基于灰色聚類法的某公路混凝土橋梁耐久性評(píng)估

任忠英+李曉鐘

摘要：基于灰色聚類評(píng)估理論，建立某公路混凝土橋梁的耐久性評(píng)估模型。依據(jù)《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》選取了蜂窩麻面、剝落掉角、混凝土保護(hù)層厚度等十個(gè)參數(shù)作為綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用相似系數(shù)法確定指標(biāo)的客觀權(quán)重，根據(jù)《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》，將耐久性劃分為3個(gè)等級(jí)，然后構(gòu)建白化權(quán)函數(shù)并結(jié)合實(shí)際觀測(cè)值，通過對(duì)灰色聚類系數(shù)的計(jì)算，再得出某公路混凝土橋梁各跨梁體耐久性等級(jí)的評(píng)價(jià)結(jié)果。

Abstract： Based on the gray clustering evaluation theory， the durability evaluation model of a concrete bridge is established. According to the "Highway Bridge Technology Condition Evaluation Criteria"， ten parameters such as honeycomb， stripping angle and thickness of concrete protective layer were selected as comprehensive evaluation indexes. The similarity coefficient method was used to determine the objective weight of the index. According to the "Highway Bridge and Cannon Conservation Standard"， the durability is divided into three grades， and then the whitening weight function is constructed， and combined with the actual observation value ， through the calculation of the gray clustering coefficient， the evaluation result of the durability grade of the concrete bridge of a highway is obtained.

關(guān)鍵詞：灰色聚類法；公路混凝土橋梁；耐久性

Key words： grey clustering method；highway concrete bridge；durability

中圖分類號(hào)：U447 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）33-0213-03

0 引言

目前，混凝土結(jié)構(gòu)是橋梁工程中應(yīng)用最廣泛的一種結(jié)構(gòu)。隨著橋梁運(yùn)營(yíng)時(shí)間的累積，橋梁結(jié)構(gòu)受到外部自然環(huán)境、交通量的日益增長(zhǎng)及河流的侵蝕等因素的影響，致使梁體抗力的衰減程度增大，耐久性會(huì)不斷降低，甚至?xí)绊懙綐蛄旱陌踩詥栴}。國(guó)內(nèi)外學(xué)者就混凝土橋梁的耐久性評(píng)估做了大量的研究，元成方、牛荻濤[1]建立了鋼筋混凝土連續(xù)梁橋的層次結(jié)構(gòu)模型，采用層次分析法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值，根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的基本理論建立了橋梁耐久性指標(biāo)的隸屬函數(shù)。陳晶[2]等利用改進(jìn)的三標(biāo)度層次分析法及模糊可拓理論，建立了基于模糊可拓層次分析法的在役混凝土橋梁耐久性評(píng)估模型。李靜斌[3]將變權(quán)理論與模糊綜合評(píng)估方法相結(jié)合，評(píng)估混凝土橋梁耐久性。劉均利[4]等提出了一個(gè)基于灰色關(guān)聯(lián)度和變權(quán)理論的評(píng)估方法，對(duì)在役雙曲拱橋的耐久性技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行了評(píng)估。本文在這些研究的基礎(chǔ)上，采用了相似權(quán)法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，并且在灰色聚類理論的基礎(chǔ)上對(duì)蘭州某在役公路混凝土橋梁的耐久性進(jìn)行評(píng)估。

1 灰色聚類評(píng)價(jià)模型

1.1 建立評(píng)價(jià)模型

1.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定

用相似權(quán)法來確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，相似權(quán)[7-8]是建立在單指標(biāo)評(píng)價(jià)向量與綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)向量相近程度的基礎(chǔ)上確立的，能夠更加客觀的反映指標(biāo)的權(quán)重。利用相似系數(shù)求權(quán)重的步驟如下。

2 確定橋梁耐久性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

根據(jù)《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》[9]中鋼筋混凝土梁式橋上部承重構(gòu)件和上部一般構(gòu)件評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)確定評(píng)價(jià)指標(biāo)及界限值。

在表1中有4個(gè)定性指標(biāo)X4、X6、X9、X10，其中X4、X6分為4類，通過專家打分法進(jìn)行賦值：Ⅰ類（90～100），Ⅱ類（75～90），Ⅲ類（60～75），Ⅳ類（≤60），同理對(duì)X9、X10 進(jìn)行賦值：Ⅰ類（95～100），Ⅱ類（85～95），Ⅲ類（65～85），Ⅳ類（45～65），Ⅴ類（≤45）。

3 實(shí)例分析

蘭州城關(guān)黃河大橋是一座預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)箱梁橋，孔跨布置47m+3*70m+47m?，F(xiàn)已該橋?yàn)槔≈虚g3跨梁體為樣本進(jìn)行研究，各評(píng)價(jià)指標(biāo)實(shí)測(cè)值及定性指標(biāo)得分如表1所示，對(duì)其進(jìn)行耐久性等級(jí)評(píng)定。

參照現(xiàn)行《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》[10]中橋梁技術(shù)狀況評(píng)定等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，并且根據(jù)規(guī)范將混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)價(jià)分為3個(gè)灰類等級(jí)，E={e1，e2，e3}{Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ}。

3.1 建立3個(gè)樣本的單指標(biāo)白化權(quán)系數(shù)評(píng)價(jià)矩陣

則樣本M1、M2、M3的等級(jí)得分為Q1=2.326，Q2=2.533，Q3=2.544，故樣本M1、M2、M3的灰類等級(jí)為Ⅰ類，且3個(gè)樣本的優(yōu)劣順序?yàn)镸3，M2，M1。

4 結(jié)論

由于樣本M1這一跨的梁體耐久性最差，所以在后期橋梁維護(hù)與檢修過程中應(yīng)當(dāng)作為首要工作，其次是樣本M2，最后是樣本M3。

在綜合相關(guān)文獻(xiàn)研究的基礎(chǔ)上，本文主要對(duì)蘭州城關(guān)黃河大橋其中3跨梁體的耐久性作了一般性的理論分析，其結(jié)果是找出耐久性比較薄弱的橋跨梁體，然后用于指導(dǎo)后期橋梁的維護(hù)與檢修。

參考文獻(xiàn)：

[1]元成方，牛荻濤.基于AHP法和模糊綜合評(píng)價(jià)的鋼筋混凝土橋梁耐久性評(píng)估[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010.

[2]陳晶，鮑學(xué)英，趙延龍.基于模糊可拓層次分析法的在役混凝土橋梁耐久性評(píng)估[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2015（4）：16-20.

[3]李靜斌，張軍鋒，陳淮.考慮變權(quán)的橋梁模糊綜合評(píng)定方法研究[J].河南科學(xué)，2010.

[4]劉均利，方志.基于灰色關(guān)聯(lián)度的在役雙曲拱橋耐久性綜合評(píng)估[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)（自科版），2010，37（9）：1-6.

[5]劉思峰等灰色系統(tǒng)理論及其應(yīng)用[M].科學(xué)出版社，2010.

[6]劉思峰，謝乃明.基于改進(jìn)三角白化權(quán)函數(shù)的灰評(píng)估新方法[J].系統(tǒng)工程學(xué)報(bào)，2011.

[7]晉民杰，王快，范英，等.一種基于相似系數(shù)的權(quán)重確定方法[J].太原科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2015（1）：60-64.

[8]龐彥軍，劉開第，張博文.綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)客觀性指標(biāo)權(quán)重的確定方法[J].系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐，2001，21（8）：37-42.

[9]交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院.公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[S].人民交通出版社，2011.

[10]陜西省公路局.公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范[S].人民交通出版社，2004.

[11]鮑學(xué)英，王起才.灰色聚類法在再生混凝土粗骨骨料質(zhì)量等級(jí)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].土木建筑與環(huán)境工程，2014（03）：112-117.endprint