基于灰色聚類法的某公路混凝土橋梁耐久性評估

任忠英+李曉鐘

摘要：基于灰色聚類評估理論，建立某公路混凝土橋梁的耐久性評估模型。依據《公路橋梁技術狀況評定標準》選取了蜂窩麻面、剝落掉角、混凝土保護層厚度等十個參數作為綜合評價指標，采用相似系數法確定指標的客觀權重，根據《公路橋涵養護規范》，將耐久性劃分為3個等級，然后構建白化權函數并結合實際觀測值，通過對灰色聚類系數的計算，再得出某公路混凝土橋梁各跨梁體耐久性等級的評價結果。

Abstract： Based on the gray clustering evaluation theory， the durability evaluation model of a concrete bridge is established. According to the "Highway Bridge Technology Condition Evaluation Criteria"， ten parameters such as honeycomb， stripping angle and thickness of concrete protective layer were selected as comprehensive evaluation indexes. The similarity coefficient method was used to determine the objective weight of the index. According to the "Highway Bridge and Cannon Conservation Standard"， the durability is divided into three grades， and then the whitening weight function is constructed， and combined with the actual observation value ， through the calculation of the gray clustering coefficient， the evaluation result of the durability grade of the concrete bridge of a highway is obtained.

關鍵詞：灰色聚類法；公路混凝土橋梁；耐久性

Key words： grey clustering method；highway concrete bridge；durability

中圖分類號：U447 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）33-0213-03

0 引言

目前，混凝土結構是橋梁工程中應用最廣泛的一種結構。隨著橋梁運營時間的累積，橋梁結構受到外部自然環境、交通量的日益增長及河流的侵蝕等因素的影響，致使梁體抗力的衰減程度增大，耐久性會不斷降低，甚至會影響到橋梁的安全性問題。國內外學者就混凝土橋梁的耐久性評估做了大量的研究，元成方、牛荻濤[1]建立了鋼筋混凝土連續梁橋的層次結構模型，采用層次分析法確定評價指標的權重值，根據模糊數學的基本理論建立了橋梁耐久性指標的隸屬函數。陳晶[2]等利用改進的三標度層次分析法及模糊可拓理論，建立了基于模糊可拓層次分析法的在役混凝土橋梁耐久性評估模型。李靜斌[3]將變權理論與模糊綜合評估方法相結合，評估混凝土橋梁耐久性。劉均利[4]等提出了一個基于灰色關聯度和變權理論的評估方法，對在役雙曲拱橋的耐久性技術狀態進行了評估。本文在這些研究的基礎上，采用了相似權法確定評價指標的權重，并且在灰色聚類理論的基礎上對蘭州某在役公路混凝土橋梁的耐久性進行評估。

1 灰色聚類評價模型

1.1 建立評價模型

1.3 評價指標權重的確定

用相似權法來確定評價指標的權重，相似權[7-8]是建立在單指標評價向量與綜合指標評價向量相近程度的基礎上確立的，能夠更加客觀的反映指標的權重。利用相似系數求權重的步驟如下。

2 確定橋梁耐久性評價指標體系

根據《公路橋梁技術狀況評定標準》[9]中鋼筋混凝土梁式橋上部承重構件和上部一般構件評定標準確定評價指標及界限值。

在表1中有4個定性指標X4、X6、X9、X10，其中X4、X6分為4類，通過專家打分法進行賦值：Ⅰ類（90～100），Ⅱ類（75～90），Ⅲ類（60～75），Ⅳ類（≤60），同理對X9、X10 進行賦值：Ⅰ類（95～100），Ⅱ類（85～95），Ⅲ類（65～85），Ⅳ類（45～65），Ⅴ類（≤45）。

3 實例分析

蘭州城關黃河大橋是一座預應力鋼筋混凝土連續箱梁橋，孔跨布置47m+3*70m+47m。現已該橋為例，取中間3跨梁體為樣本進行研究，各評價指標實測值及定性指標得分如表1所示，對其進行耐久性等級評定。

參照現行《公路橋涵養護規范》[10]中橋梁技術狀況評定等級標準，并且根據規范將混凝土橋梁結構耐久性評價分為3個灰類等級，E={e1，e2，e3}{Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ}。

3.1 建立3個樣本的單指標白化權系數評價矩陣

則樣本M1、M2、M3的等級得分為Q1=2.326，Q2=2.533，Q3=2.544，故樣本M1、M2、M3的灰類等級為Ⅰ類，且3個樣本的優劣順序為M3，M2，M1。

4 結論

由于樣本M1這一跨的梁體耐久性最差，所以在后期橋梁維護與檢修過程中應當作為首要工作，其次是樣本M2，最后是樣本M3。

在綜合相關文獻研究的基礎上，本文主要對蘭州城關黃河大橋其中3跨梁體的耐久性作了一般性的理論分析，其結果是找出耐久性比較薄弱的橋跨梁體，然后用于指導后期橋梁的維護與檢修。

參考文獻：

[1]元成方，牛荻濤.基于AHP法和模糊綜合評價的鋼筋混凝土橋梁耐久性評估[J].西安建筑科技大學學報（自然科學版），2010.

[2]陳晶，鮑學英，趙延龍.基于模糊可拓層次分析法的在役混凝土橋梁耐久性評估[J].安全與環境學報，2015（4）：16-20.

[3]李靜斌，張軍鋒，陳淮.考慮變權的橋梁模糊綜合評定方法研究[J].河南科學，2010.

[4]劉均利，方志.基于灰色關聯度的在役雙曲拱橋耐久性綜合評估[J].湖南大學學報（自科版），2010，37（9）：1-6.

[5]劉思峰等灰色系統理論及其應用[M].科學出版社，2010.

[6]劉思峰，謝乃明.基于改進三角白化權函數的灰評估新方法[J].系統工程學報，2011.

[7]晉民杰，王快，范英，等.一種基于相似系數的權重確定方法[J].太原科技大學學報，2015（1）：60-64.

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[10]陜西省公路局.公路橋涵養護規范[S].人民交通出版社，2004.

[11]鮑學英，王起才.灰色聚類法在再生混凝土粗骨骨料質量等級評價中的應用[J].土木建筑與環境工程，2014（03）：112-117.endprint