层次分析法在高速公路混凝土桥梁综合评价中的应用

2010-03-20金凤温

黑龙江交通科技 2010年7期

金凤温

(河北省交通规划设计院)

1 前言

钢筋混凝土桥梁在其服役期间,因内外部因素的影响,会造成混凝土桥梁不同程度的损伤。一般而言,服役期越长,其损伤就越严重。20世纪 80年代以来,国内外学者针对桥梁结构的安全性评价进行了广泛深入的研究,提出了层次分析法、神经网络分析法、灰色理论评价法、模糊综合评判法等。本文以此次检测工程为依托,以层次分析法为基础,对高速公路混凝土桥梁进行了综合评价。

大型桥梁作为一个复杂的系统,影响其安全性的因素众多,且很复杂,大多数因素不能通过定量的方法用函数关系表达出来,而更多的则是依靠专家的经验、判断,同时对于大型桥梁的安全性评价,如果不加以分析、简化,处理起来就很困难。因此,为了便于评价,我们引入层次分析法将影响大型桥梁工作的各因素条理化、层次化,把对某个状态影响程度相近或联系比较紧密的因素放在一起,形成一层,建立起多层的层次关系结构模型。这样,复杂问题被简单化,我们只要搞清某一层次的某个指标跟与其相关的上一层次指标关系以及跟与其相关的下一层次指标的关系即可。一般来说,影响最底层指标状态的因素相对较少,其实际状态比较容易确定,然后再按照加权综合的方法由底层指标的状态得到上层指标的状态,逐层综合,得到整座桥梁的状态。

2 桥梁概况及检测结果

本文选取一座中桥进行分析研究,本桥桥梁全长43.04m,设计角度 80°,上部结构为 3～13m钢筋混凝土先简支后连续空心板,单幅横向 9块;边板宽 1.635m,中板宽1.45m,板高 0.75m;下部为桩柱式墩台,基础采用直径1.2m钻孔灌注桩。桥上部结构空心板及铰缝均采用 30号混凝土,桥墩、承台、桩基础采用 25号混凝土;桥面铺装结构层为4cm细粒式沥青混凝土 +5cm中粒式沥青混凝土+10cm防水混凝土。设计荷载为汽车-超20级,挂-120,设计车速120km/h。

该桥常规检测结果见表1。

表1 常规检测结果

梁体混凝土质量检测结果见表 2。

表2 混凝土强度检测结果

表3 混凝土碳化深度检测结果

表4 混凝土弹性模量估算结果

3 模糊层次分析法进行实例分析

3.1 层次分析法

(1)分析问题中各因素之间的关系,建立递阶层次结构,我们称层次中的各因素为指标。

(2)对同一层次的各指标以上层次的指标为准则进行两两比较,构造两两比较判断矩阵。

(3)计算各指标的权重。权重的计算方法主要有和法、方根法、特征根法、对数最小二乘法和最小二乘法等。和法的应用范围较广,本文也是采用和法进行权重计算。

(4)判断矩阵的一致性检验。

3.2 运用层次分析法对本中桥进行综合评价

(1)建立递阶层次结构。

根据层次分析法的原理,将评价指标按其属性进行分组,各组构成递阶结构,形成多层次评价指标体系。一般层次分析结构可以分为目标层 G、准则层C和方案层 I三层,准则层C的某些元素对方案层I的某些元素起支配作用,同时它本身又受到目标层G元素的支配。本文所建肖圈干渠中桥评价指标递阶层次结构如图 1所示。

(2)建立模糊一致判断矩阵。

采用0.1～0.9标度建立模糊一致判断矩阵(R=rij)m ×n(满足rij=rik-rjk+0.5),并计算元素的权重值。其中rij表示元素Bi比Bj重要的程度,采用 0.1～0.9给予数量标度,如表 5所示。判断矩阵计算结果见表 6～9。

图1 肖圈干渠中桥安全评价结构

表5 0.1～0.9标度

表6 模糊一致判断矩阵A-B

表7 模糊一致判断矩阵B1-C

表8 模糊一致判断矩阵B2-C

表9 模糊一致判断矩阵B3-C

(3)对该桥各组成部分实测评分。

根据《公路桥涵养护规范(JTGH11-2004)》,将桥梁技术状况评定标准分为五类,相应的评语集为:一类(完好/良好状态)、二类(较好状态)、三类(较差状态)、四类(差的状态)、五类(危险状态)。现将此评价等级标准用于移动桥梁装备上,再采用百分制表示为V={v1,v2,v3,v4,v5}= {100,80,60,40,20},检查人员可按照上述标准对每个实测部分进行评分。结果见表 10。