基于灰色关联度的在役双曲拱桥耐久性综合评估

Durability Evaluation of Existing Two-way Curved Arch Bridges
　　 Using Grey Relation Analysis
　　Liu Junli1、2,Fang Zhi1
　　(1. School of Civil Engineering, Hunan University, Changsha, Hunan, 410082 China
　　2. School of Civil Engineering, Guilin University of Technology, Guilin Guangxi,541004 China )
　　Abstract: Bridge durability condition evaluation is a complex process involving large amount of data and expert knowledge which are usually imprecise and subjective. For improvement of the effectiveness and objectivity of the evaluation process, this paper proposes a novel method based on grey relation analysis and variable weight method.Influence factors for two-way curved arch bridge durability are summarized, then a multi-level evaluation model was established with the AHP methods and the constitution characteristics of two-way curved arch bridge were taken into consideration. Grey relation coefficient is used to evaluate the durability condition, which is effectively and objectively. Finally, a case study is provided to illustrate the implementation process of the approach for bridge durability condition evaluation. The present methodology, simple in process and convenient for actual use, would help decision makers / bridge inspectors immensely.
　　Keywords:Concrete Bridge; Synthetic Assessment; Analytic Hierarchy Process; Durability;Grey Relation Analysis
　　
　　双曲拱桥在20世纪60、70年代大量修建,目前仍在交通运输中发挥着重要作用。双曲拱桥主拱圈由拱肋、拱波、拱板和横向联系等几部分组成,介于拱肋之间的拱波也呈曲线形,且与主拱圈的曲线正交。由于低配筋、结构整体性差、环境侵蚀及长期超载等因素,大部分在役双曲拱桥都出现了不同程度的病害和损伤,已危及桥梁的安全运营,亟需进行科学评估,为养护、维修或加固提供依据[1-2]。
　　从20世纪80年代中期开始, 国内外学者针对桥梁结构的耐久性评估进行了广泛深入的研究,经历了从材料到构件再到结构的研究阶段,并提出了层次分析法、概率法、神经网络、灰色关联分析和变权综合等多种方法[3]。从目前研究现状来看,现有评价方法的评估模型较为简单、指标体系不完整、评价结果较为粗糙,而且往往集中于对桥梁各部分构件的检测与单独评价,缺乏对桥梁整体耐久性的综合评价[4]。文献[5]研究了在役双曲拱桥耐久性综合评估,但把主拱圈作为一个整体考虑,没有充分考虑主拱圈的施工和构造特点,不能针对双曲拱桥的特殊病害进行合理评估。
　　本文以外观检测和无损检测数据为基础,以关联度作为评估指标,采用变权法修改初始权重建立了一种基于灰色关联度和层次分析法的在役双曲拱桥耐久性多层次综合评估模型,并对一座在役钢筋混凝土双曲拱桥进行了耐久性评估,验证了方法的可行性。
　　1双曲拱桥耐久性评估模型
　　双曲拱桥主要包括主拱圈、腹拱、立柱与立墙,墩台与基础,附属设施等5部分,其中主拱圈由拱肋、拱波、拱板和横向联系构件4部分组成,外形在纵横两个方向均成弧形曲线,其施工方法是将主拱圈以“化整为零”的方法按先后顺序进行施工,再以“集零为整”的方式组合成承重的整体结构。因主拱圈分期形成,呈现组合结构的受力特征,整体性较弱,耐久性状况非常复杂。根据双曲拱桥的构造特点,首先将双曲拱桥划分为主拱圈、腹拱、立柱(墙)、墩台基础、桥面系与附属设施等5部分;由于主拱圈构造复杂,将主拱圈作进一步细分,分为拱肋、拱波、拱板
　　和横向连接系4部分,这4部分以下是底层评价指标;腹拱、立柱与立墙,墩台与基础,附属设施不再细分,以下直接为底层评价指标,模型如图1所示。
　　2评估方法
　　2.1指标及评估标准
　　对于钢筋混凝土结构的评价指标,国内外学者进行了大量的研究。本文根据既有钢筋混凝土结构耐久性评价指标的研究成果和双曲拱桥的构造特点及工程经验,提出了针对在役双曲拱桥的各项评价指标。
　　2.1.1拱波开裂
　　拱波开裂是双曲拱桥一种常见的病害,是出现在板波顶部沿拱轴线方向的裂缝,较多的出现在拱顶附近,有时也出现在拱脚附近,形成原因主要是双曲拱桥拱圈横向联系差或者根本没有横向联系。拱波纵向开裂后,截面整体性削弱,横向分布趋于不均匀。当波顶纵缝长度较短时,对其横向分布影响不大;而当纵缝较长时,则影响明显[2]。本文根据文献[2]研究成果,并结合专家经验,将已开裂拱波个数与拱波总数之比作为评估指标,以30%的开裂率为指标上限。
　　2.1.2混凝土破损
　　混凝土表面破损一般由机械损伤和施工损伤(如施工造成混凝土的蜂窝、麻面等)引起。根据《公路桥涵养护规范》(JTG H11—2004)[6]和文献[7],混凝土破损率达到20%时可认为构件严重破坏,故以混凝土破损率 20%作为指标上限。2.1.3混凝土碳化
　　一般大气环境下,混凝土碳化是引起钢筋锈蚀和耐久性损伤的重要原因之一。理论研究和实际调查表明,当碳化前沿至钢筋表面的距离大于8mm时,钢筋不会锈蚀[8-9]。根据相关研究[10],取碳化前沿至钢筋表面的距离作为评价指标,取该距离大于等于8mm为最优值。
　　2.1.4混凝土裂缝
　　混凝土结构裂缝的出现一方面减小了截面的刚度,另一方面增大了混凝土的渗透性,使环境中的侵蚀性物质更容易进入混凝土内部,致使钢筋钝化膜过早破坏,钢筋锈蚀,因此裂缝对钢筋混凝土桥梁耐久性影响比较大。一般研究取裂缝宽度作为混凝土裂缝的评价标准,文献[6-7]规定受力钢筋混凝土构件裂缝宽度大于0.3mm评定为Ⅴ级,即严重破坏;文献[11]规定钢筋混凝土结构最大裂缝宽度0.4mm;文献[12]认为当裂缝宽度小于0.4mm时,对混凝土结构耐久性影响较小。综合以上文献,本文以0.4mm作为混凝土裂缝指标上限。
　　2.1.5钢筋锈蚀
　　钢筋锈蚀是导致混凝土结构失效破坏的主要因素,但在现场直接测量其锈蚀面积十分困难,因而目前一般采用半电池法测量钢筋的自然电位以判断钢筋的锈蚀状态。根据交通部公路研究院的研究成果[7],可知电位水平与钢筋锈蚀状况的关系,电位水平处于0~200mV之间时,无锈蚀活动,或锈蚀活动不确定;大于500mV时,存在锈蚀开裂区域,故以电位水平作为评估钢筋锈蚀的指标,以500mV作为指标上限。 (责任编辑：nylw.net)转贴于八度论文发表网: http://www.8dulw.com(论文网__代写代发论文_论文发表_毕业论文_免费论文范文网_论文格式_广东论文网_广州论文网)