基于DHGF理論的公路橋梁安全性評價方法分析

管錫琨,王 旭,孫全勝

（1.東北林業(yè)大學(xué)；2.黑龍江省交通科學(xué)研究所）

1 DHGF綜合評價方法的基本原理

DHGF綜合評價法是將比較流行的德爾斐（Delphi）法、層次分析法（Analytic Hierarchy Progress）,灰色聚類理論（Grey interconnect）、模糊評價理論（Fuzzy Evaluating）的成功之處集合而成的,將實踐經(jīng)驗和科學(xué)理論相結(jié)合的,從定性到定量的評價方法。DHGF綜合評價方法的理論基礎(chǔ)是錢學(xué)森教授提出的從定性到定量的綜合集成方法和顧基發(fā)教授提出的物理-事理-人理（WSR）方法,即將專家群體、數(shù)據(jù)和多種信息與計算機結(jié)合起來,把各種學(xué)科的理論與人的經(jīng)驗知識結(jié)合起來,發(fā)揮它們的整體優(yōu)勢和綜合優(yōu)勢。其特點是將定性分析與定量分析結(jié)合,最后上升到定量分析。

通過對已有評價方法進(jìn)行對比、分析,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有各評價方法的優(yōu)缺點具有互補性,于是就形成了DHGF評價方法的主要思路：運用德爾斐法匿名討論及統(tǒng)計,確定評價指標(biāo)的相對重要度；運用層次分析法計算指標(biāo)體系底層元素的組合權(quán)重,給出評價指標(biāo)的權(quán)重向量；根據(jù)灰色聚類理論在確定評估灰類的基礎(chǔ)上,計算灰色評估權(quán)值,得出灰色評估權(quán)向量和權(quán)矩陣；根據(jù)模糊評價理論形成單因素評判矩陣,進(jìn)行模糊運算,得出綜合評價結(jié)果。這樣,在評價工作的不同步驟運用不同的理論和方法,揚長避短,形成了新的評價方法—DHGF綜合評價法。

2 DHGF橋梁安全性評價方法在錫箔河大橋中的應(yīng)用

2.1 橋梁概況

錫箔河大橋位于內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市境內(nèi),該橋為17孔20m預(yù)制混凝土簡支T梁橋,橋梁全長144.5m；按舊公路標(biāo)準(zhǔn)汽超-20級,掛車-120荷載設(shè)計；主梁采用C30混凝土；支座采用板式橡膠支座；橋墩為鋼筋混凝土雙柱式,墩基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)；車道凈寬9.5m,兩邊人行道各寬1.75m,橋面總寬13m。該橋1964年7月建成通車至今已運營近四十四年。

2.2 DHGF綜合評價方法評定

2.2.1 確定指標(biāo)相對重要度

（1）準(zhǔn)則層指標(biāo)相對重要度確定

準(zhǔn)則層各指標(biāo)的相對重要度是相對于橋梁的安全性評價目標(biāo) A,橋梁上部結(jié)構(gòu)B 1、傳力結(jié)構(gòu)B2以及下部結(jié)構(gòu)B3之間相對重要程度的比較。

（2）上部結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)各指標(biāo)相對重要度確定

該系統(tǒng)內(nèi)各指標(biāo)的相對重要度是相對于橋梁上部結(jié)構(gòu)的安全性評價準(zhǔn)則B1,主梁C11、橋面板C12及橫隔梁C 13之間相對重要程度的比較。

（3）傳力結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)各指標(biāo)相對重要度確定

該系統(tǒng)內(nèi)各指標(biāo)的相對重要度是相對于橋梁傳力結(jié)構(gòu)的安全性評價準(zhǔn)則B2,橋墩C21、蓋梁C 22和支座C23之間相對重要程度的比較。（4）下部結(jié)構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)各指標(biāo)相對重要度確定

該系統(tǒng)內(nèi)各指標(biāo)的相對重要度是相對于橋梁下部結(jié)構(gòu)的安全性評價準(zhǔn)則B3,基礎(chǔ)C31和地基C32之間相對重要程度的比較。

2.2.2 計算指標(biāo)組合權(quán)重

（1）構(gòu)造判斷矩陣

根據(jù)專家意見分析結(jié)果得出的指標(biāo)相對重要性標(biāo)度,構(gòu)造出評價指標(biāo)體系中相應(yīng)各系統(tǒng)的判斷矩陣如下。

①準(zhǔn)則層判斷矩陣：

②指標(biāo)層判斷矩陣：

（2）求解判斷矩陣

根據(jù)層次分析法原理進(jìn)行計算,獲得計算結(jié)果如下：

①判斷矩陣Z

特征向量為：Wz=[0.318 5,0.781 5,1.9]

標(biāo)準(zhǔn)化向量為：Wz=[0.106,0.261,0.633]

最大特征根：λmax=3.038 7

一致性指標(biāo)：C.I.=0.019 3,查表2-2得C.R.=0.58,則：

C.R.=C.I./R.I.=0.0333＜0.1

因此可認(rèn)為該矩陣的一致性滿足要求,權(quán)重為標(biāo)準(zhǔn)化向量對應(yīng)的值。

②判斷矩陣Y

特征向量為：Wy=[1.9,0.781 5,0.318 5]

標(biāo)準(zhǔn)化向量為：Wy=[0.633,0.261,0.106]

最大特征根：λmax=3.038 7

一致性指標(biāo)：C.I.=0.0193,查表得C.R.=0.58,則：

C.R.=C.I./R.I.=0.0333＜0.1

因此可認(rèn)為該矩陣的一致性滿足要求,權(quán)重為標(biāo)準(zhǔn)化向量對應(yīng)的值。

③判斷矩陣X

特征向量為：Wx=[1.9,0.781 5,0.318 5]；標(biāo)準(zhǔn)化向量為：Wx=[0.633,0.261,0.106]；最大特征根：λmax=3.038 7；一致性指標(biāo)：C.I.=0.0193,查表2-2得C.R.=0.58,則：

C.R.=C.I./R.I.=0.0333＜0.1

因此可認(rèn)為該矩陣的一致性滿足要求,權(quán)重為標(biāo)準(zhǔn)化向量對應(yīng)的值。

④判斷矩陣V

特征向量為：Wz=[1.5,0.5]；標(biāo)準(zhǔn)化向量為：Wx=[0.75,0.25]；最大特征根：λmax=2；一致性指標(biāo)：C.I.=0,故：

C.R.=0＜0.1

因此可認(rèn)為該矩陣的一致性滿足要求,權(quán)重為標(biāo)準(zhǔn)化向量對應(yīng)的值。

（3）確定指標(biāo)組合權(quán)重

將底層各指標(biāo)相對于準(zhǔn)則層的權(quán)重與相應(yīng)準(zhǔn)則層指標(biāo)所屬評價目標(biāo)的權(quán)重相乘,從而確定底層各指標(biāo)在整個評價指標(biāo)體系中所占的權(quán)重,計算結(jié)果如下：

W=[W11W21… W32]=[0.067,0.028,0.011,0.165,0.068,0.028,0.475,0.158]

即指標(biāo)層C中各指標(biāo)相對于評價目標(biāo)A的權(quán)重：

2.2.3 確定評價樣本矩陣

根據(jù)現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù),并按照相應(yīng)評分標(biāo)準(zhǔn)對各評價指標(biāo)進(jìn)行打分。

對專家評分結(jié)果進(jìn)行匯總整理,得到整體評價樣本,見表1。

表1 錫箔河大橋?qū)＜以u價樣本

2.2.4 計算灰色權(quán)值

（1）確定灰色統(tǒng)計數(shù)

根據(jù)已建立的評價灰類（即橋梁安全性評價等級）,及各灰類所對應(yīng)的白化權(quán)函數(shù),計算樣本矩陣的灰色統(tǒng)計數(shù)nip及總灰類統(tǒng)計值ni。以評價指標(biāo)C11為例,其屬于各評價灰類的灰色統(tǒng)計數(shù)計算過程如下：

屬于第一灰類的灰色統(tǒng)計值n11：

n11=f1（d11）+f1（d21）+…f1（d81）=0

屬于第二灰類的灰色統(tǒng)計值n12：

n12=f2（d11）+f2（d21）+…f2（d81）=6.15

屬于第三灰類的灰色統(tǒng)計值n13：

n13=f3（d11）+f3（d21）+…f3（d81）=1.85

屬于第四灰類的灰色統(tǒng)計值n14：

n14=f4（d11）+f4（d21）+…f4（d81）=0

指標(biāo)C11的總灰類統(tǒng)計值n1為：

n1=n11+n12+n13+n14=8.00

同理可求得其它各指標(biāo)屬于各評價灰類的灰色統(tǒng)計數(shù)nip及總灰類統(tǒng)計值ni,計算結(jié)果如下：

（2）計算灰色評估權(quán)值

通過各評價指標(biāo)灰色統(tǒng)計數(shù)的計算,可確定其屬于各評價灰類的灰色評估權(quán)值rip。以評價指標(biāo)C11為例,其屬于各評價灰類的灰色評估權(quán)值的計算如下：

同理可求得其它各評價指標(biāo)屬于各評價灰類的灰色權(quán)值rip,由此構(gòu)造出灰權(quán)矩陣,即單因素模糊矩陣R：

3 結(jié)論

本文在充分認(rèn)識到公路橋梁安全性評價重要意義的前提下,針對橋梁快速外觀檢測,對常用橋梁安全性評價方法進(jìn)行了深入分析,繼而提出一種更科學(xué)、更準(zhǔn)確的評價方法—DHGF綜合評價法,并將其應(yīng)用于橋梁安全性評價的實踐當(dāng)中。研究結(jié)果主要有以下幾個方面：

首先總體介紹DHGF綜合評價方法,并將DHGF綜合評價方法應(yīng)用于赤峰市錫箔河梁橋與哈拉道口拱橋的安全性評價實踐當(dāng)中,得出的評價結(jié)果與基于規(guī)范的技術(shù)狀況評價及荷載試驗的評價結(jié)果相吻合。這說明DHGF綜合評價方法不僅在理論上具有優(yōu)越性、科學(xué)性,在應(yīng)用中也具有可靠性和可操作性,這為相關(guān)管理部門進(jìn)行橋梁安全性評價提供了有效的方法,對后期的養(yǎng)護、維修決策起到重要的參考和指導(dǎo)作用。

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