鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評估的研究

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)耐久性評估方法主要可以分為3 類：①根據(jù)結(jié)構(gòu)檢測和監(jiān)測結(jié)果，由有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員作出評估，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估方法∶③基于可靠度理論的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評估法。概括來說就是思想方法上的四個結(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)科知識結(jié)合∶②定性研究和定量研究結(jié)合∶③科學(xué)理論知識與經(jīng)驗(yàn)知識結(jié)合：④宏觀性研究與微觀性研究結(jié)合。

對已有的各種結(jié)構(gòu)耐久性評估方法進(jìn)行研究和分析的基礎(chǔ)上，擬將評估等級分為5個等級，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各個等級的隸屬度；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)原理引入到評估中，對模糊綜合評估結(jié)果進(jìn)行分析處理，再根據(jù)最大隸屬度確定被評估對象的等級歸屬；建立既有鋼筋混凝上橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的模糊綜合評估模型。

對既有鋼筋混凝土耐久性評估大致分為實(shí)際調(diào)查、耐久性檢測和進(jìn)行耐久性評估3個部分。

2 模糊綜合評估模型

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個組成部分。如圖1 所示。

圖1 混凝土模糊評估模型

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，采用單級模糊評估，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，得不出有意義的評估結(jié)果。因此對既有橋梁結(jié)構(gòu)這種復(fù)雜系統(tǒng)來說，要對其耐久性做出綜合評估，應(yīng)根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和耐久性綜合評估的要求，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估模型，從而對既有橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性做出符合實(shí)際的綜合評估。

3 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)模糊綜合評估步驟

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，采用單級模糊評估，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，得不出有意義的評估結(jié)果。因此對既有結(jié)構(gòu)這種復(fù)雜系統(tǒng)來說，要對其耐久性做出綜合評估，應(yīng)根據(jù)既有結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和耐久性綜合評估的要求，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估模型，從而對既有結(jié)構(gòu)的耐久性做出符合實(shí)際的綜合評估。

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

第一級評估∶依據(jù)各影響因素，對結(jié)構(gòu)的構(gòu)件進(jìn)行耐久性評估。

第二級評估∶在對構(gòu)件進(jìn)行評估的基礎(chǔ)上，對結(jié)構(gòu)的組成部分進(jìn)行耐久性評估。

第三級評估∶在對組成部分進(jìn)行評估的基礎(chǔ)上，對整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行耐久性評估。

（1）確定橋梁評估對象各個層次的因素集

對被評估的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，將既有橋梁結(jié)構(gòu)分為I個組成部分，每個組成部分分為m個構(gòu)件，每個構(gòu)件有n個影響因素，即：

根據(jù)圖1 所示的模糊綜合評估模型，建立模糊綜合評估的因素集。

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的評估集

無論評估層次和影響因素有多少個，其所引起的評估集只有一個集合，因此對結(jié)構(gòu)、組成部分、構(gòu)件以及影響因素來說，其評估集都是相同的。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個等級.

（3）建立因素權(quán)重集

在模糊綜合評估中，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、各個影響因素之間的相對重要程度，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。已反映了各個因素在綜合評估中所占有的地位或所起的作用，直接影響綜合評估的結(jié)果。

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

（4）模糊綜合評估

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

前一級模糊綜合評估的結(jié)果是后一級綜合評估的輸入數(shù)據(jù)，即后一級綜合評估的結(jié)果正確與否是由前一級模糊綜合評估決定的，因此最底層因素的模糊綜合評估是對既有橋梁耐久性模糊綜合評估的基礎(chǔ)，已有的評估結(jié)果正確與否對整個既有橋梁耐久性的最終評估起著至關(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，所以評估的結(jié)果是一個向量而非一個點(diǎn)值。這就為如何由評估的結(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)平均法把評估結(jié)果向量轉(zhuǎn)化為確定的量值。對各個評估等級進(jìn)行加權(quán)平均，取此平均值作為評估結(jié)果，即整體損傷值。

對于既有鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)，在定期進(jìn)行檢測后，根據(jù)模糊綜合評估結(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，然后用基于灰色動態(tài)系統(tǒng)理論的剩余使用壽命預(yù)測理論進(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。

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

實(shí)際上，人腦對客觀事物進(jìn)行評估時(shí)所運(yùn)用的并不是常權(quán)。在一個評估過程中，人們對客觀事物的評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)綜合僅考慮了對各目標(biāo)相對重要性的偏好，而且考慮了目標(biāo)對均衡程度的偏好。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，對耐久性評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)目前國內(nèi)外混凝土評估研究成果的基礎(chǔ)上，對既有鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性評估和剩余使用壽命預(yù)測進(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[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價(jià)模型，合肥土業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000,23 (4)