钢筋混凝土桥梁维修排序研究.pdf

第 3 7卷 ， 第 3期 2 0 1 2 年 6 月 公 路 工 程 Hi g hwa y En g i n e e r i n g Vo 1 3 7，No 3 J u n ， 2 0 1 2 钢筋混凝土桥 梁维修 排序研 究 陈强 ，张 晓艳 ( 1 聊城 市公路管理局 ，山东 聊城2 5 2 0 0 0 ； 2 聊城市公路工程总公司 ，山东 聊城2 5 2 0 0 0 ) 摘 要 介绍 了桥梁检测试验结合 A H P法确定桥梁 各项 评价 因素权重 ， 再应 用模糊综 合评价法 ， 对桥梁 的 相对优劣进行排序 ， 以确定桥梁维修加固顺序 ， 使有 限财政 资金得到充分利用 。 关键词 模糊综合评价法 ； 桥梁维修加 固 ； 排序研究 中图分类号 U 4 4 5 7 2 文献标识码 】A 文章编号 】1 6 7 4 0 6 1 0 ( 2 0 1 2 ) 0 3 0 1 7 3 0 3 Re i n f o r c e d Co n c r e t e Br i d g e s Re pa i r Ra n k i n g s Re s e a r c h C HE N Qi a n g ，Z HANG X i a o y a n ( 1 L i a o c h e n g Hi g h wa y Bu r e a u，L i a o c h e n g，S h a n d o n g 2 5 2 0 0 0，Ch i n a ； 2 L i a o c h e n g Hi g h wa y En g i - n e e r i n g C o r p o r a t i o n L i a o c h e n g ，S h a n d o n g 2 5 2 0 0 0 ，C h i n a ) Ab s t r a c t T h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e b r i d g e d e t e c t i o n t e s t c o mb i n e d w i t h A H P m e t h o d t o d e t e r m i n e t h e we i g h t s o f e v a l u a t i o n f a c t o r s o f b r i d g e，f u z z y c o mp r e h e n s i v e e v a l u a t i o n me t h o d，t h e r e l a t i v e me r i t s o f s o r t o f b r i d g e，b r i d g e r e p a i r a n d r e i n f o r c e me n t i n o r de r t o i de n t i f y，ma k e f u l l u s e o f l i mi t e d f u n d s Ke y wo r d s f u z z y c o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o n m e t h o d ；b r i d g e r e p a i r a n d r e i n f o r c e me n t ；a a n g e - me n t r e s e a r c h 1 概述 随着我国公路事业的快速发展， 近年来修建了 大量的桥梁 ， 目前桥梁已逐步进入维修期 ， 虽然交通 部门对桥梁安全高度重视 ， 危桥改造力度逐年加大， 也投入了巨额资金 ， 但资金短缺仍是一个普遍性问 题。随着桥梁维修加固需求快速增长， 维修决策已 成为公路管理部门面临的一个难题 ， 在资金有限的 情况下 ， 确定 桥梁 的维修 加 固排序显 得尤为重要。 桥梁在各种外界环境 因素 的交互影响下， 确定其维 修加 固排序是一个非常复杂 的问题 ， 其排序表现出 了一定的模糊性。本文 以山东省聊城市五座桥梁为 工程背景， 介绍了基于模糊综合评价理论研究钢筋 混凝土桥梁维修加固排序的方法。 2模糊综合评 价方法简介 2 1模糊 综 合评 价概 念及 原理 概念。模糊综合评价就是 以模糊数学 为基 础 ， 应用模糊关系合成的原理 ， 将一些边界不清、 不 易定量的因素定量化 ， 从 多个 因素对被评价事物隶 属等级状况进行综合评价的一种方法。 基本原理。首先确定被评判对象的因素 ( 指 标 ) 集和评价 ( 等级) 集 ； 再分别确定各 因素的权 重 及它们的隶属度 向量 ， 获得模糊评价矩阵； 最后把模 糊评价矩阵与因素的权 向量进行模糊运算并进行归 一 化 ， 得到模糊综合评价综合结果 。 2 2基 本 步骤 建立模糊综合评价因素集 。 U= ， ， ， ， U为刻 画被评价对象 的 m种 因素， m为评价因素的个数 ， 由具体评价指标体 系决 定 。 建立指标集( 评价指标体系) ： V= ， ， ， 为刻画每一个因素所处 的状态的 n种评价等级， r t 为评语 的个数， 一般划分 3 5个 等 级 。 建立模糊隶属函数。 确定各评价 因素权重集：A= A 。 ， A ： ， ， A 。 确定模糊关系矩阵 R = 尺 。 ， R ， ， 尺 。 收稿 日期 2 0 1 2 0 4 2 0 【 作者简介陈强 ( 1 9 7 4 一) ， 男 ， 山东高唐人 ， 硕士 ， 高级工程师 ， 主要从 事公路建设 管理工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 7 4 公路工程 3 7卷 进行模糊综合评价计算 ： 由 B =A R进行 综合评 价 。 k 评价指标处理U=b j 。 。 =1 3 评价算 例 3 1工程 背景 随机 选 取 聊 城 市 国省 干 线 巴公 一 干 渠桥 、 先 锋 桥、 德王河桥、 一千渠桥 、 金线河桥五座桥梁进行 了 检测 ， 把桥梁抗压强度 、 碳化深度、 氯离子浓度、 腐蚀 电位 四种失效模式作为探讨钢筋砼桥梁维修加 固排 序的评价因素( 检测值见表 1 ) ， 在 4种失效模式 中， 抗压强度与钢筋的腐蚀电位最能真实的反映结构物 的损伤状况 ， 碳化深度与氯离子侵入是桥梁结构劣 化 的最 主要 诱 因 。 表 1 桥梁检测指标平均值 Ta b l e 1 t he b r i dg e d e t e c t i o n i nd e x a v e r a g e 3 2建立评 价 因素 集 U= l ， 2 ， U 3 ， U 。 本文采用相对抗压强度( 检测强度与设计强度 比值) 、 相对碳化深 度 ( 碳化 深度 与保 护层厚 度 比 值 ) 、 氯离子浓度 以及腐蚀 电位作为桥梁损坏程度 的判 断指标 。 3 3建 立评 价指 标集 V= 。 ， ， ， 。 本文将评估等级划分为四个等级 ， 。 ， ， ， I ， 4 分别代表优、 良、 中、 劣。 3 4建立模 糊 隶属 函数 模 糊 隶属 函数 一般 通过 大量 的专 家调查 后统 计 得到 ， 为简 化计 算本 文采 用 如下相 对抗 压强 度 、 相 对 碳化深度 、 氯离子 浓度 以及腐蚀 电位隶属 函数 ( 见 图 1一图 4 ) 。 一 3 5确 定各评 价 因素权 重集 为得 到各 评 价 因素 之 间 相对 重要 性 ， 采 用 A H P 法 ， 由专家 讨论 建 立成 对 比较矩 阵 。 A = 1 0 33 0 33 0 5 2 0 3 3 033 1 0 O 5 l 1 5 2 2 5 3 ( R R 设) 图 1相对抗压强度隶属函数 F i g ur e 1 Re l a t i v e s t r e ng t h o f me mb e r s h i p f u n c t i o n 1 2 1 0 0 8 一 0 6 0 4 02 0 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 1 2 1 4 ( d d ) 图 2 相对碳化 深度隶属 函数 Fi g ur e 2 r e l a t i v e c a r bo n a t i o n d e pt h o f me mb e r s hi p f un c t i o n 1 2 1 0 8 0 6 0 4 0 2 图 3氯离子浓度隶属 函数 F i g ur e 3 Ch l o r i de i o n c on c e n t r a t i o n o f me mbe r s h i p f u n c t i o n 厂 V V 三 。 八 八 蒌 一4 0 0 3 0 0 2 0 0 一l 0 0 0 O l 0 0 2 0 0 ( mV) 图 4腐蚀 电位隶属函数 F i g u r e 4 Co r r o s i o n p o t e n t i a l me mbe r s h i p f u nc t i o n 求得最大特征值 A m a x= 4 1 1 l 。 查表 ( 见表 2 ) ， 得 L = 0 9 。 一 致 性指 标 ： C L =( A X r t ) ( n一1 )= 0 0 3 7 。 一 致 性 比率 ： c R =C L R = 0 0 4 1 1 0 1 ， 表 明专家对 5 O 0 3 5 0 O O 2 5 O 。 卿 O( 5 0 。 加 O 5 3 3 3 1 2 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 陈强 ， 等 ： 钢筋混凝土桥梁维修排序研 究 1 7 5 于评价 因素间的成对比较矩阵具有较好的一致性。 表 2平均随机一致性指标 R L Ta b l e 2 t h e a v e r a g e r a n d o m c o n s i s t e n c y i nd e x R L l 2 3 4 5 6 7 8 9 0 0 0 5 8 0 9 0 1 1 2 1 2 4 1 3 2 1 4l 1 45 对应最大特征值权重 向量 ： W= 0 4 4 0 1 0 3 1 0 1 4 5 9 0 3 1 0 9 。 3 6 建 立模 糊 关 系矩 阵 R 现以巴公一干渠为例， 建立模糊关 系矩 阵。根 据相对抗压强度、 相对碳化深度、 平均氯离子浓度 以 及平均腐蚀电位及建立 的模糊隶属函数 ， 可求 出各 单 因素评价集 ： R l =( r l l r l 2 r 1 3 r I 4 )=( 0 1 0 0 ) ； R 2 =( r 2 l r 2 2 r 2 3 r 2 4 )= ( 0 1 1 6 7 0 8 8 3 3 0 0 ) ； R 3 =( r 3 l r 3 2 r 3 3 1 3 4 )=( 0 0 0 1 ) ； R 4 =( r 4 l r 4 2 r 4 3 r 4 4 )=( 1 0 0 0 ) 。 将单 因素评价集组成单因素评价矩阵 ： R = 1 O O 0 8 8 3 3 0 0 0 O l 0 0 0 3 7 模 糊 综合 评 价计 算 Bl =A R = 0 4 4 0 1 0 3 1 0 1 4 5 9 0 3 1 0 9 0 0 1 1 6 7 0 l 1 0 0 0 8 8 3 3 0 0 O 0 1 0 0 0 【 0 3 2 3 0 5 3 1 l 0 0 1 4 5 9 。 由上 式可 知 ：巴公 一 干渠桥 梁 状况 属 于优 级 的 程度为 0 3 2 3 ， 属于 良级 的程度 为 0 5 3 1 1 ， 属于 中 级的程度为 0 ， 属于劣级的程度为 0 1 4 5 9 。 同理可计算 出先锋桥、 德王河桥、 一干渠桥 、 金 线 河桥 的模 糊评 价 结果 ： B = 0 9 3 8 0 0 6 2 0 0 ； B 3 = 0 3 8 9 0 5 1 5 0 0 9 6 0 ； B 。 = 0 2 5 3 0 5 8 8 0 0 1 3 0 1 4 6 ； B 5 = 0 3 3 2 0 5 2 2 0 1 4 6 0 。 3 8评 价 指标 处 理 为评价出 5座桥梁的优劣排序 ， 确定桥梁维修 加 固的顺序 ， 采用 陈守 煜在 工程模糊集理 论与应 用 一书中提出的级别特征值理论 ： 七 U= 。 _ 。 =1 分别求出： B1=1 9 6 9，B2=1 06 2，B3=1 7 07， B =2 0 5 2，B =1 81 4。 所以， 维修加固排序为 ： 一干渠桥、 巴公一干渠 、 金线河桥、 德王河桥、 先锋桥。 4 结语 根据 公路桥涵养护规范 ( J T G H1 1 2 0 0 4 ) ， 采 用 考 虑各部 件权 重 的综合 评定 方法并 辅 以按 部 件评 定的方法对桥梁的总体技术状况进行 了等级评定 ， 分别计算 出5座桥梁 的 D r 值， 确定桥梁维修 、 加 固 顺序， 与文中应用模糊综合评价方法得 出的结果一 致 ， 这充分说明我们采用的研究方法是科学合理的。 目前 ， 大多桥梁评估是由经验 丰富的工程技术 人员根据其个人经验进行主观判断， 虽然简单快速 ， 但存在主观误判的可能且无实际数据作为支持 。本 方法结合实验检测数据应用模糊综合评价方法对桥 梁进行评估 ， 既有检测数据的支持 ， 又有工程技术人 员经验知识 的结合 ， 可以科学合理确定桥梁维修排 序 ， 但仍存在计算复杂、 隶属函数 、 权重等确定受人 为主观因素影响、 一般工程技术人员掌握较难 等问 题 ， 需 进一 步研究 探 讨 。 参考文献 1 杜栋， 庞庆华。 吴炎 现代综合评价方法与案例精选 M 北 京： 清华大学 出版社 ， 2 0 0 8 2 王国英 ， 陈长， 孙立 军， 公路技术状 况评价方 法研究 J 中 南公路工程 ， 2 0 0 7 ， 3 2 ( 3 ) 3 陈守煜 工程模糊集理论与应用 ， 国防工业出版社 ， 1 9 9 8 4 陈大川 ， 良桃 某公路桥承载力评估分析及加固方法 J 中 南 公路工程 ， 加0 6， 3 1 ( 6 ) 5 夏 海兵 ， 姚安林 ， 尹继 明 在路网 中桥 梁维修 优先级 的辅助 决 策方法 J 公路交通技术 ， 2 0 0 7 ， ( 2 ) 6 赵涛， 郑斐， 闫 磊 模 糊综合评 价方法 在桥梁 耐久性 评 估 中的应用 J 华东公路 ， 2 0 0 8 ， 1 7 朱 劲松 ， 肖汝城 桥梁缺损状况分级的灰色聚类法 J 中南 公 路 工程 ， 2 0 0 6， 3 1 ( 3 ) 8 戴松 ， 禹智涛 某钢筋混凝土桥梁检测及病害分析 J 中南 公 路工程 ， 2 0 0 4， 2 9 ( 1 ) 9 杨博 ， 符锌 砂 城市桥 梁养护维 修排序研究 J 山西建 筑 ， 2 0 0 7， ( 1 5 ) 1 O 张 志 国， C B MS在 桥 梁养 护 中的应 用 J 交 通世 界 ， 2 0 1 1 ， ( 1 1 ) 7 6 0 1 0 1 1 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m