模糊數(shù)學(xué)方法在橋梁技術(shù)狀況評定中的應(yīng)用.pdf

收稿日期 2008 09 18 作者簡介 郭楊 1970 男 安徽合肥人 畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué) 學(xué)士 高級工程師 1引言 隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展 城市建設(shè)規(guī)模越來越大 大量 運(yùn)輸車等重車對橋梁造成了大大小小的損傷 很多橋梁原先設(shè) 計(jì)等級就比較低 只有汽 15 掛 80 大小 而當(dāng)?shù)氐慕煌ㄟ\(yùn)輸 等級已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這個級別 特別是新的橋梁荷載規(guī)范頒布之 后 已沒有這個以及以下等級的設(shè)計(jì)荷載了 因而對已建的橋 梁進(jìn)行技術(shù)狀況評定 以判定這些橋梁能否繼續(xù)安全可靠的使 用 至關(guān)重要 先前以及一些地方在進(jìn)行橋梁技術(shù)狀況評定時主要采用 目測然后對照技術(shù)狀況評定表感性的評定的方法 這種方法直 觀但是不可靠 基本是由檢測人員決定 人為因素較大 缺乏科 學(xué)的數(shù)學(xué)評定 因此 目前新規(guī)范 1 推薦采用考慮橋梁各部件權(quán) 重的綜合評定方法 模糊數(shù)學(xué)在橋梁技術(shù)狀況評定中的應(yīng)用主要是層次分析 法 2模糊綜合評定模型 2 1 一級模糊綜合評定模型 建立由評定對象包含的 n 個因素的因素集 U u 1 u 2 un rr 1 再建立由 m 個評價結(jié)果組成的評價集 V v 1 v 2 vm rr 2 然后建立 n 個因素的權(quán)重集 A a 1 a 2 an rr 3 緊接著建立單因素評價矩陣 R r 1 r 2 rn rr 4 則對該評定對象的模糊綜合評定為 B A R 5 2 2 多級模糊綜合評定模型 對許多復(fù)雜問題的評價 不僅要考慮多因素 還要考慮每 個因素還具有的不同層次 因此 在對這種問題進(jìn)行評價時 一 般應(yīng)先對各個單因素進(jìn)行綜合評定 在單因素綜合評定的基礎(chǔ) 上進(jìn)行更高一層次的綜合評定 最終達(dá)到對問題的綜合評定 目前最常用的多級模糊綜合評定模型為二級模糊綜合評 定模型 此模型也就是對 1 式中的各單因素再進(jìn)行細(xì)分為 Ui u il u i2 uuim rr 6 細(xì)分的每個子因素的模糊評價矩陣為 Ri r il r i2 rimrr 7 則各單因素的模糊評價矩陣為 R A 1R1 A 2R2 AnRn rr 8 然后采用式 5 進(jìn)行最終的綜合評定 3橋梁技術(shù)狀況評定中的綜合評定法 目前 采用綜合評定方法對橋梁技術(shù)狀況進(jìn)行評定 大部 分采用二級模糊評價模型 采用二級模糊評價模型的綜合評定 法對橋梁檢測人員的水平要求較高 特別是對于最終評價標(biāo)準(zhǔn) 的隸屬函數(shù)的選用更是困難 過程復(fù)雜 而且與規(guī)范推薦的綜 合評定方法不一致 規(guī)范推薦的評定方法中已不再進(jìn)行多 層次劃分 直接給出單因素 一般進(jìn)行橋梁綜合評定的人員都 是各個基層單位的 自身理論水平不高 因此 采用二級模糊評 價模型的綜合評定法很難推廣 一般也只是在理論上進(jìn)行運(yùn) 用 認(rèn)為一級模糊評價模型完全滿足現(xiàn)實(shí)橋梁技術(shù)狀況評定的 要求 以下以實(shí)例來檢驗(yàn)一級模糊綜合評定法的可行性 目前新規(guī)范推薦的橋梁構(gòu)件缺損狀況評定方法如表 1 所示 新規(guī)范推薦的橋梁各部件的權(quán)重如表 2 所示 為了便于比較一級模糊綜合評定法與二級模糊綜合評定 模糊數(shù)學(xué)方法在橋梁技術(shù)狀況評定中的應(yīng)用 Use of Fuzzy Mathematics in Technical Condition Evaluation of Bridge 郭楊 1 杜勇鋒2 李邦映2 1 安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院 安徽合肥230001 2 合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院 安徽合肥230009 摘要 對橋梁進(jìn)行技術(shù)狀況評定是為了了解橋梁的承載能力及運(yùn)營使用情況 其結(jié)果對橋梁的安全可靠運(yùn)營非常重要 與二級模糊綜合評定 法相比較 一級模糊綜合評定法中只需增加一個約束條件就能達(dá)到相同的效果 更簡單易懂 易于推廣 完全能夠滿足工程中的需求 關(guān)鍵詞 橋梁 模糊數(shù)學(xué) 層次分析法 常規(guī)檢測 技術(shù)狀況評定 中圖分類號 U441文獻(xiàn)標(biāo)識碼 B文章編號 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 工程技術(shù)篇2008年第6期 總第163期 100 院慶50周年論文 實(shí)測橋梁缺損狀況表 3 序號部件名稱 構(gòu)件缺損程度 缺損對結(jié)構(gòu) 使用功能的 影響程度 缺損發(fā)展?fàn)?況修正 部件損 傷度 缺損 程度 標(biāo)度 影響 程度 標(biāo)度 發(fā)展 程度 標(biāo)度 1翼墻 耳墻中度1次要1 發(fā)展 緩慢 00 4 2錐坡 護(hù)坡中度1次要1 發(fā)展 緩慢 00 4 3 橋臺及 基礎(chǔ) 嚴(yán)重2重要2 發(fā)展 緩慢 00 8 4 橋墩及 基礎(chǔ) 中度1重要2 發(fā)展 緩慢 00 6 5地基沖刷輕度0次要1 發(fā)展 緩慢 00 2 6支座中度1次要1 發(fā)展 緩慢 00 4 7 上部主要承 重構(gòu)件 嚴(yán)重2重要2 發(fā)展 緩慢 00 8 8 上部一般承 重構(gòu)件 中度1重要2 發(fā)展 緩慢 00 6 9橋面鋪裝無00 10橋與路連接無00 11伸縮縫無00 12人行道中度1次要1 發(fā)展 緩慢 00 4 13欄桿 護(hù)欄輕度0無0 發(fā)展 緩慢 00 14照明 標(biāo)志中度1無0 發(fā)展 緩慢 00 2 15排水設(shè)施中度1次要1 發(fā)展 緩慢 00 4 16調(diào)治構(gòu)造物中度1無0 發(fā)展 緩慢 00 2 17其他無00 法 所有實(shí)測數(shù)據(jù)均采用文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù) 表 3 為實(shí)測橋梁缺損 狀況評定表 為了便于比較 將原數(shù)據(jù)中的耳墻和護(hù)坡的缺損 程度分別定為中度 標(biāo)度各位 1 缺損對結(jié)構(gòu)使用功能的影響 程度均定為次要 標(biāo)度分別為 1 根據(jù)前述一級模糊綜合評定模型建立該橋技術(shù)狀況評定 方法 建立因素集 u u1 u 2 u17 式中 Ui l i 17 即為表 2 中對應(yīng)的各部件 建立評價集 根據(jù)規(guī)范 橋梁技術(shù)狀況分為一 五類 V v 1 v 2 v5 式中 Vi l i 5 分別對應(yīng)一 五類 采用規(guī)范推薦的權(quán)值 如表 2 所示 作為權(quán)重集 A a1 a 2 a17 0 01 0 01 0 0 1 根據(jù)實(shí)測橋梁部件損傷度 如表 3 所示 建立單因素評價 矩陣 R r1 r 2 r17 T 0 4 0 4 0 T 則該橋的一級模糊綜合評價為 缺損狀況及標(biāo)度組合標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn) 缺損程度及標(biāo)度 程度 小 大 少 多 輕度 嚴(yán)重 標(biāo)度012 0012 1123 大 重要2234 以上兩項(xiàng)評定組合標(biāo)度01234 缺損發(fā) 展變化 狀況的 修正 10123 01234 112345 橋梁部構(gòu)件缺損狀況等級評定結(jié)果 評分 012345 橋梁部構(gòu)件的技術(shù)狀況完好良好較好較差差的危險 橋梁部構(gòu)件的技術(shù)狀況等級分類一類二類三類四類五類 備注 1 0 表示完好狀態(tài) 或表示沒有設(shè)置且經(jīng)調(diào)查表明無需設(shè)置的結(jié)構(gòu)構(gòu) 件 如調(diào)治構(gòu)造物 2 當(dāng)缺損程度標(biāo)為 0 時不再進(jìn)行疊加 3 5 表示危險狀態(tài) 或表示原未設(shè)置 而調(diào)查表明需要補(bǔ)設(shè)的結(jié)構(gòu)部件 趨向穩(wěn)定 發(fā)展緩慢 發(fā)展較快 缺損對結(jié) 構(gòu)使用功 能的影響 程度 無 不重要 小 次要 橋梁構(gòu)件缺損狀況評定表表 1 序號部件名稱權(quán)重 1翼墻 耳墻1 2錐坡 護(hù)坡1 3橋臺及基礎(chǔ)23 4橋墩及基礎(chǔ)24 5地基沖刷8 6支座3 7上部主要承重構(gòu)件20 8上部一般承重構(gòu)件5 9橋面鋪裝1 10橋與路連接3 11伸縮縫3 12人行道1 13欄桿 護(hù)欄1 14照明 標(biāo)志1 15排水設(shè)施1 16 17 調(diào)治構(gòu)造物 其他 3 1 推薦橋梁部件權(quán)重表 2 下轉(zhuǎn)第 113 頁 第15卷第6期 101 院慶50周年論文 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 上式表示的是結(jié)構(gòu)損傷度 為了跟規(guī)范 1 推薦的綜合評定 公式進(jìn)行比較 將其換算為結(jié)構(gòu)完好度 D 100 1 B 100 1 0 378 62 2 由以上計(jì)算過程可以看出規(guī)范推薦的橋梁技術(shù)狀況評定 公式 如表 4 所示 與一級模糊綜合評價模型完全一致 只是規(guī) 范采用的是用結(jié)構(gòu)完好度來評價橋梁的技術(shù)狀況 根據(jù)表 4 的綜合等級劃分應(yīng)劃歸二類 但是 根據(jù)規(guī)范推 薦的綜合評定標(biāo)準(zhǔn)的說明 評分 3 的橋梁部件仍有維修的需 求 而由表 3 可見橋臺及基礎(chǔ) 橋墩及基礎(chǔ)以及上部主要承重 構(gòu)件和上部一般承重構(gòu)件缺損度均 3 因此該橋仍有維修的 需求 也即橋梁綜合評定等級需降低 即橋梁的技術(shù)狀況分類 為三類 這與根據(jù)二級模糊綜合評定法得出的結(jié)論 2 是一致的 但是相比運(yùn)用二級模糊綜合評定法過程要簡單易懂 較易推 廣 4結(jié)論 通過在橋梁技術(shù)狀況評定中運(yùn)用一級模糊綜合評定法可 知 一級模糊綜合評定法只需施加一個約束條件 構(gòu)件的缺 損度 就能夠獲得和二級模糊綜合評定法相同的結(jié)果 而過程 相對于二級模糊綜合評定法而言 更為簡單 便于推廣使用 而 且與規(guī)范推薦的綜合評定方法一致 方便檢測人員應(yīng)用 目前在橋梁技術(shù)狀況評定中使用一級模糊綜合評定法完 全能夠滿足工程需求 不必采用復(fù)雜的多層次分析法 在滿足 工程檢測評定要求的基礎(chǔ)上運(yùn)用更易于對各種檢測結(jié)果進(jìn)行 分析判別 參考文獻(xiàn) 1 JTGH11 2004 公路橋涵養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范 S 2 夏紅霞 周成龍 席錚 模糊數(shù)學(xué)在橋梁結(jié)構(gòu)損傷評估系統(tǒng)中的 應(yīng)用 J 信息技術(shù) 2006 5 3 周林 何曉鳴 曹勇濤 朱利 基于模糊數(shù)學(xué)的橋梁結(jié)構(gòu)損傷 診斷 J 武漢工業(yè)學(xué)院學(xué)報 2007 2 4 林大海 模糊綜合評價方法在橋梁狀況中的應(yīng)用 J 四川建筑 2007 6 綜合評定計(jì)算式 Dr 100 x i l RiWi15 式中 Ri 按表 1 所示的方法確定出的橋梁各部件的等級評定結(jié)果即評分 0 5 Wi 橋梁各部件的權(quán)重 Wi 100 Dr 全橋結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況綜合評分值 0 100 對于 60 的橋梁 并不排除有缺損狀況等級評定結(jié)果即評分 3 的橋梁 部件仍有維修的需求 綜合評分值等級劃分相對應(yīng)的橋梁技術(shù)狀況分類 Dr 88一類 88 Dr 60二類 60 Dr 40三類 40 Dr 30四類 30 Dr五類 規(guī)范推薦的橋梁技術(shù)狀況綜合評定方法表 4 質(zhì)普遍存在一定厚度的粘土層 承載力較高 擠土效應(yīng)相對較 大 當(dāng)樁距較密或多臺樁機(jī)同時施工時 擠土效應(yīng)更為明顯 因 此大多數(shù)工程都存在浮樁現(xiàn)象 對此類問題的有效處理方法是 復(fù)壓或復(fù)打 靜載試驗(yàn)表明 經(jīng)過復(fù)壓或復(fù)打的樁 承載力能滿 足設(shè)計(jì)要求 3 2 樁端處理 管樁施工后地表水會由管腔流入樁底 如采用開口樁尖 水會對樁端持力層產(chǎn)生軟化作用 在樁端為砂層時更為明顯 合肥地處江淮之間 局部存在較為豐富的水資源 地層構(gòu)成較 為多樣化 在一些封閉的洼地或漫灘地區(qū) 會有砂層沉積 雖然 合肥地區(qū)砂層的承載力較高 但如果在水的作用下使砂層軟化 或產(chǎn)生流動性 則會引起承載力大幅度降低 造成建筑物的不 均勻沉降 產(chǎn)生安全隱患 對此類問題的有效處理方法是在管 腔內(nèi)灌注約 1m 高的素混凝土封底 沉降觀測結(jié)果表明 對樁 端進(jìn)行封底處理后 建筑物無不均勻沉降現(xiàn)象 3 3 穿砂層 合肥地區(qū)最初應(yīng)用管樁時經(jīng)驗(yàn)不足 照搬沿?；蜓亟貐^(qū) 摩擦樁施工的一些做法 整個場地預(yù)先制定統(tǒng)一的樁長 但在 合肥地區(qū)不一定適用 合肥地區(qū)的土質(zhì)相對較好 承載力較高 因此管樁應(yīng)為摩擦 端承型樁 局部地區(qū)甚至以端承為主 在 3 2 條中提到 合肥地區(qū)局部有砂層沉積 但厚度不一 密度 也各不相同 往往在一棟樓范圍內(nèi)的砂層都會有很大差異 此 時如果僅以樁長做為控制標(biāo)準(zhǔn) 顯然是不妥當(dāng)?shù)?盲目追求統(tǒng) 一樁長只會造成爆樁率增加 或頻繁截樁 影響工程進(jìn)度 筆者 通過對工程實(shí)例的分析總結(jié) 對此類問題可采取以下處理方 法 地質(zhì)勘察單位對于可能存在穿砂層的區(qū)域 詳勘時應(yīng)增 加勘察點(diǎn) 針對砂層提交更為細(xì)致的勘察報告 提交設(shè)計(jì)單位 做為調(diào)整樁長的依據(jù) 施工時的控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)采取樁頂標(biāo)高和終壓值雙控的方 法 采用