層次分析法在高速公路混凝土橋梁綜合評價中的應用

2010-03-20 08:57:08金鳳溫

黑龍江交通科技 2010年7期

金鳳溫

(河北省交通規劃設計院)

1 前言

鋼筋混凝土橋梁在其服役期間,因內外部因素的影響,會造成混凝土橋梁不同程度的損傷。一般而言,服役期越長,其損傷就越嚴重。20世紀 80年代以來,國內外學者針對橋梁結構的安全性評價進行了廣泛深入的研究,提出了層次分析法、神經網絡分析法、灰色理論評價法、模糊綜合評判法等。本文以此次檢測工程為依托,以層次分析法為基礎,對高速公路混凝土橋梁進行了綜合評價。

大型橋梁作為一個復雜的系統,影響其安全性的因素眾多,且很復雜,大多數因素不能通過定量的方法用函數關系表達出來,而更多的則是依靠專家的經驗、判斷,同時對于大型橋梁的安全性評價,如果不加以分析、簡化,處理起來就很困難。因此,為了便于評價,我們引入層次分析法將影響大型橋梁工作的各因素條理化、層次化,把對某個狀態影響程度相近或聯系比較緊密的因素放在一起,形成一層,建立起多層的層次關系結構模型。這樣,復雜問題被簡單化,我們只要搞清某一層次的某個指標跟與其相關的上一層次指標關系以及跟與其相關的下一層次指標的關系即可。一般來說,影響最底層指標狀態的因素相對較少,其實際狀態比較容易確定,然后再按照加權綜合的方法由底層指標的狀態得到上層指標的狀態,逐層綜合,得到整座橋梁的狀態。

2 橋梁概況及檢測結果

本文選取一座中橋進行分析研究,本橋橋梁全長43.04m,設計角度 80°,上部結構為 3～13m鋼筋混凝土先簡支后連續空心板,單幅橫向 9塊;邊板寬 1.635m,中板寬1.45m,板高 0.75m;下部為樁柱式墩臺,基礎采用直徑1.2m鉆孔灌注樁。橋上部結構空心板及鉸縫均采用 30號混凝土,橋墩、承臺、樁基礎采用 25號混凝土;橋面鋪裝結構層為4cm細粒式瀝青混凝土 +5cm中粒式瀝青混凝土+10cm防水混凝土。設計荷載為汽車-超20級,掛-120,設計車速120km/h。

該橋常規檢測結果見表1。

表1 常規檢測結果

梁體混凝土質量檢測結果見表 2。

表2 混凝土強度檢測結果

表3 混凝土碳化深度檢測結果

表4 混凝土彈性模量估算結果

3 模糊層次分析法進行實例分析

3.1 層次分析法

(1)分析問題中各因素之間的關系,建立遞階層次結構,我們稱層次中的各因素為指標。

(2)對同一層次的各指標以上層次的指標為準則進行兩兩比較,構造兩兩比較判斷矩陣。

(3)計算各指標的權重。權重的計算方法主要有和法、方根法、特征根法、對數最小二乘法和最小二乘法等。和法的應用范圍較廣,本文也是采用和法進行權重計算。

(4)判斷矩陣的一致性檢驗。

3.2 運用層次分析法對本中橋進行綜合評價

(1)建立遞階層次結構。

根據層次分析法的原理,將評價指標按其屬性進行分組,各組構成遞階結構,形成多層次評價指標體系。一般層次分析結構可以分為目標層 G、準則層C和方案層 I三層,準則層C的某些元素對方案層I的某些元素起支配作用,同時它本身又受到目標層G元素的支配。本文所建肖圈干渠中橋評價指標遞階層次結構如圖 1所示。

(2)建立模糊一致判斷矩陣。

采用0.1～0.9標度建立模糊一致判斷矩陣(R=rij)m ×n(滿足rij=rik-rjk+0.5),并計算元素的權重值。其中rij表示元素Bi比Bj重要的程度,采用 0.1～0.9給予數量標度,如表 5所示。判斷矩陣計算結果見表 6～9。

圖1 肖圈干渠中橋安全評價結構

表5 0.1～0.9標度

表6 模糊一致判斷矩陣A-B

表7 模糊一致判斷矩陣B1-C

表8 模糊一致判斷矩陣B2-C

表9 模糊一致判斷矩陣B3-C

(3)對該橋各組成部分實測評分。

根據《公路橋涵養護規范(JTGH11-2004)》,將橋梁技術狀況評定標準分為五類,相應的評語集為:一類(完好/良好狀態)、二類(較好狀態)、三類(較差狀態)、四類(差的狀態)、五類(危險狀態)。現將此評價等級標準用于移動橋梁裝備上,再采用百分制表示為V={v1,v2,v3,v4,v5}= {100,80,60,40,20},檢查人員可按照上述標準對每個實測部分進行評分。結果見表 10。