雷麗萍 鄧淑飛

(中交第二公路勘察設(shè)計研究院有限公司，湖北武漢 430065)

近年來，關(guān)于橋梁倒塌的新聞屢見不鮮。處在運(yùn)營期的橋梁，會受到環(huán)境以及交通荷載的作用，再加上人為因素和材料自身的退化，會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不同程度的損傷，經(jīng)過時間的積累會給橋梁自身的安全性帶來很大的威脅［1］。對運(yùn)營期的橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行評估，就是利用特定信息客觀的分析橋梁的安全性，為橋梁的維護(hù)、加固提供科學(xué)依據(jù)，使管理者能及時的采取有效的維護(hù)措施。

1 斜拉橋評估指標(biāo)體系的建立

橋梁的健康狀態(tài)評估已經(jīng)引起越來越多專家學(xué)者的注意，國內(nèi)外也有很多相關(guān)評估方法的研究［2-4］。橋梁健康評估的方法大致可以分為兩類:一類是面向中小橋梁以承載能力評估為主的結(jié)構(gòu)安全性評估，主要有基于外觀調(diào)查法和專家經(jīng)驗(yàn)評定法，另一類是對大型橋梁的健康狀態(tài)評估，方法主要有層次分析法、灰色關(guān)聯(lián)度評估法等。對于不同的領(lǐng)域，各種評估方法都有一定的優(yōu)缺點(diǎn)，利用各方法之間的優(yōu)勢去彌補(bǔ)各自的不足可以有效的對評估對象進(jìn)行客觀有效的評估。本文主要根據(jù)斜拉橋養(yǎng)護(hù)規(guī)范監(jiān)測項(xiàng)目的要求來確定評估內(nèi)容。以斜拉橋長期健康監(jiān)測的數(shù)據(jù)指標(biāo)為基礎(chǔ)，對斜拉橋的健康狀況作全面系統(tǒng)的評估。

根據(jù)大型斜拉橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將斜拉橋的健康狀態(tài)評估指標(biāo)進(jìn)行層次劃分，可分為主塔、斜拉索、主梁以及附屬設(shè)施等上層指標(biāo)，各上層指標(biāo)又可劃分為若干下屬指標(biāo)。為了能夠增加評估的客觀性和準(zhǔn)確性，將一些人工檢測指標(biāo)也加入到綜合評估體系中。斜拉橋健康狀態(tài)綜合評估層次模型見圖1。

圖1 斜拉橋健康狀態(tài)評估體系

在圖1中可以看到由評估目標(biāo)、評估對象以及相應(yīng)指標(biāo)組成了一個多層次的評估模型。

2 基于變權(quán)理論的權(quán)重的建立

本文采用基于AHP-變權(quán)綜合方法來對斜拉橋健康狀態(tài)進(jìn)行綜合評估。斜拉橋健康狀態(tài)評估是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，往往評估模型中的權(quán)重較小的指標(biāo)對綜合評價結(jié)果有較大的影響，為了綜合反映出斜拉橋各種狀態(tài)評估的均衡性，采用變權(quán)綜合評估法可以有效的提高小權(quán)重指標(biāo)對評估結(jié)果精度，基于AHP-變權(quán)綜合評價法可以更加客觀的對斜拉橋的健康狀態(tài)進(jìn)行綜合評估。

常權(quán)綜合模式:

修正為變權(quán)模式:

其中，V0，V均為評價值;w(0)j為第j個指標(biāo)的權(quán)重;wj為變權(quán)后的權(quán)重;xj為第j個指標(biāo)的評估值。

根據(jù)前文建立的斜拉橋健康狀態(tài)評估體系，見圖1。根據(jù)該層次評估模型，采用專家打分法可以依次求出評估模型中各指標(biāo)的初始權(quán)重，同時通過對底層指標(biāo)的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行打分，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后，可利用式(3)得到底層的綜合評估值。

其中，Vi為橋梁健康狀態(tài)評估模型第i層的評估值;Wi為評估模型第i層指標(biāo)的權(quán)重值;Ri為評估模型第i層指標(biāo)的評語打分。根據(jù)式(3)依次對各層進(jìn)行綜合評估，可得到各層的評估值Vi，最后得到了橋梁健康狀態(tài)的綜合評估值V。斜拉橋健康狀態(tài)評估的流程見圖2。

圖2 斜拉橋健康狀態(tài)綜合評估邏輯流程圖

3 工程實(shí)踐應(yīng)用

3.1 工程概況

某長江大橋全長4 657 m，大橋主橋結(jié)構(gòu)為(98+196+504+196+98)m的雙塔三索面鋼桁梁斜拉橋。主梁為板桁結(jié)合鋼桁梁，上弦中部756 m范圍是鋼正交異性板橋面，兩端各168 m范圍是混凝土結(jié)合板橋面。每個主塔及橋墩處三片主桁下均設(shè)有豎向剛性支座，縱向?yàn)榛顒樱趦芍魉幹魉M梁與三片主桁之間設(shè)縱向液壓阻尼支座，主塔采用倒Y形混凝土結(jié)構(gòu)，對于該橋在運(yùn)營期的健康狀態(tài)評估十分必要。

3.2 斜拉橋的健康狀態(tài)評估

根據(jù)前文構(gòu)建的斜拉橋綜合評價模型，通過多位相關(guān)專家對評價指標(biāo)進(jìn)行打分，代入到式(3)，并通過一致性檢驗(yàn)，將部分結(jié)果列表如表1所示。

由表1可以看出，斜拉橋健康狀態(tài)評估體系中權(quán)重較小的指標(biāo)，如支座損傷、鋼結(jié)構(gòu)銹蝕等，通過變權(quán)理論，我們可以得到一個較為均衡的指標(biāo)權(quán)重。由式(1)，式(2)，對均衡函數(shù)α分別進(jìn)行取值，分情況對評價結(jié)果比較分析，見表2。

表1 某斜拉橋健康狀態(tài)評估指標(biāo)初始權(quán)重表

表2 某斜拉橋健康狀態(tài)評估結(jié)果隨著α的變化情況表

從表2可以看出，采用變權(quán)綜合方法可以更加真實(shí)的反映出斜拉橋健康狀態(tài)評估的準(zhǔn)確性，當(dāng)α取值越小，說明橋梁對其局部構(gòu)件的損傷或缺陷的包容性越差。

采用AHP-變權(quán)理論，我們可以從斜拉橋健康狀態(tài)評估指標(biāo)體系中看出各指標(biāo)的權(quán)重，為橋梁的健康維護(hù)工作起到了向?qū)У淖饔茫绕涫窃u價結(jié)果相對較差的指標(biāo)，相關(guān)部門要對其加以重視。

4 結(jié)語

運(yùn)用AHP-變權(quán)綜合評價法對某斜拉橋的健康狀態(tài)進(jìn)行綜合評估，增加了評估結(jié)果的準(zhǔn)確性。結(jié)合該斜拉橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，從橋梁主要構(gòu)件上建立層次模型，評價指標(biāo)全面的考慮各種因素，采用變權(quán)理論評價指標(biāo)進(jìn)行了均衡，使評估結(jié)果更加真實(shí)客觀，及時為橋梁管理維修和加固提供科學(xué)可靠的決策依據(jù)，保證橋梁的安全使用，證明了該方法的有效性和先進(jìn)性，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

［1］潘黎明，史家鈞.橋梁安全性與耐久性綜合評估研究［J］.上海市政工程，1997，4(4):11.

［2］Z.H.Zong，T.L.Wang，D.Z.Huang，et al.State-of-the-art report of bridge health monitoring［J］.Journal of Fuzhou University(Natural Science)，2002，30(2):127-147.

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［4］胡 雄.拉索橋梁安全性與耐久性評估的專家系統(tǒng)設(shè)計［J］.應(yīng)用力學(xué)學(xué)報，1998，15(4):12.

［5］陸亞興.橋梁缺損狀況評價方法［J］.中國公路學(xué)報，1996，9(3):9.

［6］王有志.已建橋梁主梁在復(fù)合受力狀態(tài)下的評估指標(biāo)計算［J］.華東公路，2001，6(133):12.

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