模糊数学方法在桥梁技术状况评定中的应用.pdf

收稿日期 2008 09 18 作者简介 郭杨 1970 男 安徽合肥人 毕业于合肥工业大学 学士 高级工程师 1引言 随着社会经济的不断发展 城市建设规模越来越大 大量 运输车等重车对桥梁造成了大大小小的损伤 很多桥梁原先设 计等级就比较低 只有汽 15 挂 80 大小 而当地的交通运输 等级已远远超过这个级别 特别是新的桥梁荷载规范颁布之 后 已没有这个以及以下等级的设计荷载了 因而对已建的桥 梁进行技术状况评定 以判定这些桥梁能否继续安全可靠的使 用 至关重要 先前以及一些地方在进行桥梁技术状况评定时主要采用 目测然后对照技术状况评定表感性的评定的方法 这种方法直 观但是不可靠 基本是由检测人员决定 人为因素较大 缺乏科 学的数学评定 因此 目前新规范 1 推荐采用考虑桥梁各部件权 重的综合评定方法 模糊数学在桥梁技术状况评定中的应用主要是层次分析 法 2模糊综合评定模型 2 1 一级模糊综合评定模型 建立由评定对象包含的 n 个因素的因素集 U u 1 u 2 un rr 1 再建立由 m 个评价结果组成的评价集 V v 1 v 2 vm rr 2 然后建立 n 个因素的权重集 A a 1 a 2 an rr 3 紧接着建立单因素评价矩阵 R r 1 r 2 rn rr 4 则对该评定对象的模糊综合评定为 B A R 5 2 2 多级模糊综合评定模型 对许多复杂问题的评价 不仅要考虑多因素 还要考虑每 个因素还具有的不同层次 因此 在对这种问题进行评价时 一 般应先对各个单因素进行综合评定 在单因素综合评定的基础 上进行更高一层次的综合评定 最终达到对问题的综合评定 目前最常用的多级模糊综合评定模型为二级模糊综合评 定模型 此模型也就是对 1 式中的各单因素再进行细分为 Ui u il u i2 uuim rr 6 细分的每个子因素的模糊评价矩阵为 Ri r il r i2 rimrr 7 则各单因素的模糊评价矩阵为 R A 1R1 A 2R2 AnRn rr 8 然后采用式 5 进行最终的综合评定 3桥梁技术状况评定中的综合评定法 目前 采用综合评定方法对桥梁技术状况进行评定 大部 分采用二级模糊评价模型 采用二级模糊评价模型的综合评定 法对桥梁检测人员的水平要求较高 特别是对于最终评价标准 的隶属函数的选用更是困难 过程复杂 而且与规范推荐的综 合评定方法不一致 规范推荐的评定方法中已不再进行多 层次划分 直接给出单因素 一般进行桥梁综合评定的人员都 是各个基层单位的 自身理论水平不高 因此 采用二级模糊评 价模型的综合评定法很难推广 一般也只是在理论上进行运 用 认为一级模糊评价模型完全满足现实桥梁技术状况评定的 要求 以下以实例来检验一级模糊综合评定法的可行性 目前新规范推荐的桥梁构件缺损状况评定方法如表 1 所示 新规范推荐的桥梁各部件的权重如表 2 所示 为了便于比较一级模糊综合评定法与二级模糊综合评定 模糊数学方法在桥梁技术状况评定中的应用 Use of Fuzzy Mathematics in Technical Condition Evaluation of Bridge 郭杨 1 杜勇锋2 李邦映2 1 安徽省建筑科学研究设计院 安徽合肥230001 2 合肥工业大学土木与水利工程学院 安徽合肥230009 摘要 对桥梁进行技术状况评定是为了了解桥梁的承载能力及运营使用情况 其结果对桥梁的安全可靠运营非常重要 与二级模糊综合评定 法相比较 一级模糊综合评定法中只需增加一个约束条件就能达到相同的效果 更简单易懂 易于推广 完全能够满足工程中的需求 关键词 桥梁 模糊数学 层次分析法 常规检测 技术状况评定 中图分类号 U441文献标识码 B文章编号 1007 7359 2008 06 0100 03 Guo Yang et al Anhui Institute of Building Research Design Hefei230001 China Abstract To make technical condition evaluation of bridge is to find out the bearing capacity and performance of the bridge and whose result is very important for the safe and reliable operation of bridge Compared with two step fuzzy comprehensive evaluation one step fuzzy comprehensive evaluation can obtain the same result only by adding one more constraint condition and as it is more simple and understandable it is easy to popularize Key words bridge Fuzzy Mathematics analytical hierarchy process AHP routine inspection technical condition evaluation 工程技术篇2008年第6期 总第163期 100 院庆50周年论文 实测桥梁缺损状况表 3 序号部件名称 构件缺损程度 缺损对结构 使用功能的 影响程度 缺损发展状 况修正 部件损 伤度 缺损 程度 标度 影响 程度 标度 发展 程度 标度 1翼墙 耳墙中度1次要1 发展 缓慢 00 4 2锥坡 护坡中度1次要1 发展 缓慢 00 4 3 桥台及 基础 严重2重要2 发展 缓慢 00 8 4 桥墩及 基础 中度1重要2 发展 缓慢 00 6 5地基冲刷轻度0次要1 发展 缓慢 00 2 6支座中度1次要1 发展 缓慢 00 4 7 上部主要承 重构件 严重2重要2 发展 缓慢 00 8 8 上部一般承 重构件 中度1重要2 发展 缓慢 00 6 9桥面铺装无00 10桥与路连接无00 11伸缩缝无00 12人行道中度1次要1 发展 缓慢 00 4 13栏杆 护栏轻度0无0 发展 缓慢 00 14照明 标志中度1无0 发展 缓慢 00 2 15排水设施中度1次要1 发展 缓慢 00 4 16调治构造物中度1无0 发展 缓慢 00 2 17其他无00 法 所有实测数据均采用文献中的数据 表 3 为实测桥梁缺损 状况评定表 为了便于比较 将原数据中的耳墙和护坡的缺损 程度分别定为中度 标度各位 1 缺损对结构使用功能的影响 程度均定为次要 标度分别为 1 根据前述一级模糊综合评定模型建立该桥技术状况评定 方法 建立因素集 u u1 u 2 u17 式中 Ui l i 17 即为表 2 中对应的各部件 建立评价集 根据规范 桥梁技术状况分为一 五类 V v 1 v 2 v5 式中 Vi l i 5 分别对应一 五类 采用规范推荐的权值 如表 2 所示 作为权重集 A a1 a 2 a17 0 01 0 01 0 0 1 根据实测桥梁部件损伤度 如表 3 所示 建立单因素评价 矩阵 R r1 r 2 r17 T 0 4 0 4 0 T 则该桥的一级模糊综合评价为 缺损状况及标度组合标定标准 缺损程度及标度 程度 小 大 少 多 轻度 严重 标度012 0012 1123 大 重要2234 以上两项评定组合标度01234 缺损发 展变化 状况的 修正 10123 01234 112345 桥梁部构件缺损状况等级评定结果 评分 012345 桥梁部构件的技术状况完好良好较好较差差的危险 桥梁部构件的技术状况等级分类一类二类三类四类五类 备注 1 0 表示完好状态 或表示没有设置且经调查表明无需设置的结构构 件 如调治构造物 2 当缺损程度标为 0 时不再进行叠加 3 5 表示危险状态 或表示原未设置 而调查表明需要补设的结构部件 趋向稳定 发展缓慢 发展较快 缺损对结 构使用功 能的影响 程度 无 不重要 小 次要 桥梁构件缺损状况评定表表 1 序号部件名称权重 1翼墙 耳墙1 2锥坡 护坡1 3桥台及基础23 4桥墩及基础24 5地基冲刷8 6支座3 7上部主要承重构件20 8上部一般承重构件5 9桥面铺装1 10桥与路连接3 11伸缩缝3 12人行道1 13栏杆 护栏1 14照明 标志1 15排水设施1 16 17 调治构造物 其他 3 1 推荐桥梁部件权重表 2 下转第 113 页 第15卷第6期 101 院庆50周年论文 B A R a1 a 2 a17 r1 r 2 r17 T 0 01 0 01 0 0 10 4 0 4 0 T 0 378 上式表示的是结构损伤度 为了跟规范 1 推荐的综合评定 公式进行比较 将其换算为结构完好度 D 100 1 B 100 1 0 378 62 2 由以上计算过程可以看出规范推荐的桥梁技术状况评定 公式 如表 4 所示 与一级模糊综合评价模型完全一致 只是规 范采用的是用结构完好度来评价桥梁的技术状况 根据表 4 的综合等级划分应划归二类 但是 根据规范推 荐的综合评定标准的说明 评分 3 的桥梁部件仍有维修的需 求 而由表 3 可见桥台及基础 桥墩及基础以及上部主要承重 构件和上部一般承重构件缺损度均 3 因此该桥仍有维修的 需求 也即桥梁综合评定等级需降低 即桥梁的技术状况分类 为三类 这与根据二级模糊综合评定法得出的结论 2 是一致的 但是相比运用二级模糊综合评定法过程要简单易懂 较易推 广 4结论 通过在桥梁技术状况评定中运用一级模糊综合评定法可 知 一级模糊综合评定法只需施加一个约束条件 构件的缺 损度 就能够获得和二级模糊综合评定法相同的结果 而过程 相对于二级模糊综合评定法而言 更为简单 便于推广使用 而 且与规范推荐的综合评定方法一致 方便检测人员应用 目前在桥梁技术状况评定中使用一级模糊综合评定法完 全能够满足工程需求 不必采用复杂的多层次分析法 在满足 工程检测评定要求的基础上运用更易于对各种检测结果进行 分析判别 参考文献 1 JTGH11 2004 公路桥涵养护技术规范 S 2 夏红霞 周成龙 席铮 模糊数学在桥梁结构损伤评估系统中的 应用 J 信息技术 2006 5 3 周林 何晓鸣 曹勇涛 朱利 基于模糊数学的桥梁结构损伤 诊断 J 武汉工业学院学报 2007 2 4 林大海 模糊综合评价方法在桥梁状况中的应用 J 四川建筑 2007 6 综合评定计算式 Dr 100 x i l RiWi15 式中 Ri 按表 1 所示的方法确定出的桥梁各部件的等级评定结果即评分 0 5 Wi 桥梁各部件的权重 Wi 100 Dr 全桥结构技术状况综合评分值 0 100 对于 60 的桥梁 并不排除有缺损状况等级评定结果即评分 3 的桥梁 部件仍有维修的需求 综合评分值等级划分相对应的桥梁技术状况分类 Dr 88一类 88 Dr 60二类 60 Dr 40三类 40 Dr 30四类 30 Dr五类 规范推荐的桥梁技术状况综合评定方法表 4 质普遍存在一定厚度的粘土层 承载力较高 挤土效应相对较 大 当桩距较密或多台桩机同时施工时 挤土效应更为明显 因 此大多数工程都存在浮桩现象 对此类问题的有效处理方法是 复压或复打 静载试验表明 经过复压或复打的桩 承载力能满 足设计要求 3 2 桩端处理 管桩施工后地表水会由管腔流入桩底 如采用开口桩尖 水会对桩端持力层产生软化作用 在桩端为砂层时更为明显 合肥地处江淮之间 局部存在较为丰富的水资源 地层构成较 为多样化 在一些封闭的洼地或漫滩地区 会有砂层沉积 虽然 合肥地区砂层的承载力较高 但如果在水的作用下使砂层软化 或产生流动性 则会引起承载力大幅度降低 造成建筑物的不 均匀沉降 产生安全隐患 对此类问题的有效处理方法是在管 腔内灌注约 1m 高的素混凝土封底 沉降观测结果表明 对桩 端进行封底处理后 建筑物无不均匀沉降现象 3 3 穿砂层 合肥地区最初应用管桩时经验不足 照搬沿海或沿江地区 摩擦桩施工的一些做法 整个场地预先制定统一的桩长 但在 合肥地区不一定适用 合肥地区的土质相对较好 承载力较高 因此管桩应为摩擦 端承型桩 局部地区甚至以端承为主 在 3 2 条中提到 合肥地区局部有砂层沉积 但厚度不一 密度 也各不相同 往往在一栋楼范围内的砂层都会有很大差异 此 时如果仅以桩长做为控制标准 显然是不妥当的 盲目追求统 一桩长只会造成爆桩率增加 或频繁截桩 影响工程进度 笔者 通过对工程实例的分析总结 对此类问题可采取以下处理方 法 地质勘察单位对于可能存在穿砂层的区域 详勘时应增 加勘察点 针对砂层提交更为细致的勘察报告 提交设计单位 做为调整桩长的依据 施工时的控制标准应采取桩顶标高和终压值双控的方 法 采用