本文采用評價方法結(jié)果與直接加權(quán)平均的結(jié)果基本一致，說明了采用此評價方法的可行性，本文編寫的大跨PC連續(xù)梁橋監(jiān)控評價程序?qū)嵱?

3 結(jié)束語

通過對大跨PC連續(xù)梁橋施工監(jiān)控評價進行研究，本文采用對監(jiān)控評價指標的理論值與實測值進行關(guān)聯(lián)分析，找出誤差較大的施工階段進行原因分析并對指標監(jiān)控效果評分并進行分級，并結(jié)合基于層次分析的模糊綜合評估對橋梁施工監(jiān)控整體效果評價.應(yīng)用該方法成功的對210分離式立交橋左幅的監(jiān)控效果進行了綜合評價，結(jié)果合理，因此，可以認為該方法可用于大跨PC連續(xù)梁橋監(jiān)控評價.應(yīng)用 MATLAB（R2009a）基于本文采用的監(jiān)控評價原理編寫了大跨PC連續(xù)梁橋監(jiān)控評價程序，通過實例應(yīng)用分析檢驗了該程序的應(yīng)用效果，表明該程序可應(yīng)用于其他大型橋梁的監(jiān)控評價.在本文編寫的監(jiān)控評價程序引入了AHP的群組判斷，本文僅采用了鄧氏關(guān)聯(lián)度進行評分，可以結(jié)合其他關(guān)聯(lián)分析法以及多個專家的評分，進行群組判斷，進一步完善該監(jiān)控評價方法，使該評價方法更科學.

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