張 凝(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)基建處，甘肅 蘭州 730070)

1 引言

目前混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)估方法主要可以分為3 類：①根據(jù)結(jié)構(gòu)檢測(cè)和監(jiān)測(cè)結(jié)果，由有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員作出評(píng)估，這就是所謂的傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法：②隨著基礎(chǔ)科學(xué)和計(jì)算機(jī)學(xué)科的發(fā)展，借助于模糊數(shù)學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能手段的綜合評(píng)估方法∶③基于可靠度理論的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)估法。概括來說就是思想方法上的四個(gè)結(jié)合，可以將其稱為定性定量相結(jié)合的綜合集成方法。即在思想方法上做到∶①多學(xué)科知識(shí)結(jié)合∶②定性研究和定量研究結(jié)合∶③科學(xué)理論知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)知識(shí)結(jié)合：④宏觀性研究與微觀性研究結(jié)合。

對(duì)已有的各種結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)估方法進(jìn)行研究和分析的基礎(chǔ)上，擬將評(píng)估等級(jí)分為5個(gè)等級(jí)，給出服從梯形或半梯形分布的隸屬函數(shù)，來確定構(gòu)件耐久性影響因素對(duì)各個(gè)等級(jí)的隸屬度；運(yùn)用層次分析法確定初始權(quán)重后，將提出根據(jù)影響因素實(shí)際檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行權(quán)重修正的更加合理確定權(quán)重的方法；把變權(quán)原理引入到評(píng)估中，對(duì)模糊綜合評(píng)估結(jié)果進(jìn)行分析處理，再根據(jù)最大隸屬度確定被評(píng)估對(duì)象的等級(jí)歸屬；建立既有鋼筋混凝上橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的模糊綜合評(píng)估模型。

對(duì)既有鋼筋混凝土耐久性評(píng)估大致分為實(shí)際調(diào)查、耐久性檢測(cè)和進(jìn)行耐久性評(píng)估3個(gè)部分。

2 模糊綜合評(píng)估模型

基于層次性原則，參照現(xiàn)行《危險(xiǎn)房屋鑒定標(biāo)準(zhǔn)》，將結(jié)構(gòu)劃分成上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、房面及附屬設(shè)施2個(gè)組成部分。如圖1 所示。

圖1 混凝土模糊評(píng)估模型

由于影響鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的因素很多，而且各個(gè)因素之間又相互影響。如果將所有因素放在同一層次進(jìn)行考慮，采用單級(jí)模糊評(píng)估，則難以比較既有橋梁結(jié)構(gòu)各構(gòu)件層次之間的優(yōu)劣次序，得不出有意義的評(píng)估結(jié)果。因此對(duì)既有橋梁結(jié)構(gòu)這種復(fù)雜系統(tǒng)來說，要對(duì)其耐久性做出綜合評(píng)估，應(yīng)根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和耐久性綜合評(píng)估的要求，將混凝土結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和其影響因素進(jìn)行細(xì)分歸類，形成一種條理清晰、相互關(guān)聯(lián)的有序多層次的綜合評(píng)估模型，從而對(duì)既有橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性做出符合實(shí)際的綜合評(píng)估。

3 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)模糊綜合評(píng)估步驟

由于影響既有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素很多，而且各個(gè)因素之間有相互影響。如果將所有因素放在同一層次進(jìn)行考慮，采用單級(jí)模糊評(píng)估，則難以比較既有結(jié)構(gòu)各構(gòu)件層次之間的優(yōu)劣次序，得不出有意義的評(píng)估結(jié)果。因此對(duì)既有結(jié)構(gòu)這種復(fù)雜系統(tǒng)來說，要對(duì)其耐久性做出綜合評(píng)估，應(yīng)根據(jù)既有結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和耐久性綜合評(píng)估的要求，將既有結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和其影響因素進(jìn)行細(xì)分歸類，形成一種條理清晰、相互關(guān)聯(lián)的有序多層次的綜合評(píng)估模型，從而對(duì)既有結(jié)構(gòu)的耐久性做出符合實(shí)際的綜合評(píng)估。

影響既有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素很多，因此，在對(duì)既有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性進(jìn)行模糊綜合評(píng)估時(shí)，采用多級(jí)模糊綜合評(píng)估比較合適。

第一級(jí)評(píng)估∶依據(jù)各影響因素，對(duì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件進(jìn)行耐久性評(píng)估。

第二級(jí)評(píng)估∶在對(duì)構(gòu)件進(jìn)行評(píng)估的基礎(chǔ)上，對(duì)結(jié)構(gòu)的組成部分進(jìn)行耐久性評(píng)估。

第三級(jí)評(píng)估∶在對(duì)組成部分進(jìn)行評(píng)估的基礎(chǔ)上，對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行耐久性評(píng)估。

（1）確定橋梁評(píng)估對(duì)象各個(gè)層次的因素集

對(duì)被評(píng)估的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，將既有橋梁結(jié)構(gòu)分為I個(gè)組成部分，每個(gè)組成部分分為m個(gè)構(gòu)件，每個(gè)構(gòu)件有n個(gè)影響因素，即：

根據(jù)圖1 所示的模糊綜合評(píng)估模型，建立模糊綜合評(píng)估的因素集。

其中調(diào)治構(gòu)造物是指為引導(dǎo)或改變水流方向，使水流平順地通過橋孔以減緩水流對(duì)橋位附近河床、河岸的沖刷而修建的水工構(gòu)造物。如∶導(dǎo)流堤、梨形壩、長(zhǎng)堤、丁壩、川頁壩、截水壩等。將其歸入下部結(jié)構(gòu)。

（2）確定橋梁耐久性等級(jí)的評(píng)估集

無論評(píng)估層次和影響因素有多少個(gè)，其所引起的評(píng)估集只有一個(gè)集合，因此對(duì)結(jié)構(gòu)、組成部分、構(gòu)件以及影響因素來說，其評(píng)估集都是相同的。根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性差異，可將既有結(jié)構(gòu)的耐久性分為良好、較好、較差、差、危險(xiǎn)5個(gè)等級(jí).

（3）建立因素權(quán)重集

在模糊綜合評(píng)估中，因素的權(quán)重至關(guān)重要，尤其像混凝土系統(tǒng)耐久性，影響因素多，同層次之間、各個(gè)影響因素之間的相對(duì)重要程度，往往難以把握，即使依賴專家經(jīng)驗(yàn)，也難以排除人為因素的影響。已反映了各個(gè)因素在綜合評(píng)估中所占有的地位或所起的作用，直接影響綜合評(píng)估的結(jié)果。

運(yùn)用層次分析法確定初始權(quán)重后，提出了對(duì)第一級(jí)評(píng)估權(quán)重根據(jù)影響因素實(shí)際檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行修正的更加合理確定權(quán)重的方法。對(duì)第三級(jí)評(píng)估權(quán)重，把變權(quán)原理引入到評(píng)估中，對(duì)模糊綜合評(píng)估結(jié)果進(jìn)行分析處理，再根據(jù)最大隸屬度確定被評(píng)估對(duì)象的等級(jí)歸屬。對(duì)第二級(jí)的權(quán)重未加處理，采用專家給出的初始權(quán)重。

（4）模糊綜合評(píng)估

這是對(duì)既有橋梁結(jié)構(gòu)各構(gòu)件層次的模糊綜合評(píng)估，也是既有橋梁結(jié)構(gòu)耐久性綜合評(píng)估的最基木、最重要的部分。由于對(duì)既有橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的三級(jí)模糊綜合評(píng)估是按影響因素、構(gòu)件、組成部分、整體結(jié)構(gòu)的層次順序由下向上逐級(jí)進(jìn)行的。

前一級(jí)模糊綜合評(píng)估的結(jié)果是后一級(jí)綜合評(píng)估的輸入數(shù)據(jù)，即后一級(jí)綜合評(píng)估的結(jié)果正確與否是由前一級(jí)模糊綜合評(píng)估決定的，因此最底層因素的模糊綜合評(píng)估是對(duì)既有橋梁耐久性模糊綜合評(píng)估的基礎(chǔ)，已有的評(píng)估結(jié)果正確與否對(duì)整個(gè)既有橋梁耐久性的最終評(píng)估起著至關(guān)重要的作用。

（5）耐久性整體損傷值

由于影響結(jié)構(gòu)耐久性因素的多樣性、復(fù)雜性、不確定性，目前耐久性研究大多基于模糊數(shù)學(xué)等理論，所以評(píng)估的結(jié)果是一個(gè)向量而非一個(gè)點(diǎn)值。這就為如何由評(píng)估的結(jié)果向量確定出橋梁耐久性的整體損傷值提出了問題。 采用加權(quán)平均法把評(píng)估結(jié)果向量轉(zhuǎn)化為確定的量值。對(duì)各個(gè)評(píng)估等級(jí)進(jìn)行加權(quán)平均，取此平均值作為評(píng)估結(jié)果，即整體損傷值。

對(duì)于既有鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)，在定期進(jìn)行檢測(cè)后，根據(jù)模糊綜合評(píng)估結(jié)果，即可獲得既有橋梁按定期時(shí)間間隔的耐久性整體損傷值序列，然后用基于灰色動(dòng)態(tài)系統(tǒng)理論的剩余使用壽命預(yù)測(cè)理論進(jìn)行既有鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)剩余使用壽命的預(yù)測(cè)。

通過對(duì)模糊綜合評(píng)估結(jié)果進(jìn)行分析處理，從而最終確定被評(píng)估對(duì)象的等級(jí)歸屬。模糊綜合評(píng)估結(jié)果為一個(gè)模糊子集，是與評(píng)估等級(jí)集對(duì)應(yīng)的一組隸屬度數(shù)值，它可以反映出該結(jié)構(gòu)耐久性在評(píng)估等級(jí)集中所處的等級(jí)情況，通常在各個(gè)級(jí)別中可能都有一分值分布，這些分值反映了該結(jié)構(gòu)耐久性隸屬于各個(gè)級(jí)別的程度大小。

實(shí)際上，人腦對(duì)客觀事物進(jìn)行評(píng)估時(shí)所運(yùn)用的并不是常權(quán)。在一個(gè)評(píng)估過程中，人們對(duì)客觀事物的評(píng)估要隨著過程的具體變化而不斷變化。以可行性和重要性而論，當(dāng)可行性程度很低時(shí)，“重要性”的權(quán)重也要相應(yīng)降低，同時(shí)當(dāng)一件事情的重要性很低，即使再容易做到，也不應(yīng)該去做，即“可行性”權(quán)重應(yīng)降低。兩者的權(quán)重會(huì)隨著兩者的變化而變化，這就是一種變權(quán)。

變權(quán)綜合與常權(quán)綜合的不同之處就在于，變權(quán)綜合僅考慮了對(duì)各目標(biāo)相對(duì)重要性的偏好，而且考慮了目標(biāo)對(duì)均衡程度的偏好。一般情況下，目標(biāo)越均衡越好。

4 結(jié)語

隨著當(dāng)前大量既有鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性問題越來越突出，對(duì)耐久性評(píng)估方法的研究已引起行業(yè)內(nèi)和工程界的普遍關(guān)注。在總結(jié)目前國(guó)內(nèi)外混凝土評(píng)估研究成果的基礎(chǔ)上，對(duì)既有鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)估和剩余使用壽命預(yù)測(cè)進(jìn)行了研究，具有普遍的實(shí)用性。

[1]金偉良，趙羽習(xí)，混凝上結(jié)構(gòu)耐久性[M]，北京∶科學(xué)出版社，2002,1-9.

[2 牛荻濤，混凝上結(jié)構(gòu)耐久性與壽命預(yù)測(cè)[M]，北京∶科學(xué)出版社，2003,164-179.

[3]金偉良，趙羽習(xí)，混凝上結(jié)構(gòu)耐久性研究的回顧與發(fā)展，浙江大學(xué)學(xué)報(bào)，2002,36(4)∶371-380.

[4]J.Glanville,A.Neville,Prediction of Concrete Durability,London∶E&FN Spon,1997,15-42.

[5]莊鎖法，基于層次分析法的綜合評(píng)價(jià)模型，合肥土業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000,23 (4)