Yaahp軟件在橋梁健康監(jiān)測評價中的應(yīng)用

盧秀麗

(蘇州市建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心有限公司,江蘇 蘇州 215000)

0 引言

隨著橋梁建造完成并投入使用,因受到車輛荷載作用及自然環(huán)境氣候的影響,橋梁必定會出現(xiàn)不同程度的損傷[1]。為及時掌握橋梁損傷狀況,防止橋梁垮塌等嚴(yán)重工程安全事故的發(fā)生,應(yīng)及時掌握城市橋梁的運營及健康情況,并對橋梁做出科學(xué)、合理的檢測評估判斷[2]。20世紀(jì)80年代以來,國內(nèi)外專家學(xué)者對橋梁安全性開展了廣泛的研究,先后提出了層次分析法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析法、灰色理論分析法、模糊綜合評價法等[3],本文在相關(guān)調(diào)研成果的基礎(chǔ)上,選取上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、橋面系為一級指標(biāo),選取沉降(主梁豎向位移)、主梁關(guān)鍵截面應(yīng)變、主梁豎向振動加速度、裂縫、巡視檢查、橋墩豎向位移、高墩墩頂位移、橋墩頂部縱向振動加速度、伸縮縫等為二級指標(biāo),設(shè)計構(gòu)建了基于梁式橋的橋梁健康監(jiān)測評價模型,以期為國內(nèi)橋梁健康監(jiān)測評價提供參考和借鑒。

1 層次分析法概述

層次分析法簡稱AHP,是美國運籌學(xué)家Saaty在20世紀(jì)70年代初提出的一種定性與定量相結(jié)合的多目標(biāo)決策分析技術(shù)[4-6]。該技術(shù)方法原理簡單,在橋梁技術(shù)狀況評估領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用,其基本原理是將與決策有關(guān)的元素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次,并將各因素形成有序的遞階層次結(jié)構(gòu),將決策者的經(jīng)驗進行量化,由領(lǐng)域?qū)＜一蛘呤菣?quán)威決策者對選出的指標(biāo)按照重要程度進行兩兩比較。利用計算判斷矩陣的特征向量確定下層指標(biāo)對上層指標(biāo)的貢獻程度或權(quán)重,從而得到最基層指標(biāo)對于總體目標(biāo)的重要性權(quán)重排序,為最佳方案的選擇提供依據(jù)[7-8]。它的實質(zhì)是一種思維模式,首先通過把實際問題分解成多個因素,建立層次結(jié)構(gòu),再比較各因素間的相對重要性,通過矩陣運算,確定各方案的優(yōu)劣程度,最后作出最優(yōu)決策。

2 層次分析法在橋梁健康監(jiān)測評價中的應(yīng)用

2.1 橋梁健康評估模型建立

因為評估理論及評估方法不同,橋型多樣,評估模型有不同的建立原則。針對蘇州市政橋梁梁式橋的數(shù)量相對占比較大,因此本次研究主要對梁式橋進行分析。層次分析法將橋梁結(jié)構(gòu)整體分割成相對獨立的部分,按各自的指標(biāo)分塊評估,再用適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)聚合成整體。本文主要研究基于監(jiān)測技術(shù)的市政橋梁層次分析法,參考行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JTG/T H21—2011公路橋梁技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)[9]和JT/T 1037—2012公路橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[10]中對于橋梁部件的劃分和監(jiān)測項目的規(guī)定,此次評估按部件來進行一級指標(biāo)的劃分,分為上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、橋面系,二級指標(biāo)同時結(jié)合人工檢查與設(shè)備監(jiān)測,關(guān)注關(guān)鍵位置、關(guān)鍵項目,建立如表1所示的層次模型。

表1 基于監(jiān)測技術(shù)的橋梁狀況評估模型

2.2 構(gòu)造成對判斷矩陣

成對判斷矩陣是指針對上一目標(biāo)層,來計算本層中與之相關(guān)的因素間的相對重要性。由于實際問題的復(fù)雜性或事物間本身屬性的不同,各事物間不具備嚴(yán)格意義上的可比性,因此重要性程度通過抽象意義上的語言進行描述,例如同等重要、稍重要、更重要、遠(yuǎn)遠(yuǎn)重要等語言表達(dá)某事物比另一事物重要性程度,把重要性程度附值于數(shù)字1,3,5,7,9等,組成的矩陣為1—9標(biāo)度矩陣[11],例如成對判斷矩陣A:

本研究通過專家打分的形式,對成對判斷矩陣中的因素賦值取平均值,則得出本次研究的成對矩陣,如表2—表5所示。

表2 總目標(biāo)層下指標(biāo)層各因素比較

表3 上部結(jié)構(gòu)指標(biāo)下各因素比較

表4 下部結(jié)構(gòu)指標(biāo)下各因素比較

表5 橋面系指標(biāo)下各因素比較

2.3 層次單排序及一致性檢驗

以上述表格中的總目標(biāo)層與中間層的矩陣為例進行層次單排序,本次研究使用Yaahp軟件對權(quán)重的計算進行簡單化處理。

Yaahp軟件中是一款元決策程序,基于層次分析法為決策過程提供模型構(gòu)造、計算和分析,此前已被學(xué)者和研究人員在多個領(lǐng)域用于目標(biāo)分析、輔助決策,如目標(biāo)篩選、權(quán)重確定等。根據(jù)建立的評估模型,使用Yaahp軟件建立基于監(jiān)測技術(shù)的橋梁狀況評估模型,如圖1所示。

在Yaahp軟件中輸入對應(yīng)的層級關(guān)系和成對比較矩陣的比較數(shù)值,操作界面如圖2—圖5所示。

利用Yaahp進行計算,得出結(jié)果分別為:

總目標(biāo)層λmax=3.000,CR=0;

上部結(jié)構(gòu)準(zhǔn)則層λmax=5.270 2,CR=0.060 3;

下部結(jié)構(gòu)準(zhǔn)則層λmax=5.377 6,CR=0.084 3;

橋面系準(zhǔn)則層λmax=3.053 6,CR=0.051 6。

顯示CR<0.1,一致性檢驗通過,通過層次分析法計算得到的權(quán)重值如圖6所示,整理成表格,見表6。

表6 基于監(jiān)測技術(shù)的橋梁技術(shù)狀況評估權(quán)重表

從表6可以看出,在橋梁健康監(jiān)測評價設(shè)置的13個影響因素中,權(quán)重占比前三名的分別是主梁豎向位移、橋墩豎向位移、高墩墩頂位移。橋梁健康監(jiān)測評價權(quán)重條形圖如圖7所示。

3 結(jié)語

本文介紹了層次分析法的基本概念,建立了橋梁健康監(jiān)測評價模型,并利用Yaahp軟件以定量和定性相結(jié)合的方式,確定了各評價指標(biāo)的權(quán)重,具有較強的可操作性,拓展了橋梁健康監(jiān)測評價的新路徑,提高了評價效率,有利于城市中小型梁式橋的標(biāo)準(zhǔn)化評估,為橋梁健康監(jiān)測評價提供了便捷的手段。

考慮到橋梁形式多樣,橋梁健康監(jiān)測在監(jiān)測內(nèi)容、監(jiān)測方法等方面的差異,不同橋梁在評價模型的構(gòu)建過程中,需從實際出發(fā)結(jié)合橋梁特點對指標(biāo)進行選取優(yōu)化,以準(zhǔn)確反映橋梁的健康狀況,評價過程中尚需結(jié)合監(jiān)測實況調(diào)整和改進指標(biāo)體系,使其能夠及時科學(xué)地反映橋梁健康狀況和變化趨勢。