双曲拱旧桥的多级模糊综合评定方法

'双曲拱旧桥的多级模糊综合评定方法总第212期2005年第5期交通科技TransportationScience&TechnologySerialNo.212No.5Oet.2005双曲拱旧桥的多级模糊综合评定方法张佩旭(河南省交通科学技术研究院郑州450015)摘要总结桥梁检测评估的方法,采用健康等级的多级模糊综合评定的方法对在役双曲拱桥进行评定,介绍多级模糊综合评定方法的评定法则和计算方法.并将该方法应用到工程实际.关键词双曲拱桥承载力评估模糊综合评定1桥梁承载能力评估现状2双曲拱桥承载力多级模糊综合评估方法双曲拱桥大部分修建于20世纪70年代,在役的双曲拱桥已经工作了近30年,其损伤和病害以及其他不适应交通运输要求的问题已经非常突出,急需对该种桥梁的承载能力进行评估,确保桥梁的安全服役.目前,实际应用的桥梁承载力评定方法主要有基于外观调查的方法,基于设计规范的方法,以及荷载实验等方法.1.1基于外观调查的评估方法该方法最早应用于建筑结构损伤程度的评估,并逐步发展成为一种量化的评分系统L1].评分标准即损伤程度分类需根据调查统计和试验分析结果预先制定.我国的《公路养护技术规范》中根据桥梁的损伤程度将旧桥分为4类.此方法应 用简单,主要应用于桥梁运营状态的评估.1.2基于设计规范的方法桥梁设计规范是指导桥梁设计的标准,但对于旧桥的评估不能直接套用桥梁设计规范[2j.在对旧桥进行评估时,需根据现场调查信息对结构抗力和荷载效应进行修正,修正的方法,安全系数取值,结构损伤确定以及结构分析方法选择是承载力评估准确性的关键.1.3荷载实验桥梁荷载实验可分为动载试验和静载试验.动载试验是测定桥梁结构的实际冲击系数和桥梁结构的自振特性,静载试验是测定桥梁结构的应力和变形(挠度),通过这些项目对桥梁承载能力进行评价【3].收稿日期:2005—05—05目前,在常规桥梁工程实际中常用的主要有基于外观调查和荷载试验2种方法.第一种方法过于简单,评估也过于粗略;第二种方法需要有专门的咨询单位进行检测评定,数据处理量较大.因此寻求一种适用于常规桥梁且简单实用,有一定的精确度,适合于桥梁管理部门建立技术档案和检测评定方法具有重要意义.健康等级的多级模糊综合评估方法是通过模糊向量按照一定的计算法则,自下而上求解桥梁的健康等级以对桥梁进行评估.同时,该评估方法是一个开放的体系,可以将基于外观调查,设计规范及荷载试验评价的结果作为一个模糊向量,通过权重向量将这几种方法综合起来对桥梁进行评估. 2.1多级模糊综合评估的桥梁分级n影响桥梁结构健康状况的因素是相当复杂的,加之检测设备和桥梁分析理论的不完备性,对桥梁健康程度的评定也必然具有随机性,模糊性,甚至是灰色的.采用多级模糊综合评估的方法,即建立桥梁的健康评判指标体系,依据该指标体系对桥梁的健康状况进行评估.依据《公路养护技术规范》将双曲拱桥的健康状态分为5个等级,则模糊评判的决断集就是这5个等级的模糊评判决策量组成的模糊向量.这5个等级的解释如下.一级:健康状况符合国家规范标准的要求,具有正常的承载力和使用功能,可不采取措施.二级:健康状况基本符合国家规范标准的要求,不影响正常的承载力和使用功能,对个别构件2005年第5期张佩旭:双曲拱旧桥的多级模糊综合评定方法可采取必要的维护措施.三级:健康状况略低于国家规范的要求,尚不影响整体承载力和使用功能,多数构件需采取维修,加固措施.四级:健康状况不符合国家规范标准的要求,影响结构正常的承载能力和使用功能,应采取加固或更换构件的措施.五级:健康状况严重不符合国家标准的要求,已危及安全,应停止使用,并尽快采取有效措施.2.2桥梁结构层次的划分根据双曲拱桥的结构特点,将一个双曲拱桥 划分为桥面系,桥跨结构(拱上建筑,主拱圈),下部结构和附属结构几个组成单元.再依次对各单元划分,如将主拱圈分为拱肋,拱波,拱板,横向联系;将下部结构分为桥台,桥墩等.对于较为重要的桥跨结构和下部结构可进一步分解,分别进行评估.结构划分如图1所示.图1桥梁结构分解层次不意图2.3多级模糊综合评估计算法则将桥梁结构层次单元划分后,对各个单元进行评估,评估从底层单元进行评估,再计算上层单元的评估指标,最后得出桥梁的评估指标.根据子单元在母单元中的重要性,采用不同的方法计算母单元的评估指标,计算方法如下.2.3.1权重向量法根据各个子单元在母单元中的重要性,选择一个权重向量与各个子单元的模糊评估向量组成的矩阵相乘,求得母单元得模糊评估向量.2.3.2最小值法则母单元的模糊评估向量等于各个子单元模糊评估向量中最小的一个.公式表达为:V:minVl,V2,V3,V4,V5(1)2.3.3降级法则母单元的模糊评估向量的取值比某个子单元模糊评估向量降一级,即如果某个单元评估为三级,则其母单元评估为四级].2.3.4一票否决法则若某一子单元的模糊评估向量取定后,则母单元的模糊评估向量就等于该子单元的模糊评估 向量,不再考虑其他的子单元[5].2.3.5最大隶属度原则项目的模糊向量中的最大值决定该项目的健康等级.2.4双曲拱旧桥健康等级的多级模糊综合评判2.4.1项目的模糊等级评判对某一项目而言,当影响其健康的各子项的评判标准及相关权重确定后,即可依据评定等级的划分,通过单因素评判和模糊变换确定其健康等级.设需要评价的桥梁单元共分为S一1,2,…,s个项目,每个项目有J—l,2,…,M个影响子项,各子项单因素模糊评判的等级有J一一级,二级,三级,四级,五级.则对于第S个部位,第J个影响因素,利用相应的单因素评判参考标准表,可获得其相应于各等级的模糊隶属度,并组成相应项目的评判矩阵:R一[l,r2,3,4,r5](2)将第S各项目所有的子项一1,2,…,M对V的模糊关系向量,即单因素评判矩阵联合起来,就组成第S个项目健康等级的模糊综合评判矩阵:R:R1.R2●:R(3)根据子集中各子项所起作用大小给出的 因素权重向量A:[,,…,n朋].式中:n.即子项U对评定项目健康程度的大小的权重系数,即是单独考虑子项U,对评定项目健康等级所起作用大小的度量,于是,按下面的模糊变换可求出相应项目S的等级的模糊向量B,:…]B一A.R一[2,L,c￡]iI—l….J[,b…,b](4)2.4.2机构单元的模糊评判对桥梁单元各项目的健康程度做出一级模糊评判后,根据其对结构单元的健康影响程度的权重分配,进行整个结构单元的健康等级的综合52张佩旭:双曲拱旧桥的多级模糊综合评定方法2005年第5期评判:A—EaI,n2,n3,("/-4](5)根据一级评判得到的评判向量,乘以权重向量,即可得到结构单元的二级综合健康模糊矩阵:C一[nl,a2,…,a4].6.1].J一(l,2,…,C5)(6)最后,根据最大隶属度原则,即可确定最终的结构单元的健康等级:C—min(c)({一1,2,3,4,5)(7)2.4.3模糊评估向量和权重向量的确定采用此法对桥梁承载能力评定的关键是确定 模糊向量和权重向量,参照相关规范和工程实际经验,按下面方法确定模糊向量和权重向量.(1)首先对2O余座在役双曲拱桥进行外观调查和荷载试验,根据荷载试验的反算桥梁承载能力(强度和刚度)的折减,然后建立健康等级和承载能力的折减关系.(2)对病害调查的结果按上述结构层次的划分进行整理,分析病害与承载能力折减的关系,建立病害状况与项目健康等级的关系.(3)根据构件受力特征和其对桥梁承载能力的贡献及桥梁病害的体现方式,进行各级评定的权重向量的确定,如下部结构病害不易发现,影响双曲拱承载能力的下部病害是桥台滑移和沉降,桥墩沉降和水平抗推刚度不足,这些病害能直接反映到上部结构,造成上部结构病害.故下部结构的权重有所降低.(4)根据上述建立的模糊向量和权重向量,对桥梁进行评价,与荷载试验结果和桥梁实际工作状况进行对比,修正模糊向量和权重向量,最后初步确定模糊向量和权重向量.(5)将初步确定模糊向量和权重向量进行修正,最后形成双曲拱桥的模糊综合评定体系.3工程实例根据上述结构分解方法,双曲拱旧桥单元分为桥面系,桥跨结构,下部结构,附属结构等4个评定项目.该4个评定项目对桥梁单元影响程度的权重分配可分别取为0.1,0.5,0.3,0.1.3.1桥面系项目该桥桥面铺装破损严重,沥青面层已大面积 碎裂,松散;栏杆,护栏系统缺损;桥面排水不畅;标志残缺.依据桥面系各子项评定参考标准,各子项的健康程度分别为:桥面铺装,e级;人行道,c级;栏杆,护栏,d级;标志,C级;排水设施,d级.计算出桥面系项目的健康等级模糊向量分别为:B一Eo.00.00.240.3650.395]3.2桥跨结构项目该桥主拱圈部分(拱肋,拱板,拱波等)混凝土裂缝,受水侵蚀严重;腹拱拱波错动,开裂,受水侵蚀;侧墙外鼓.依据桥跨结构各子项评定参考标准,各子项的健康程度分别为:主要承重构件,d级;一般承重构件,C级.计算出桥跨结构健康等级模糊向量为:B2一[O.00.00.240.590.17]3.3下部结构项目该桥桥台及其基础状况完好;桥墩完好,其基础桩基有冲刷现象;护坡等部分状况完好.依据下部结构各子项评定参考标准,各子项的健康程度分别为:桥台部分,a级;桥墩部分,b级;护坡等,a级.计算出下部结构项目的健康等级模糊向量为:B3=Eo.4950.4250.080.00.ol3.4附属结构项目该桥的调治构造物状况完好;桥墩处河床有开挖坑槽.依据附属结构各子项评定参考标准,各子项的健康程度分别为:调治构造物,a级;其他部分,b级.计算出附属结构项目的健康等级模糊向量为:Bt—Eo.540.370.090.00.ol 3.5桥梁的整体评价桥梁单元的桥面系,桥跨结构,桥梁下部结构,附属结构4个项目的权重向量为:A—Eo.10.50.30.1-]则桥梁单元的健康等级模糊向量为:问:O.OO.O;0.425O.372O.1650.240.3650.395,0.240.590.17I.0:.089.0:.0.0:.0f"...I一OO9加OO,[总第212期2005年第5期交通科技TransportationScience&TechnologySerialNo.212No.5Oet.2005牵索式挂篮设计及施工若干问题的探讨李宗长唐宏路张志长. (1.湖北省恩施州交通基本建设质量监督站恩施445000;2.湖北省恩施州筚泰路桥公司恩施445000)摘要对长平台牵索式挂篮设计,施工中出现的主梁节段错台,斜拉索角度变化引起局部额外弯曲线应力等问题进行研究,并结合湖北省恩施州巴东长江公路大桥的实际情况提出解决措施.关键词牵索式挂篮混凝土斜拉桥设计计算施工1牵索式挂篮存在的问题目前,牵索式挂篮以长平台牵索式挂篮为主,常规设计由承重,升降,止推,牵索,走行,模板,平台等系统构成.但在具体设计,施工中,容易出现主梁节段间错台,牵索系锚座缺陷,安全性等问题.为此,本文结合湖北省恩施州巴东长江公路大桥牵索式挂篮的设计与施工,对长平台牵索式挂篮设计,施工中的一些问题进行研究,提出相应的预防及解决措施.2主梁节段问错台处置方法牵索式挂篮施工的斜拉桥中,节段之间的错台现象较为普遍,某桥最大错台竞达到6cm之多.节段错台不仅严重影响主梁外观,而且造成收稿日期:2005-06-15主梁超重,对施工监控极为不利.挂篮主纵梁作为承重系统的一部分,常见的设计型式有以下2种.(1)变截面主纵梁变坡处设在顶部,前低后高,设专用底模.(2)等截面主纵梁按最大弯矩控制截面设计,主纵梁顶板直接作为底模应用.从这2种型式来看,前者能够减小错台,但显 着地增加了模板重量,经济性较差;后者因节省了底模,不仅减少了挂篮总重,而且减少了立模的麻烦,但是容易造成节段错台.由于直线形主纵梁的纵向线型为一条向前下降的曲线,在抛物线上任意2点连线,连线中间的点始终高于这条连线,两边的点始终低于这条连线,如图l所示.这样,等截面主纵梁在施工"+l段时,主纵梁顶与梁底将出现缝隙,缝宽最大值在节段接头处,其值为.厂l.施工时常用钢板支垫根据最大隶属度原则,该双曲拱桥结构的综合健康损伤状况评定为四级,偏三级.根据桥梁结构健康恢复方法的研究可知,应对影响结构承载能力的主桥跨等结构部位进行加固补强.高,建议各级公路管理部门加强对既有桥梁调查和评价工作,建立相应的桥梁档案,以便更好地研究双曲拱桥的检测,评定方法.4结语1(1)总结桥梁检测评定的方法,根据双曲拱桥的特点,研究适合于双曲拱桥的承载能力评估方法是当务之急.多级模糊综合评估的方法能有效地对双曲拱桥承载能力进行评估.(2)双曲拱桥健康等级的多级模糊评定的评定向量和各子项目对其母单元的权重需要在工程实践中验证,修正.5(3)随着我国对交通运营安全性认识的提参考文献中华人民共和国行业标准.JTJO73—96公路养护技术规范.北京:人民交通出版社,1996李亚东.既有桥梁评估方法研究.铁道.1997,19 (3):25～28中华人民共和国行业标准.公路旧桥承载能力鉴定方法(试行).北京:人民交通出版社,1988陈少文,袁金海,许均良.公路桥梁损伤等级评价与处置对策系统研究.中南公路工程,1997.22(4):32~34寇明国.桥梁可靠性评估研究:[学位论文].合肥:合肥工业大学,2002'