基于灰色关联度的在役双曲拱桥耐久性综合评估(2)

　　2.1.6基底冲刷
　　基底冲刷是造成在役桥梁倒塌的最主要原因之一[11]。《公路桥涵养护规范》(JTG H11—2004) [6]规定:当基底冲空率达15%时,可判定桥梁为严重破坏。故取基底冲空率达15%为上限指标。
　　2.1.7桥面系及附属设施
　　桥面铺装、伸缩缝、人行道栏杆与排水设施的耐久性技术状况不便采用客观指标衡量,参照《公路桥涵养护规范》[6](JTG H11—2004)评价标准采用打分法评估,取最高分100分。
　　2.2指标的规范化处理
　　由于各构件评定指标之间通常具有不同的量纲和数量级,需要对原始指标进行规范化处理。假设第k个指标的变化范围为[ , ],则对收益型指标,其规范化值为[14]
　　2.3各指标相对最优指标的关联系数
　　以规范化处理后的最优指标集作为参考序列, 以规范化处理后实际指标集作为被比较序列,第K个指标与第k个最优指标的关联系数
　　 (3)
　　式中, 为分辨系数,对结构耐久性评估一般取 。
　　2.4指标权重
　　2.4.1初始权重
　　层次分析法[15] (AHP法)是一种建立在专家咨询之上的优化方法,能把复杂系统中的各种因素划分为相互联系的有序层次,形成多层次的分析结构,把多层次多指标的权重赋值简化为各指标重要性的两两比较,弥补了人的大脑难以在两维以上空间进行全方位扫描的弱点。
　　根据层次分析法原理,构造判断矩阵并求解其特征根 与特征向量(权重向量) ,特征向量即为同一层各因素相对上一层某因素的重要性排序权值。矩阵的特征向量求解方法有幂乘法、方根法和规范列平均法。然后需进行一致性检验,计算一致性指标 ,查找平均随机变量指标 [15],当随机一致性比率 时,认为层次分析排序的结果有满足的一致性,即权重的分配是合理的。否则,要调整判断矩阵的元素取值,重新计算,满足一致性要求的特征向量(权重向量)即为初始权重 。初始权重的计算流程图如图2所示。
　　2.4.2变权重
　　主观权反映各个指标或构件的相对重要性。对于桥梁整体技术状况而言,由于影响因素众多,单个指标的权重影响有限,当个别构件出现严重缺陷时,桥梁整体可靠性显著降低而评价结果却可能不会出现太大变化。因此,仅用主观权重有时并不能反映结构的真实技术状况。
　　应采用变权综合的方法根据评价结果对权值进行适当的调整。根据均衡函数原理,采用均衡函数[16-17]:
　　(4)
　　对各指标的原始权重进行修正,得变权公式:
　　 (5)
　　式中 , , 分别为指标的评分值、初始权重和变权重。在变权计算中,变权指数 取值越小,权重修正越明显, 时,相当于常权评估。在桥梁技术状态评估中, 取值范围(0-1)[16]。
　　2.5耐久性技术状况评估
　　底层指标开始评估,以关联度作为评判尺度,可得结果:
　　 (6)
　　将评判结果 转化为 ,然后再计算上一层次 和 ,直至计算出第一层次的关联度 。根据关联度大小,参照文献[18]分级标准,将双曲拱桥耐久性的评估等级划分为5个等级,即{良好、较好、一般、差、很差},每个等级的分级标准与含义如表2所示。对评估等级为一、二级的桥梁,技术状况较好,维持正常养护即可;评估等级为三类的桥梁,应对耐久性损伤进行修复,阻止或延缓损伤发展;对四级桥梁,应进一步进行安全性评估,根据安全性与耐久性评估结果,确定维修对策;五级桥梁,应暂时限载或封桥,进行荷载试验和安全性评估,根据安全性评估结果,确定处置对策。
　　3桥梁评估实例
　　常宁县茭河口大桥建成于1984年,是一座四跨混凝土双曲拱桥,位于湖南省常宁市松柏至瓦园公路线上。原设计每孔净跨45m,矢跨比为1/6,桥面净宽7+2×0.75米。主拱圈为等截面悬链线,由四肋三波另加两个悬半波组成,拱肋截面采用倒T形。按照桥涵养护规范进行技术状况等级评定,该桥评定为Ⅳ类桥,应进行大修或大改,及时交通管制,并限载限速。
　　该桥检测结果如下:(1)主拱拱肋开裂。从松柏侧数第四孔下游边拱肋约1/4净跨处有横向裂缝产生。(2)拱波纵向开裂严重,拱板混凝土质量低劣。拱板混凝土质量差,粗骨料外露,级配差,外露卵石最大粒径有的甚至超过12cm。(3)拱上立墙混凝土质量较差,过人洞处普遍开裂;拱上立柱及其横系梁上局部混凝土剥落,钢筋外露且锈蚀严重。(4)腹拱预制拱板施工制作和安装质量较差。拱板错位、露筋普遍且钢筋严重锈蚀、腹拱顶普遍存在横向裂缝且腹拱漏水严重。(5)路面破碎现象甚为严重,几乎没有完整的板块。桥面纵向变形较明显,栏杆普遍破损。用本文给出的耐久性综合评定方法对本桥进行评定如下:
　　(1)变权指数 取值越小,对指标权重修正越明显,首先取 =0.2修正权重,进行评估。
　　(2)先对主拱圈的组成构件拱肋、拱波、拱板和横向连接进行评估,将各构件的下属指标检测值f代入公式(1)或(2),得规范化值C,将范化值C代入公式(3)得关联度β,然后取 =0.2,将初始权重代入公式(5),计算得变权重,最后将关联度β和变权重代入公式(6),分别得拱肋、拱波、拱板和横向连接评估结果R,计算结果如表3所示。
　　(3)将拱肋、拱波、拱板和横向连接评估结果R转化为C,按第二步骤进行评估,结果如表4所示。
　　(4)同上述步骤(2),分别对腹拱、立柱立墙、墩台基础和桥面系的耐久性技术状况进行评估,得出评估值,结果如表5-8所示。
　　(5)同上述步骤(2),根据对主拱圈、腹拱、立柱立墙、墩台基础和桥面系的耐久性技术状况评估值,进行全桥技术状况评估,得出全桥耐久性技术状况评估值,结果如表9所示。该桥的耐久性技术状况为四类桥。
　　(6)取变权指数分别 , , ,可得目标层的耐久性评估值为0.552,0.559,0.564。随 增大(分辨率降低),评估结果也变大,说明变权方法更能反映指标体系中个别指标的明显劣化。 
4结论
　　经过分析,可以得出以下结论:
　　(1)将耐久性指标进行量化,应用灰色关联度理论对在役双曲拱桥的耐久性进行评定是切实可行的,并且比较符合在用桥梁的实际情况。
　　(2)对于桥梁耐久性评估,采用变权方法更能反映指标体系中个别指标的明显劣化。
　　(3)对评估模型做适当修改,本文提出的方法可以推广应用到其他结构类型在役桥梁耐久性评估。
　　参考文献:
　　[1] 交通部科学研究院等.公路双曲拱桥上部构造设计计算[M].北京:人民交通出版社,1980. (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)