牛相勇

(新疆阿克蘇公路管理局烏什分局)

淺析橋梁狀態(tài)評估及養(yǎng)護管理方法

牛相勇

(新疆阿克蘇公路管理局烏什分局)

首先分析橋梁的各種狀態(tài)，并針對新疆地區(qū)的特殊環(huán)境有針對性的提出模糊層次分析法評估橋梁狀態(tài)，針對評估結(jié)果，提出相應的橋梁養(yǎng)護管理方法。

橋梁;狀態(tài)評估;養(yǎng)護;管理

作者信息：牛相勇(1982-)，男，助理工程師，從事道路與橋梁施工技術(shù)研究。

1 引言

橋梁是公路的重要組成部分，公路技術(shù)狀況指數(shù)有一個公式，即MQI=PQI+SCI+BCI+TCI，其中MQI指公路技術(shù)狀況指數(shù)，PQI指路面使用性能指數(shù)，SCI指路基狀況指數(shù)，BCI指橋隧構(gòu)造物技術(shù)狀況指數(shù)，TCI則指沿線設施技術(shù)狀況指數(shù)。而在《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》中明確規(guī)定了包含5類橋梁的公路技術(shù)狀況為0，這充分體現(xiàn)了橋梁養(yǎng)護對于公路技術(shù)狀況的重要性。所以橋梁養(yǎng)護不但對于橋梁本身，即使是對于公路都十分重要，而做好橋梁養(yǎng)護管理有利于做好橋梁養(yǎng)護工作。并且如何有針對性的對橋梁進行狀態(tài)評價也是橋梁養(yǎng)護中必不可少的研究內(nèi)容。首先分析橋梁的各種狀態(tài)，并針對新疆地區(qū)的特殊環(huán)境有針對性的提出模糊層次分析法評估橋梁狀態(tài)，針對評估結(jié)果，提出相應的橋梁養(yǎng)護管理方法。

2 橋梁狀態(tài)評估

2.1 橋梁的狀態(tài)

橋梁需要一個良好的環(huán)境來保證橋梁的有效使用，避免事故的發(fā)生，對于橋梁養(yǎng)護尤其是橋梁加固來說，在通常情況下，需要考慮以下幾方面問題：(1)承載能力不足;(2)正常使用能力不足;(3)設計、施工不合理;(4)維修養(yǎng)護及加固措施不當;(5)自然老化;(6)人為及外力因素引起的結(jié)構(gòu)損壞;(7)超負荷運營;(8)超期服役。

2.2 橋梁的指標體系

為了對橋梁進行有效的橋梁狀態(tài)評估，首先必須明確橋梁狀態(tài)評估的指標體系。橋梁狀態(tài)對于不同的橋梁有所不同，因為對于不同的橋梁，橋梁構(gòu)造材料、橋梁構(gòu)建種類、橋梁荷載傳遞形式、橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)都有所不同，正如世界上沒有兩片相同的樹葉一樣，世界上也不可能存在兩個同樣的橋梁。但是橋梁按照橋梁的使用狀況可以分析新橋梁、穩(wěn)定期橋梁、衰退期橋梁以及退役期橋梁，按照橋梁的結(jié)構(gòu)型式可分為簡支梁橋，連續(xù)梁橋，剛構(gòu)橋，拱橋，斜拉橋，懸索橋等。本文的研究不能面面俱到，如圖1所示，主要對橋梁結(jié)構(gòu)層次進行劃分來明確橋梁狀態(tài)評估的指標體系。

2.3 模糊層次分析法

模糊信息處理方法是一種有效的數(shù)學方法，它可以對混亂的信息進行整合處理，對于橋梁不同位置，不同語言描述的數(shù)據(jù)進行整合，例如在對于橋梁某個部位的狀態(tài)進行描述時可以分為“良”、“好”和“差”，也可以進行分級描述，如從一級到十級。表面看來這些評價方式都沒有問題，但是在對于橋梁整體評價過程中很難對這些繁瑣的數(shù)據(jù)進行完全整合，我們難以明確“良”和“一級”的關(guān)系如何，但是模糊層次分析法可以對這些數(shù)據(jù)進行整合處理以達到對橋梁整體進行狀態(tài)評估的目的。

模糊層次分析法對橋梁狀態(tài)進行評估主要有五個步驟。

(1)確定橋梁狀態(tài)評估的各方面因素

為了對橋梁狀態(tài)進行綜合評估必須確定橋梁的下層指標，對于不同地區(qū)、不同環(huán)境，對于橋梁下層指標的選取不同，模糊層次分析法要求首先選定所需的下層指標，建立下層指標的因素集，如U=［下部結(jié)構(gòu)、主梁、吊桿、附屬設施、承載能力、動力特性］，記為 U=［u1，u2，u3，u4，u5，u6］。

(2)確定橋梁狀態(tài)評估的各因素的權(quán)重

確定橋梁狀態(tài)評估過程中各因素的權(quán)重的方法有很多，不一一說明。

(3)對于橋梁因素集的各因素進行評價

如上文所述，這種對于橋梁下層指標的評價包括“良”、“好”和“差”，也可以進行分級描述，如從一級到十級。這樣可以建立橋梁因素集的評價集，如V=［良，好，差］，V=［1，2，3，4，5，6，7，8，9，10］，記為 V=［v1，v2，v3，v4，……，vm］。

(4)確定隸屬度R

模糊集合定義：設論域U，集合A，對于任意一個元素x∈A，用一個隸屬度函數(shù)產(chǎn)UA(x)∈［0，1］來表示元素x隸屬于集合A的程度，我們稱這個集合A為模糊集合，UA(x)稱為模糊集合A的隸屬函數(shù)，UA(xi)稱為元素xi的隸屬度。

本文中隸屬度的選取采用降半梯形分布函數(shù)來表示

其中rij代表為第i因素對第j個評語的隸屬度，a、b分別代表為第i個因素指標的最大、最小值，xij代表在［0，1］區(qū)間內(nèi)，第i個因素的絕對量值。

(5)利用模糊層次法對橋梁狀態(tài)進行評估

根據(jù)已經(jīng)確定的橋梁狀態(tài)評估選取的因素進行評價，將評價處理后的各下層數(shù)據(jù)進行整合，建立隸屬度矩陣，考慮不同因素的權(quán)重，得到中級計算模型，利用中級計算模型和評價集進行計算建立模糊層次法分析橋梁狀態(tài)的模型。

2.4 具體算例

對于新疆某個橋梁進行具體計算，具體說明模糊層次法的計算過程中。例如建立下層指標的因素集，如U=［下部結(jié)構(gòu)、主梁、吊桿、附屬設施、承載能力、動力特性］，評價集V=［1，23，4，5，6，7，8，9，10］和 V=［優(yōu)、良、好、中、差］分別處理成為 V=［15，35，55，75，95］和 V=［100，80，70，55，40］。

計算得到隸屬度為

將權(quán)重和隸屬度進行矩陣乘法可以得到中級計算模型

權(quán)重選取如下：下部結(jié)構(gòu)、主梁、吊桿、附屬設施、承載能力、動力特性分別為 0.134、0.299、0.128，0.121，0.174，0.144。

模糊層次分析法最終計算得到結(jié)果為(以計算)

3 養(yǎng)護管理方法

根據(jù)模糊層次法計算得到的最終得分可以對橋梁使用狀況有一個客觀的認識，在了解橋梁基本情況的基礎上可以對橋梁進行有針對性的養(yǎng)護管理，根據(jù)日本健全度理論，橋梁計算得分在100～87.6分之間的橋梁，橋梁構(gòu)件沒有任何問題，只需要正常的維護，對于得分在87.5～62.6分之間的橋梁，橋梁構(gòu)件沒有嚴重問題，只需要正常的養(yǎng)護，對于得分在62.5～37.6分之間的橋梁，需要對橋梁進行持續(xù)的檢查以保證橋梁的正常使用，對于得分在37.5～12.6分之間的橋梁，不但需要對橋梁進行必要的養(yǎng)護，還要做好橋梁的加固工作，對于得分在12.5～0分之間的橋梁，橋梁的問題構(gòu)建需要重新建設以保證橋梁的安全使用。

而我國《城市橋梁養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》先根據(jù)橋梁的重要性對養(yǎng)護等級進行分類，分為I等、Ⅱ等、Ⅲ等、IV等、V等，對于不同等級的說明如下表1所示，模糊層次分析法的對應說明如下表2所示。

表1 橋梁養(yǎng)護措施分類

表2 橋梁狀態(tài)等級和評分

［1］謝峻，江見鯨，王國亮等.大跨度預應力混凝土箱梁橋的健康監(jiān)測系統(tǒng)［J］.清華大學學報(自然科學版)，2006.

［2］陳保平，蘇木標，樊可清.大型橋梁健康監(jiān)測遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計［J］.石家莊鐵道學院學報，2001，14(4)：14-17.

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