基于AHP-變權綜合評價法的斜拉橋健康狀態評估

雷麗萍 鄧淑飛

(中交第二公路勘察設計研究院有限公司，湖北武漢 430065)

近年來，關于橋梁倒塌的新聞屢見不鮮。處在運營期的橋梁，會受到環境以及交通荷載的作用，再加上人為因素和材料自身的退化，會導致結構不同程度的損傷，經過時間的積累會給橋梁自身的安全性帶來很大的威脅［1］。對運營期的橋梁結構進行評估，就是利用特定信息客觀的分析橋梁的安全性，為橋梁的維護、加固提供科學依據，使管理者能及時的采取有效的維護措施。

1 斜拉橋評估指標體系的建立

橋梁的健康狀態評估已經引起越來越多專家學者的注意，國內外也有很多相關評估方法的研究［2-4］。橋梁健康評估的方法大致可以分為兩類:一類是面向中小橋梁以承載能力評估為主的結構安全性評估，主要有基于外觀調查法和專家經驗評定法，另一類是對大型橋梁的健康狀態評估，方法主要有層次分析法、灰色關聯度評估法等。對于不同的領域，各種評估方法都有一定的優缺點，利用各方法之間的優勢去彌補各自的不足可以有效的對評估對象進行客觀有效的評估。本文主要根據斜拉橋養護規范監測項目的要求來確定評估內容。以斜拉橋長期健康監測的數據指標為基礎，對斜拉橋的健康狀況作全面系統的評估。

根據大型斜拉橋的結構特點，將斜拉橋的健康狀態評估指標進行層次劃分，可分為主塔、斜拉索、主梁以及附屬設施等上層指標，各上層指標又可劃分為若干下屬指標。為了能夠增加評估的客觀性和準確性，將一些人工檢測指標也加入到綜合評估體系中。斜拉橋健康狀態綜合評估層次模型見圖1。

圖1 斜拉橋健康狀態評估體系

在圖1中可以看到由評估目標、評估對象以及相應指標組成了一個多層次的評估模型。

2 基于變權理論的權重的建立

本文采用基于AHP-變權綜合方法來對斜拉橋健康狀態進行綜合評估。斜拉橋健康狀態評估是一個復雜的系統，往往評估模型中的權重較小的指標對綜合評價結果有較大的影響，為了綜合反映出斜拉橋各種狀態評估的均衡性，采用變權綜合評估法可以有效的提高小權重指標對評估結果精度，基于AHP-變權綜合評價法可以更加客觀的對斜拉橋的健康狀態進行綜合評估。

常權綜合模式:

修正為變權模式:

其中，V0，V均為評價值;w(0)j為第j個指標的權重;wj為變權后的權重;xj為第j個指標的評估值。

根據前文建立的斜拉橋健康狀態評估體系，見圖1。根據該層次評估模型，采用專家打分法可以依次求出評估模型中各指標的初始權重，同時通過對底層指標的監測數據進行打分，進行標準化處理后，可利用式(3)得到底層的綜合評估值。

其中，Vi為橋梁健康狀態評估模型第i層的評估值;Wi為評估模型第i層指標的權重值;Ri為評估模型第i層指標的評語打分。根據式(3)依次對各層進行綜合評估，可得到各層的評估值Vi，最后得到了橋梁健康狀態的綜合評估值V。斜拉橋健康狀態評估的流程見圖2。

圖2 斜拉橋健康狀態綜合評估邏輯流程圖

3 工程實踐應用

3.1 工程概況

某長江大橋全長4 657 m，大橋主橋結構為(98+196+504+196+98)m的雙塔三索面鋼桁梁斜拉橋。主梁為板桁結合鋼桁梁，上弦中部756 m范圍是鋼正交異性板橋面，兩端各168 m范圍是混凝土結合板橋面。每個主塔及橋墩處三片主桁下均設有豎向剛性支座，縱向為活動，在兩主塔處主塔橫梁與三片主桁之間設縱向液壓阻尼支座，主塔采用倒Y形混凝土結構，對于該橋在運營期的健康狀態評估十分必要。

3.2 斜拉橋的健康狀態評估

根據前文構建的斜拉橋綜合評價模型，通過多位相關專家對評價指標進行打分，代入到式(3)，并通過一致性檢驗，將部分結果列表如表1所示。

由表1可以看出，斜拉橋健康狀態評估體系中權重較小的指標，如支座損傷、鋼結構銹蝕等，通過變權理論，我們可以得到一個較為均衡的指標權重。由式(1)，式(2)，對均衡函數α分別進行取值，分情況對評價結果比較分析，見表2。

表1 某斜拉橋健康狀態評估指標初始權重表

表2 某斜拉橋健康狀態評估結果隨著α的變化情況表

從表2可以看出，采用變權綜合方法可以更加真實的反映出斜拉橋健康狀態評估的準確性，當α取值越小，說明橋梁對其局部構件的損傷或缺陷的包容性越差。

采用AHP-變權理論，我們可以從斜拉橋健康狀態評估指標體系中看出各指標的權重，為橋梁的健康維護工作起到了向導的作用，尤其是評價結果相對較差的指標，相關部門要對其加以重視。

4 結語

運用AHP-變權綜合評價法對某斜拉橋的健康狀態進行綜合評估，增加了評估結果的準確性。結合該斜拉橋的結構特點，從橋梁主要構件上建立層次模型，評價指標全面的考慮各種因素，采用變權理論評價指標進行了均衡，使評估結果更加真實客觀，及時為橋梁管理維修和加固提供科學可靠的決策依據，保證橋梁的安全使用，證明了該方法的有效性和先進性，具有一定的現實意義。

［1］潘黎明，史家鈞.橋梁安全性與耐久性綜合評估研究［J］.上海市政工程，1997，4(4):11.

［2］Z.H.Zong，T.L.Wang，D.Z.Huang，et al.State-of-the-art report of bridge health monitoring［J］.Journal of Fuzhou University(Natural Science)，2002，30(2):127-147.

［3］H.G.Natke，H.Doll，P.Hildebrandt，et al.Bridge Condition Assessment Using An Expert System［J］.Structural Engineering Review，1995，7(3):165-180.

［4］胡 雄.拉索橋梁安全性與耐久性評估的專家系統設計［J］.應用力學學報，1998，15(4):12.

［5］陸亞興.橋梁缺損狀況評價方法［J］.中國公路學報，1996，9(3):9.

［6］王有志.已建橋梁主梁在復合受力狀態下的評估指標計算［J］.華東公路，2001，6(133):12.

［7］王永平.橋梁使用性能模糊評估專家系統［J］.中國公路學報，1996，9(2):6.

［8］張永清.用層次分析法評價橋梁的安全性［J］.西安公路交通大學學報，2001，21(3):7.