淺析橋梁狀態(tài)評(píng)估及養(yǎng)護(hù)管理方法

牛相勇

(新疆阿克蘇公路管理局烏什分局)

淺析橋梁狀態(tài)評(píng)估及養(yǎng)護(hù)管理方法

牛相勇

(新疆阿克蘇公路管理局烏什分局)

首先分析橋梁的各種狀態(tài)，并針對(duì)新疆地區(qū)的特殊環(huán)境有針對(duì)性的提出模糊層次分析法評(píng)估橋梁狀態(tài)，針對(duì)評(píng)估結(jié)果，提出相應(yīng)的橋梁養(yǎng)護(hù)管理方法。

橋梁;狀態(tài)評(píng)估;養(yǎng)護(hù);管理

作者信息：牛相勇(1982-)，男，助理工程師，從事道路與橋梁施工技術(shù)研究。

1 引言

橋梁是公路的重要組成部分，公路技術(shù)狀況指數(shù)有一個(gè)公式，即MQI=PQI+SCI+BCI+TCI，其中MQI指公路技術(shù)狀況指數(shù)，PQI指路面使用性能指數(shù)，SCI指路基狀況指數(shù)，BCI指橋隧構(gòu)造物技術(shù)狀況指數(shù)，TCI則指沿線設(shè)施技術(shù)狀況指數(shù)。而在《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》中明確規(guī)定了包含5類(lèi)橋梁的公路技術(shù)狀況為0，這充分體現(xiàn)了橋梁養(yǎng)護(hù)對(duì)于公路技術(shù)狀況的重要性。所以橋梁養(yǎng)護(hù)不但對(duì)于橋梁本身，即使是對(duì)于公路都十分重要，而做好橋梁養(yǎng)護(hù)管理有利于做好橋梁養(yǎng)護(hù)工作。并且如何有針對(duì)性的對(duì)橋梁進(jìn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)也是橋梁養(yǎng)護(hù)中必不可少的研究?jī)?nèi)容。首先分析橋梁的各種狀態(tài)，并針對(duì)新疆地區(qū)的特殊環(huán)境有針對(duì)性的提出模糊層次分析法評(píng)估橋梁狀態(tài)，針對(duì)評(píng)估結(jié)果，提出相應(yīng)的橋梁養(yǎng)護(hù)管理方法。

2 橋梁狀態(tài)評(píng)估

2.1 橋梁的狀態(tài)

橋梁需要一個(gè)良好的環(huán)境來(lái)保證橋梁的有效使用，避免事故的發(fā)生，對(duì)于橋梁養(yǎng)護(hù)尤其是橋梁加固來(lái)說(shuō)，在通常情況下，需要考慮以下幾方面問(wèn)題：(1)承載能力不足;(2)正常使用能力不足;(3)設(shè)計(jì)、施工不合理;(4)維修養(yǎng)護(hù)及加固措施不當(dāng);(5)自然老化;(6)人為及外力因素引起的結(jié)構(gòu)損壞;(7)超負(fù)荷運(yùn)營(yíng);(8)超期服役。

2.2 橋梁的指標(biāo)體系

為了對(duì)橋梁進(jìn)行有效的橋梁狀態(tài)評(píng)估，首先必須明確橋梁狀態(tài)評(píng)估的指標(biāo)體系。橋梁狀態(tài)對(duì)于不同的橋梁有所不同，因?yàn)閷?duì)于不同的橋梁，橋梁構(gòu)造材料、橋梁構(gòu)建種類(lèi)、橋梁荷載傳遞形式、橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)都有所不同，正如世界上沒(méi)有兩片相同的樹(shù)葉一樣，世界上也不可能存在兩個(gè)同樣的橋梁。但是橋梁按照橋梁的使用狀況可以分析新橋梁、穩(wěn)定期橋梁、衰退期橋梁以及退役期橋梁，按照橋梁的結(jié)構(gòu)型式可分為簡(jiǎn)支梁橋，連續(xù)梁橋，剛構(gòu)橋，拱橋，斜拉橋，懸索橋等。本文的研究不能面面俱到，如圖1所示，主要對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)層次進(jìn)行劃分來(lái)明確橋梁狀態(tài)評(píng)估的指標(biāo)體系。

2.3 模糊層次分析法

模糊信息處理方法是一種有效的數(shù)學(xué)方法，它可以對(duì)混亂的信息進(jìn)行整合處理，對(duì)于橋梁不同位置，不同語(yǔ)言描述的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，例如在對(duì)于橋梁某個(gè)部位的狀態(tài)進(jìn)行描述時(shí)可以分為“良”、“好”和“差”，也可以進(jìn)行分級(jí)描述，如從一級(jí)到十級(jí)。表面看來(lái)這些評(píng)價(jià)方式都沒(méi)有問(wèn)題，但是在對(duì)于橋梁整體評(píng)價(jià)過(guò)程中很難對(duì)這些繁瑣的數(shù)據(jù)進(jìn)行完全整合，我們難以明確“良”和“一級(jí)”的關(guān)系如何，但是模糊層次分析法可以對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行整合處理以達(dá)到對(duì)橋梁整體進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估的目的。

模糊層次分析法對(duì)橋梁狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估主要有五個(gè)步驟。

(1)確定橋梁狀態(tài)評(píng)估的各方面因素

為了對(duì)橋梁狀態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)估必須確定橋梁的下層指標(biāo)，對(duì)于不同地區(qū)、不同環(huán)境，對(duì)于橋梁下層指標(biāo)的選取不同，模糊層次分析法要求首先選定所需的下層指標(biāo)，建立下層指標(biāo)的因素集，如U=［下部結(jié)構(gòu)、主梁、吊桿、附屬設(shè)施、承載能力、動(dòng)力特性］，記為 U=［u1，u2，u3，u4，u5，u6］。

(2)確定橋梁狀態(tài)評(píng)估的各因素的權(quán)重

確定橋梁狀態(tài)評(píng)估過(guò)程中各因素的權(quán)重的方法有很多，不一一說(shuō)明。

(3)對(duì)于橋梁因素集的各因素進(jìn)行評(píng)價(jià)

如上文所述，這種對(duì)于橋梁下層指標(biāo)的評(píng)價(jià)包括“良”、“好”和“差”，也可以進(jìn)行分級(jí)描述，如從一級(jí)到十級(jí)。這樣可以建立橋梁因素集的評(píng)價(jià)集，如V=［良，好，差］，V=［1，2，3，4，5，6，7，8，9，10］，記為 V=［v1，v2，v3，v4，……，vm］。

(4)確定隸屬度R

模糊集合定義：設(shè)論域U，集合A，對(duì)于任意一個(gè)元素x∈A，用一個(gè)隸屬度函數(shù)產(chǎn)UA(x)∈［0，1］來(lái)表示元素x隸屬于集合A的程度，我們稱(chēng)這個(gè)集合A為模糊集合，UA(x)稱(chēng)為模糊集合A的隸屬函數(shù)，UA(xi)稱(chēng)為元素xi的隸屬度。

本文中隸屬度的選取采用降半梯形分布函數(shù)來(lái)表示

其中rij代表為第i因素對(duì)第j個(gè)評(píng)語(yǔ)的隸屬度，a、b分別代表為第i個(gè)因素指標(biāo)的最大、最小值，xij代表在［0，1］區(qū)間內(nèi)，第i個(gè)因素的絕對(duì)量值。

(5)利用模糊層次法對(duì)橋梁狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估

根據(jù)已經(jīng)確定的橋梁狀態(tài)評(píng)估選取的因素進(jìn)行評(píng)價(jià)，將評(píng)價(jià)處理后的各下層數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，建立隸屬度矩陣，考慮不同因素的權(quán)重，得到中級(jí)計(jì)算模型，利用中級(jí)計(jì)算模型和評(píng)價(jià)集進(jìn)行計(jì)算建立模糊層次法分析橋梁狀態(tài)的模型。

2.4 具體算例

對(duì)于新疆某個(gè)橋梁進(jìn)行具體計(jì)算，具體說(shuō)明模糊層次法的計(jì)算過(guò)程中。例如建立下層指標(biāo)的因素集，如U=［下部結(jié)構(gòu)、主梁、吊桿、附屬設(shè)施、承載能力、動(dòng)力特性］，評(píng)價(jià)集V=［1，23，4，5，6，7，8，9，10］和 V=［優(yōu)、良、好、中、差］分別處理成為 V=［15，35，55，75，95］和 V=［100，80，70，55，40］。

計(jì)算得到隸屬度為

將權(quán)重和隸屬度進(jìn)行矩陣乘法可以得到中級(jí)計(jì)算模型

權(quán)重選取如下：下部結(jié)構(gòu)、主梁、吊桿、附屬設(shè)施、承載能力、動(dòng)力特性分別為 0.134、0.299、0.128，0.121，0.174，0.144。

模糊層次分析法最終計(jì)算得到結(jié)果為(以計(jì)算)

3 養(yǎng)護(hù)管理方法

根據(jù)模糊層次法計(jì)算得到的最終得分可以對(duì)橋梁使用狀況有一個(gè)客觀的認(rèn)識(shí)，在了解橋梁基本情況的基礎(chǔ)上可以對(duì)橋梁進(jìn)行有針對(duì)性的養(yǎng)護(hù)管理，根據(jù)日本健全度理論，橋梁計(jì)算得分在100～87.6分之間的橋梁，橋梁構(gòu)件沒(méi)有任何問(wèn)題，只需要正常的維護(hù)，對(duì)于得分在87.5～62.6分之間的橋梁，橋梁構(gòu)件沒(méi)有嚴(yán)重問(wèn)題，只需要正常的養(yǎng)護(hù)，對(duì)于得分在62.5～37.6分之間的橋梁，需要對(duì)橋梁進(jìn)行持續(xù)的檢查以保證橋梁的正常使用，對(duì)于得分在37.5～12.6分之間的橋梁，不但需要對(duì)橋梁進(jìn)行必要的養(yǎng)護(hù)，還要做好橋梁的加固工作，對(duì)于得分在12.5～0分之間的橋梁，橋梁的問(wèn)題構(gòu)建需要重新建設(shè)以保證橋梁的安全使用。

而我國(guó)《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》先根據(jù)橋梁的重要性對(duì)養(yǎng)護(hù)等級(jí)進(jìn)行分類(lèi)，分為I等、Ⅱ等、Ⅲ等、IV等、V等，對(duì)于不同等級(jí)的說(shuō)明如下表1所示，模糊層次分析法的對(duì)應(yīng)說(shuō)明如下表2所示。

表1 橋梁養(yǎng)護(hù)措施分類(lèi)

表2 橋梁狀態(tài)等級(jí)和評(píng)分

［1］謝峻，江見(jiàn)鯨，王國(guó)亮等.大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)［J］.清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2006.

［2］陳保平，蘇木標(biāo)，樊可清.大型橋梁健康監(jiān)測(cè)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.石家莊鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，14(4)：14-17.

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