加固后混凝土梁桥技术状态评定方法研究

'分类号U445.7单位代码10618密级公开学号2120086048硕士学位论文加固后混凝土梁桥技术状态评定方法研究研究生姓名：李科导师姓名及职称：邓华教授级高工向中富教授申请学位类别工学硕士学位授予单位重庆交通大学一级学科名称土木工程论文提交日期2015年4月16日二级学科名称桥梁与隧道工程论文答辩日期2015年6月7日2015年6月7日 StudyonMethodofTechnicalConditionAssessmentforStrengthenedConcreteGirderBridgesADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：LiKeSupervisor：Prof.DengHuaProf.XiangZhongfuChongqingJiaotongUniversity,Chongqing,China 重庆交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导Ｋ，独立进行研究工作所取得的成果，本论文不包含任何其他个人或集体已经发。除文中已经注明引用的内容外表或撰写过的作品成果，均已在文中Ｗ明确。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体方式标明。。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担：年月学位论文作者签名：日期日重庆交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或化构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权重庆交通大学可Ｗ将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本人学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并进行信息服务（包括但不限于汇编、、发行，。复制、信息网络传播等）同时本人保留在其他媒体发表论文的权利＾：学位论文作者签名；４巧指导教师签名＾＾日期。：托年＾月日：ｗｔｒ年月日日期＼／本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊（光盘版）电子杂志社ＣＮＫＩ系列数据》库中全文发布，并按《中国优秀博硕±学位论文全文数据库出版章程规定亭受相关权血。Ｉ＾才＾：学位论文作者签名：平指导教师签名＼手。心＾！；曰期；＾脾＾月／曰曰期脚＜月〇日＼／ 摘要建国以来，我国交通事业经历了一个迅猛发展的时期，在这一时期内，我国的公路桥梁也有了长足发展。但是由于种种原因，越来越多的桥梁开始暴露出一些问题，使得桥梁检测和评估，养护、维修和加固越来越受到人们的关注。而桥梁加固既能对旧桥、危桥进行修复加强，又具有良好的经济效益，同时也符合国家环保、可持续的发展思想，往往成为恢复桥梁安全性、耐久性和适用性的首选方法。然而，对于加固后桥梁的技术状态评定，至今也无与其相适应的评定规范，这就给桥梁检测和评估工作带来了一定困难。混凝土梁桥是公路桥梁最普遍的桥型之一，以加固后混凝土梁桥（简称为加固后梁桥）为研究加固后桥梁技术状态评定方法的对象具有代表意义。本文提出从构件层次将加固后梁桥和一般梁桥加以区分，并主要进行了以下几点工作：①对典型加固方法和加固后桥梁可能病害做了较为全面论述和研究，以作为选取加固后梁桥评价指标的参考和依据；②针对一般AHP法的不足，建立了基于改进AHP的模糊综合评定方法，使权重的确定更为客观、合理；③针对不同加固方法和加固目的，建立了加固后混凝土梁桥的技术状态评定指标体系；④从加固设计原理和加固目的出发，根据加固后承载能力的提升，结合专家经验，建立了确定加固后构件中加固结构所占权重的方法；⑤针对一般的综合评价中，大多根据各个元素的相对重要性进行加权，在评价过程中，各个元素的权值始终保持不变的情况，本文提出利用变权原理对各个元素进行状态加权的评价方法，使评价结果更具均衡性；基于以上工作，本文在现有的桥梁技术状态评定方法和承载能力评定方法的基础上，利用改进的AHP、模糊综合评定方法，以及变权方法，建立起了适用于加固后梁桥的评价方法体系，并以武黄桐城铺互通式立交跨线桥为实例，对比分析了本文方法和规范方法评价结果的差异，同时结合荷载试验结果，验证了本文评价方法的合理性，也说明了本文评价方法具有全面、均衡的特点，更能反映出加固后梁桥各个构、部件的实际状态。关键词：加固后混凝土梁桥，技术状态，评定方法，评定体系I ABSTRACTSincethefoundingofthenewChina,thetransportationindustryusedtohavearapidlydevelopment,andconsiderableprogresshadalsobeenachievedintheconstructionofbridgesandhighwaysatthemeantime.However,duetovariousreasons,anincreasingnumberofbridgesbegantoexposesomeoftheissues,andpublicattentionwasdrewlargelytoaffairssuchastheinspection,evaluation,maintenance,repairandreinforcementofthebridge.Bridgereinforcingisagoodwaytorestorethesafety,durabilityandapplicabilityofthebridge,sinceitissustainable,environmentfriendly,andofeconomicefficiency.Butthereisnocorrespondingstandardizedassessmentmethoddirectlyavailableforthetechnicalconditionofbridgesthathavebeenreinforced,whichbroughtsomedifficultiesfortheirinspectionandassessment.Thestudyonmethodoftechnicalconditionassessmentofstrengthenedconcretegirderbridges,calledstrengthendgirderbridgesforshort,whichisoneofthemostpopularhighwaybridgetype,isofgreatsignificance.Itcanbearepresentiveresearchobjectofthetechnicalconditionassessmentmethodforstrengthenedbridge.Inthispaper,thestrengthenedconcretegirderbridgewasdistinguishedfromregularbridgesfromperspectiveofstructuralmembers.Ontheevaluationmethodsofstrengthenedstructuralmembers,severalworkshavebeendoneasfollows:①Doacomprehensivestudyonthetypicalstrengtheningmethod,astobethereferenceandbasisoftheevaluationindexofstrengthendgirderbridges.②InviewoftheshortageofthegeneralAHPmethod,thefuzzycomprehensiveevaluationmethodbasedontheimprovedAHPisestablished,whichmakestheweightmoreobjectiveandreasonable.③Aimingatdifferentstrengtheningmethodsandstrengtheningpurposes,thetechnicalstateevaluationindexsystemofconcretebridgeafterreinforcementisestablished.④Fromthestrengtheningdesignprincipleandstrengthening,accordingtotheliftingofthebearingcapacity,combinedwiththeexperienceoftheexperts,theweightofthereinforcementstructureisestablished.⑤Accordingtothecomprehensiveevaluationofthegeneral,mostlydependingontherelativeimportanceofeachelementweightedintheevaluationprocess,theweightofeachelementremainsconstantisproposedinthispaperusesvariableweightprincipleofeachelementoftheevaluationmethodofweightedstate,makestheII evaluationresultsmorebalanced;Basedontheexistingnormsandcommonevaluationmethods,aswellasimprovedAHPandfuzzycomprehensiveevaluationmethod,theauthorestablishedasetofevaluationmethodsdirectedatstrengthenedbridges,whichincludestheclassificationanddeterminationofindicatorsinreinforcementstructureaswellasthedeterminingmethodofweightofreinforcestructureinstructuralmembersafterstrengthening.Thedifferencebetweenstandardizedmethodsandthisproposedmethodwasanalyzedcomparatively,throughcitingtheInterchangeOverpassofWuhuangtongchengpuasanexample.Moreover,therationalityofthisproposedmethodwasalsoevaluatedbytheloadtestresults.Anditalsoshowsthattheevaluationmethodofthispaperhasthecharacteristicsofcomprehensiveandbalance.Itcanalsoreflectthestateofthestrengthenedstructureoreachcomponentmoreactually.KEYWORDS:strengthendconcretegirderbridges,technicalcondition,assessmentmethod,assessmentsystemIII 目录第一章绪论...............................................................................................11.1研究背景及意义....................................................................................................11.2国内外桥梁评估现状研究....................................................................................31.3研究技术路线及内容............................................................................................5第二章桥梁加固方法及加固后典型病害研究......................................72.1概述........................................................................................................................72.2三种典型的加固方法............................................................................................72.2.1增大截面加固法.............................................................................................72.2.2粘贴钢板加固法...........................................................................................102.2.3粘贴纤维复合材料加固法...........................................................................132.3加固后混凝土桥梁可能病害研究......................................................................152.3.1混凝土桥梁常见病害...................................................................................152.3.2加固后混凝土桥梁可能病害.......................................................................182.4典型加固梁桥加固后病害特征及其发展趋势..................................................212.5本章小结..............................................................................................................28第三章基于改进AHP的模糊综合评定方法研究..............................293.1概述......................................................................................................................293.2一般的层次分析法..............................................................................................293.2.1建立层次结构...............................................................................................293.2.2构建各层次的两两比较判断矩阵...............................................................303.2.3单一准则下相对权重的确定.......................................................................313.2.4一致性检验...................................................................................................333.2.5组合权重的计算和整体一致性检验...........................................................343.3优化的层次分析方法..........................................................................................343.3.1判断矩阵不一致性原因分析.......................................................................343.3.2德尔菲法和AHP法的综合运用.................................................................363.3.3判断矩阵群组的构建及处理.......................................................................403.4模糊综合评定方法..............................................................................................433.4.1隶属函数及其确定.......................................................................................43IV 3.4.2模糊关系含义及其合成...............................................................................463.4.3模糊综合判断的方法和步骤.......................................................................473.4.4广义的模糊综合评判模型...........................................................................513.5本章小结..............................................................................................................52第四章加固后混凝土梁桥技术状态评定指标体系研究....................534.1概述......................................................................................................................534.1.1关于指标的概述...........................................................................................534.1.2关于评价方法的概述...................................................................................534.2评定指标层次结构的建立..................................................................................554.2.1总体层次结构的建立....................................................................................554.2.2原结构指标层次结构...................................................................................574.2.3加固结构指标层次结构...............................................................................644.3加固后混凝土梁桥评定等级研究......................................................................664.3.1总体评定等级的划分和确定.......................................................................674.3.2原结构评定指标等级的划分.......................................................................684.3.3加固结构评定指标等级的划分...................................................................734.4评定指标评价向量的确定..................................................................................804.4.1定性指标评价向量的确定...........................................................................814.4.2定量指标评价向量的确定...........................................................................814.5基于优化AHP的加固结构指标权重研究........................................................924.5.1加固结构指标重要性排序...........................................................................924.5.2加固结构指标权重计算...............................................................................944.6本章小结............................................................................................................102第五章加固后混凝土梁桥技术状态评定方法研究..........................1035.1概述....................................................................................................................1035.2加固后构件评定方法........................................................................................1035.2.1加固后构件原结构评定方法.....................................................................1035.2.2加固后构件加固结构评定方法.................................................................1045.2.3加固后构件综合评定方法.........................................................................1075.3加固后混凝土梁桥综合评定方法.....................................................................1135.3.1基于规范的综合评定方法..........................................................................1135.3.2基于变权原理的综合评定方法..................................................................1175.4本章小结............................................................................................................122V 第六章加固后混凝土梁桥技术状态评定实例..................................1236.1工程背景............................................................................................................1236.2加固前后外观检测结果....................................................................................1236.2.1加固前外观检测结果.................................................................................1236.2.2加固后外观检测结果.................................................................................1246.3加固前后荷载试验结果....................................................................................1266.3.1加固前荷载试验结果.................................................................................1286.3.2加固后荷载试验结果.................................................................................1316.4基于规范方法的评价........................................................................................1376.4.1指标等级的确定.........................................................................................1376.4.2桥梁综合评定.............................................................................................1386.5基于本文评定方法的评价................................................................................1406.5.1指标等级的确定.........................................................................................1406.5.2加固结构权重的确定.................................................................................1406.5.3加固后混凝土梁桥综合评定.....................................................................1476.6不同方法下各层次的评价结果对比分析........................................................1506.7本章小结............................................................................................................153第七章结论与展望...............................................................................155致谢...................................................................................................157参考文献...................................................................................................159在学期间发表的论著及取得的科研成果..............................................163VI 第一章绪论第一章绪论1.1研究背景及意义在我国的政治、经济、军事、文化等各领域，交通事业都发挥着极其重要的枢纽作用，而在交通线路中桥梁又有着十分重要的地位，在各等级公路、铁路或是水利建设中，一旦遇到了其他路线或是河、沟等障碍，就必须修建桥涵。桥梁在交通中的重要地位，决定了它是公路交通正常运营的保证，在桥梁的使用过程.[1]中，及时进行桥梁检测、维修和养护对保证道路的通畅十分重要建国以来，我国交通事业经历了一个迅猛发展的时期，在这一时期内，我国公路桥梁也有了长足发展。然而，由于种种原因，近年来早期修建的一些桥梁开始暴露出一些问题：①由于设计不足、施工缺陷、或环境腐蚀可能造成材料与结构的老化或其他病害，从而导致承载能力不足；②随着社会、经济的快速发展，公路交通量逐年增加，早期修建的桥梁已经不能满足通行需求的情况日益增多，例如从武黄高速2010~2014年间的月平均车流量变化，可以看到近年来高速公路车流量增势明显，见表1.1和图1-1；③随着桥梁设计规范的变化，桥梁的设计荷载也在逐步提高，例如，现在用公路—Ⅰ级和公路—Ⅱ级荷载取代了原来的汽车—10级，汽车—15级，汽车—20级，汽车—超20级荷载，于是，早期设计的桥梁对于现在的荷载等级来讲就可能显得承载能力不足；④由于超载，超限等现象在桥梁的运营过程中的频繁发生，也使桥梁的安全性能降低。表1.1运营期交通流量变化表时间单位（万辆）路段开始结束车流量客车小计货车小计2010.1.12010.12.31136.590.046.52011.1.12011.12.31138.198.140.0武黄公路2012.1.12012.12.31145.1107.337.82013.1.12013.09.30114.084.030.0图1-1武黄高速公路2010~2013年月平均车流量对照图1 重庆交通大学硕士毕业论文此外，根据相关部门统计数据，近年来危桥的数量逐年增加，表1.2和图1.2[2]是对1999年到2007年之间的公路桥梁的统计结果。表1.21999到2007年全国危桥状况永久性桥梁危桥数量危桥所占比（%）年份总数总长总数总长总数总长1999年230778800566144511604911.932.002000年240630865511251761866322.152.162001年28411710649704101313579093.573.362002年29939711612187108043910433.613.372003年31077312466143104433784393.363.042004年32162613376416133034688884.143.512005年33661814747542146595373844.353.642006年5336202039909263094177817411.828.722007年5700162319181298623306870417.3013.23图1-21999到2007年全国危桥占比趋势从统计结果可以看出，危桥数量占比和长度占比逐年上升，而从2006年开始把农村桥梁包含在统计范围之内后，上升速度更是大幅提高。危桥的逐年增多，使得桥梁的检测、评估和加固、维修显得尤为重要，由于桥梁的重要性，任何危桥的垮塌都可能造成重大的财产和生命损失。然而，桥梁事故事实上屡见不鲜，以2007年为例，该年度就有多起桥梁垮塌事件发生（见表1.3）并且产生了重大[3]影响，这些都在提醒我们，旧桥检测、养护和加固的工作不容懈怠。表1.32007年桥梁垮塌事件及其影响事件时间地点事件结果5月9日江西上饶傍罗大桥桥梁垮塌桥梁垮塌，4辆车坠河，两人轻伤，8人死亡，1人失6月15日广东南海九江大桥踪8月1日美国明尼阿波利斯市桥梁坍塌，50辆车辆坠河，13人死亡，70多人受伤2 第一章绪论跨河大桥8月13日湖南凤凰堤溪沱江大桥桥梁坍塌，64人死亡，22受伤巴基斯坦卡拉奇某9月1日桥梁坍塌，至少6人死亡，多人受伤公路桥梁9月10日印度安德拉省某高架桥桥梁崩塌，30多人死亡，20多人受伤9月26日越南南部某在建大桥桥梁坍塌，至少52人死亡，150人受伤桥梁事故的频发及其引起的严重后果，使得桥梁检测和评估，养护、维修和加固越来越受到人们的关注。然而，面对数量庞大的旧桥、危桥，如果一味拆除重建必然会耗资巨大，而运用适当的加固和施工方法，一方面可以使桥梁的承载力和通行能力得到提升以确保安全性和适用性，另一方面也能够延长桥梁的寿命。有关资料表明，仅仅用新建桥梁花费的10%~30%就可以将旧桥加固一新。除了减少旧桥拆除和新建过程中的经济耗费以外，加固梁桥还能够最大限度地降低对原有环境的破坏性，因而对这一课题的研究具有重大的现实意义和经济效益。对于[4-6]桥梁加固方法、加固施工以及加固质量评定都有相应的规范和文献可以参考，[7-9]对于一般桥梁的技术状态评定也有相应规范给出了评定办法，但是对于加固后桥梁的技术状态评定并无相应规范方法直接可用，这就容易导致在桥梁检测工作中对加固后的桥梁的技术状态评定工作产生分歧。桥梁加固通过局部更换、加强或调整内力的方式，使桥梁满足设计规范要求的过程，加固后桥梁包括了桥梁原结构和加固结构这两部分。加固后桥梁的评定方法应当既类似于但又区别于一般桥梁的评定方法，因此本文认为有必要在现有的桥梁桥梁技术状态评定方法的基础上，建立起一个针对加固后桥梁的较为完善的评价体系，以客观而全面的对加固后桥梁进行分析评价，使得评价更为合理、有效，也更具有针对性。而桥梁技术状态评定和桥梁加固本身就是两个十分庞杂的体系，涉及这两个方面的加固后桥梁评价必定更为复杂。限于时间和篇幅，本文主要针对如今公路桥梁中最普遍的混凝土梁桥进行研究，为便于叙述，后文将加固后混凝土梁桥简称为加固后梁桥。1.2国内外桥梁评估现状研究[10]工程结构评估方法的发展可以划分为三个阶段：第一阶段：从20世纪40年代~50年代末期，为探索阶段。着重对工程结构之所以产生缺陷的原因的分析，并积极开展对维修的方法理论的研究。分析工程结构产生缺陷的原因，以及研究维修的方法理论。第二阶段：从20世纪60年代初期~70年代末期，为发展阶段。侧重对工程结构检测技术和评估方法的研究，发展了（非）破损检测、物理检测等多种检测技3 重庆交通大学硕士毕业论文术，同时多种评价理论，如分项评价和综合评价等，也纷纷出现。第三阶段：从20世纪80年代~至今，结合了工程理论和专家知识的专家评定系统得以建立；同时注重更新检测的技术手段，制定检测的规范和标准，以及评价的综合性和整体经济效果。就桥梁技术状态评定方法而言，对现役桥梁的评定方法已经较为全面，在缺损状态、承载能力和适用性等各个方面的评价都有相应的办法可以使用。例如，对于现役桥梁，针对各个其缺损状态评价包括常规的综合评定、模糊综合评定、[18]模糊神经网络法等方法；承载能力评估主要包括了基于规范的方法、荷载试验方法和基于结构可靠度理论的评估方法，而孙立军等也根据通行量和通行能力建立起了适用性评价模型。相较而言，对于加固后桥梁的评价则有所欠缺，现在并无专门针对加固后桥梁的评价规范，而随着人们对桥梁加固重视程度的加深，对于加固后桥梁的评价办法的研究和探讨也逐渐开展起来。1.2.1国外研究现状目前，世界各国、世行和亚行（ADB）已经把对桥梁工程的评价纳入了工程建设项目后评价的范围内，并且提出了相关的检验评定指标来对桥梁加固效果后[11]评价。项目后评价方法开创于20世纪30年代，最初被应用在金融后评价的分析上，用以评价投资项目的最后一个周期。而对项目后评价方法的研究工作自60年代后在英、美等发达国家对金融组织的后评价工作中得到广泛开展；而自1968年开始，项目后评价逐渐被印尼、印度、泰国等国家运用到公路建设项目领域。HaniG采用专家系统工具CLIPS（CLanguageIntergratedProductionSystem）建立了桥梁总体评价程序，提出采用模糊加权向量方法得到各评价子集的模糊加权向量，可以使结果的具有更好的稳定性。由DeBrito设计的桥梁管理系统，运用其检测模块和桥梁管理策略优化模块这两大模块来对混凝土桥梁进行评价。日本的Kusida提出应该在桥梁管理系统里面加入状态评估功能，在此思想下，开发了BREX专家评定系统，用于对混凝土桥梁进行技术状态等级的评定，旨在分析在多因素影响下的桥梁结构的状态功能。Kaiser对采用碳纤维材料加固方法的加固效果进行了研究，提出了评估加固后桥梁的承载能力的办法。国外对加固后桥梁技术评估的研究主要集中在对承载力的理论分析上，尚未建立全面、实用性强的加固后桥梁技术评估体系。1.2.2国内研究现状项目后评价在1980年代被引入我国之后，起初并未引起重视，因而发展缓慢。而项目后评价在公路交通系统的运用要晚至1988年1月，最先用于对西南地区的农村公路项目的后评价任务。1989年12月，《中华人民共和国公路建设项目后评价编制办法》出台，沪嘉、西三、沈大高速公路项目是最初一批在其指导下完成4 第一章绪论的项目；1990年3月，新颁布的《公路建设项目后评价报告编制办法》(试行)，则进一步规范了项目后评价的内容。而随着1996年交通部正式印发的《公路建设项目后评价工作管理办法》和《公路建设项目后评价报告编制办法》，使公路建设项目的后评价管理工作得到更进一步的规范，标志着我国公路建设评价体系的完善，和后评价工作的新发展。2001年，交通部公路科学研究院主持的西部交通建设科技项目，针对常用加固方法，提出了一些具有参考意义的标准，这些标准对加固梁桥质量检验具有一定的借鉴意义。近年来，众多学者在桥梁评价的各个方面都做了一些尝试和探索：长安大学武同乐在《桥梁加固后评价方法研究中》一文中，对桥梁加固项目后评价的概念、方法等多方面做了详细介绍；张劲泉在《公路旧桥加固成套技术及工程实例》中，提出了适用于不同的加固方法的加固质量评定方法，并在其《公路旧桥承载能力评定方法及工程实例》中，提出了基于外观检测和荷载试验的承载能力评定方法；周建庭等在《大中型桥梁加固新技术》一书中，详细介绍了连续钢构桥的体外预应力加固、多支点支撑加固坦拱拱桥等新技术，并在其《石拱桥加固改造技术》一书中介绍了详细介绍了石拱桥加固的设计原理、适用条件，以及施工关键技术，并提出了石拱桥加固的经济型评价方法。重庆交通大学在桥梁加固技术和桥梁评价方面也进行了较为深入的研究，从微观的应力、应变变化到宏观的二次受力特性着手分析，构件了桥梁加固效果的评价体系，并且提出了加固效果评价的两个重要指标：强度指标和刚度指标。强度指标包括承载能力提高率αL、恒载应力变化率αD、荷载转化率αT、加固层利用率αM四个方面，刚度指标包括总挠度变化率βT，恒载挠度变化率βD，挠度置换率βC三个方面。目前，正在进行的重庆市交通科技项目：重庆市高速公路混凝土梁式桥梁建设后评估研究，对本文研究具有重要的借鉴作用。当然，还有其他一些专家对桥梁评价、桥梁加固效果评价的方法也具有借鉴意义，但是，由于我国引入工程项目后评价起步较晚，将桥梁纳入工程后评估的时间更晚，因而对加固后桥梁的研究十分欠缺。那么如何在现有方法上，提出一种适用于加固后桥梁技术状态的评定方法具有重要意义。1.3研究技术路线及内容1.3.1技术路线本文在分析、研究加固后梁桥病害特征与发展规律的基础上，针对加固后的梁桥结构安全性、适用性和耐久性等方面要求，基于对已有的新建桥梁技术状态评估与评定，来建立起加固后混凝土梁桥技术状态的评定方法、评定标准和评估体系。5 重庆交通大学硕士毕业论文1.3.2主要研究内容本文的主要研究内容如下：①通过对加固后梁桥的典型病害的分类、产生原因、特征及其发展规律的分析，结合现有桥梁评定规范中相关指标及其分级标准，确定出加固后混凝土梁桥技术状态等级标准、指标层次结构、指标等级标准和评价标准等。②将加固后梁桥分为总体、部件和构件三个层次，并把其构件分为未经加固的构件和加固后构件两个部分，未经加固的构件和加固后构件的原结构部分按一般规范方法评价即可，加固后构件加固结构部分需要单独评价。③以加固后构件的安全性提升为主，适用性和耐久性为辅，结合专家经验，建立起确定加固结构在加固后桥梁构件中所占权重的方法，并通过加固后构件的原结构和加固结构评定值加权得到加固后桥梁构件的评定值。④在充分研究现有的桥梁评定一般方法和规范方法的的基础上，运用改进的层次分析方法和模糊综合评定方法建立起加固后桥梁技术状态的评定方法。并运用变权原理做进一步的改进，使综合评定结果更具均衡性，即不仅能反映出主要因素的技术状态，也能一定程度上反映出次要因素的缺损状态。⑤在某一工程实例中，分别运用一般规范方法、本文常权方法和本文变权方法进行评定，对比和分析不同方法评价结果的差异，并结合加固后桥梁荷载试验结果探讨评价结果的合理性。6 第二章桥梁加固方法及加固后典型病害研究第二章桥梁加固方法及加固后典型病害研究2.1概述桥梁的加固原理和设计方法、施工方法、施工质量验收标准以及加固后桥梁出现的病害及其发展特征都是评价加固后桥梁技术状态指标选取的重要依据，因此本章主要从各种加固方法的原理、设计要点、工艺流程和要点、质量验收要点以及加固后桥梁的典型病害的种类、产生原因、特征及其发展规律等方面对桥梁加固和加固后桥梁病害做了较为全面论述和研究，以作为后文选取加固后梁桥评价指标的参考和依据。2.2三种典型的加固方法大多情况下，对于旧桥的改造，选择桥梁加固比新建桥梁有明显的经济效益优势。常用的加固方法有增大截面法加固、粘贴钢板法加固、粘贴纤维材料加固、体外预应力加固和改变结构体系的加固方法。至于选用何种方式，应当根据桥梁的结构形式、自然状况（如地形、水文等）、桥梁现状、施工水平、交通、加固目标以及加固资金投入等多个方面考虑。本文加固梁桥指标体系的建立主要依托于“武黄公路桥梁加固技术状况评定与养护技术研究项目”，所涉及的大、中桥梁加固主要采用的是增大截面法、粘贴钢板法和粘贴纤维复合材料法加固，而这三种方法在公路桥梁的加固过程中也应用广泛，以其作为典型方法讨论有代表意义。2.2.1增大截面加固法①加固原理增大截面法主要适合于钢筋混凝土受弯、受压构件和预应力混凝土构件的受压构件的加固，原理是在原有结构截面上，通过钻孔植筋等方法使原有结构和新增加的结构紧密相连，成为一个整体，从而增加了原有构件的受力面积，增大了构件的刚度，提高了受弯构件的抗剪和抗弯能力，提高了受压构件的正截面承载能力和刚度。②优缺点优点：工艺简单，技术成熟，受力可靠而加固费用低缺点：养护时间长、施工工作量大、占用空间多。③常见形式1)加厚桥面板7 重庆交通大学硕士毕业论文含义：为了提高桥梁原构件的抗弯、抗剪能力，将原有的桥梁铺装层拆掉，浇筑上新的钢筋混凝土作为补强层，以增强桥梁的横向联系，一般也叫“加厚法”。其实质是增加了梁的受压区面积。如图2-1的(a)图。适用：这种方法一般应用于桥梁净空受限的情况，由于使桥梁体系自身重量增加较多，一般多用于小跨径的板梁、T梁或者工字梁。2)加大受拉区面积含义：为了达到增强承载能力的目的，对工字梁或T梁的下翼缘增宽增厚，对箱梁的底板或者腹板加厚，以提高梁的受力面积，同时通过加设普通钢筋或预应力钢筋进一步提高承载能力。为了增强整体性，还可以植入抗剪钢筋或者剪力槽。如图2.1的(b)、(c)图，图中字母表示新增混凝土厚度。适用：一般用于处治支点腹板的斜裂缝、梁底的横向裂缝、或者盖梁的负弯矩区裂缝。3)增大受压构件面积法为了提高受压构件的正截面承载能力，在结构原截面的单侧、两侧或者沿着周长加厚，以增大原构件的受压面积。如图2-2所示，图中字母表示新增混凝土厚度。适用：一般用于处治墩身开裂，墩的防撞加固，以及桩基的紧缩。abc图2-1受弯构件的增大截面法加固示意图图2-2受压构件的增大截面法加固示意图④设计要点1)采用增大截面加固时，桥梁已经承受了一定的荷载，因此桥梁的受力应分两阶段考虑：第一阶段为桥梁原结构受力分析和计算；第二阶段为加固后截面的受力分析和计算，加固后的承载能力不是两部分承载能力的简单叠加。2)加固后的结构承载力和加固时是否卸载有关，未卸载时属于上述的两阶段8 第二章桥梁加固方法及加固后典型病害研究受力分析，新增的部分结构存在应变滞后现象；如果是在完全卸载的情况下进行的加固，虽然可以按一次受力分析，但由于加固施工的影响，加固后的结构构件的承载能力仍不如新的构件。3)该加固方法中，新旧结构的结合面受力计算最为重要，一般要进行结合面的剪力验算。4)构造方面，新浇的混凝土等级应当在原结构混凝土等级基础上提升一级，且厚度一般不小于15cm；对于加固钢筋的直径，受力钢筋一般不小于12，构造钢筋一般不小于10，而箍筋一般不小于8。5)应当保证新旧结构连接的可靠性，传力的有效性，使加固结构和原结构能够有良好的整体性；还应重视新浇混凝土的收缩裂缝、温度裂缝，以保证加固后结构有较为持久的拥有良好的加固效果。⑤工艺流程及要点增大加固法施工工艺有以下要点：1)关于结合面，应当在凿除构件原有缺损部分后，对构件的结合面进行凿毛处理，凹凸差值不低于6cm。2)在增设主筋前，应当除掉原有钢筋上锈迹，如果需要对受力筋进行焊接，要注意保护混凝土不被烧伤。3)采用植筋时，应当满足相应的技术要求，新的钢筋骨架应当和植入的锚筋通过焊接或者绑扎形成整体。4)在新混凝土浇筑前，要保证原有构件表面清洁和湿润；5)采用外包混凝土加固时，要保证支架、模板的性能满足规定。在必要时（如混凝土体积过大），可对支架预压，然后再按浇筑进度卸载。整个施工过程要按照[5]规范进行。植筋是增大截面法中保证新旧截面连接效果的重要保证，其一般工艺流程如下：9 重庆交通大学硕士毕业论文放样钻孔清孔吹孔注胶植筋养护图2-3植筋一般工艺流程⑥质量检验和验收1)对于主要材料的性能，应当现场检验，要达到设计要求。2)可用钻芯法、“超声—回弹”综合法对新增钢混结构进行检测。3)对于植筋胶应当保证质量合格，并且应当在植筋胶固化7天后，应现场进行拉拔实验检测实际的加固效果。2.2.2粘贴钢板加固法①加固原理粘贴钢板法加固是一种被动加固方法，是通过在原构件上粘贴钢板，使钢板和混凝土作为一个整体受力。这种“共同体”既可利用钢材强度较高的特性提升构件的承载能力，又可以利用钢板封闭裂缝，约束原混凝土结构变形，因此可以有效地提升原结构的承载能力、抗裂性和刚度。粘贴时可以根据实际情况，采用支顶或者锚栓加压方法。该法一般用于受弯或受剪构件的加固，并且要求环境温度o60C，相对湿度70%的情况下，在混凝土强度等级小于C15时不能采用此法加固。②优缺点粘贴钢板法加固应用广泛，优点主要有：1)加固位置灵活，可根据设计粘贴在不同位置，满足抗弯、抗剪、抗压性能。10 第二章桥梁加固方法及加固后典型病害研究2)占用空间不大，对结构外观和净空影响小，且加固周期比较短。缺点：在高温过高或者过于潮湿的环境中，胶的性能会有所下降，液体胶固化后成脆性，不能充分发挥钢板的优良延性。③设计要点1)设计计算时，按钢板只受轴向力考虑；2)与增大截面法加固类似，由于通常加固时不能完全卸载，可按二次受力分析，分两阶段计算内力：第一阶段为桥梁原结构受力分析和计算；第二阶段为加固后截面的受力分析和计算。最终承载力不是新旧结构承载力的简单叠加。3)为减少钢板变形滞后，加固时应当尽量卸载，如加固时桥上不能有活载，并卸载部分恒载。4)为了防止钢板过早剥落，应使用锚固螺栓等构件锚固，最好使用宽厚比较大的钢板。5)关于其他构造要求以及锚固长度、承载能力的具体计算过程，可按照文献[4]的方法计算。③工艺流程及要点粘贴钢板法有直接涂胶粘贴和压力注胶粘贴两种方法，后者相对较为复杂。下面是压力注胶粘贴工艺流程如下：对裂缝进行灌清洗并平整板用喷砂或者平浆或封闭处理底；植入螺栓进砂打磨钢板粘行锚固合界面压入粘结剂用修补胶封边安装并固定加固钢板凝固钢板防锈防腐表面涂装处理图2-4粘贴钢板法工艺流程采用粘贴钢板法加固的工艺流程如下：1)既有混凝土构件的表面处理：在粘贴钢板前，应当根据设计资料在需要加固的位置放样出钢板形状，并将混凝土构件表面凿除6~8cm厚，使表面坚实而平11 重庆交通大学硕士毕业论文整。2)钻孔，植入螺栓进行锚固：根据设计资料确定钻孔位置，间距一般是20~40cm，钻孔时应当避开原有钢筋或钢束。螺栓可采用全螺纹螺杆，植埋位置距离钢板边缘位置在5~10cm内为宜。3)钢板粘贴前处理：钢板在粘贴前要经过两个处理，一是要按照锚栓位置打孔，二是利用砂轮机对钢板表面进行除锈和粗糙化处理，打磨完毕后将表面擦干净。4)配胶和粘贴：当钢板厚度5mm时，采用直接涂胶粘贴，如图2-5所示。先洗净待抹胶的混凝土和钢板表面清洗干净，然后按要求调配环氧树脂胶，并将胶体按中间厚边上薄的原则涂抹在相应的钢板和混凝土构件表面，胶层厚度在2~4mm内为宜；当板厚度5mm时，需要使用压力注胶粘贴方法，如图2-6所示。具体做法是先用锚固螺丝固定钢板，同时在钢板下加垫片，使钢板和混凝土表面有2mm空间，用以灌胶。钢板四周用环氧树脂胶封闭，同时设置排气孔。从注气孔通气，检验气密性后，用不小于0.2MPa的压力注胶。当排气管出现胶体后停止，同时用封边胶封堵。再以比较低的压力压10min即可。图2-5粘贴钢板法加固示意图图2-6粘贴钢板法加固示意图5)安装并固定钢板：当钢板贴合到预先植入的锚栓上后，应当加上垫片，拧上螺母，再按一定顺序交替拧紧。当胶体从钢板边上缝隙流出，说明粘贴已基本密实。6)钢板的防腐处理：锌加涂料由于施工简单，防腐效果好，在钢结构防腐中12 第二章桥梁加固方法及加固后典型病害研究受到广泛应用。在涂抹前，先将钢板表面清洁干净，涂锌加厚层厚度一般为60μm。o7)钢板粘贴完成后，一般需要在15C环境中养护24h，待胶体固化后可以拆掉支撑和加压夹具。⑤质量检验与验收1)粘贴钢板法加固的粘结质量可以用下述三种方法检测，检测时要求有效粘贴面积不小于95%。a.敲击检测法；b.超声波检测法；c.红外线检测法；2)锚固螺栓应按要求植入，钻孔深度偏差在5%内；3)粘贴钢板法加固粘结界面的的抗拉强度不低于2.5MPa，施工时可按《建筑结构加固工程质量验收规范》进行质量检验和验收。4)粘结胶体在粘贴法加固中有重要作用，直接影响到加固结构的整体性和可[12]靠性，胶体应当满足文献中A类胶的各项性能规定。2.2.3粘贴纤维复合材料加固法纤维复合材料虽有多种，但具有相似性，下面主要以碳纤维材料进行介绍。①加固原理粘贴纤维复合材料加固方法是通过在待加固的混凝土构件的薄弱部位粘贴碳纤维布来提高构件的承载能力。该法常用于混凝土梁桥或者板桥的抗剪、抗弯加固，墩柱的抗压、剪、弯能力补强，以及桥梁的抗震延性补强或者修复，不宜用在受力复杂部位（如支座附近）加固。对于碳纤维材料而言，可以分为碳纤维板和碳纤维布等不同类型，其适用性见表2.1。表2.1碳纤维板或碳纤维布的适用性碳纤维材料加固类型碳纤维板碳纤维布桥梁加固抗弯最适用适用抗剪适用一般墩柱加固抗偏压适用最适用抗震一般适用②优缺点优点：碳纤维材料质量轻，耐腐蚀，抗拉和抗疲劳能力强，易于施工，加固后对结构净空基本无影响。缺点：1)粘贴碳纤维材料一般较薄，在提高刚度、减小拉应力、抑制裂缝发展等方面的作用有限，用于加固配筋率较低的梁或板，可能在强度充分发挥作用以前就13 重庆交通大学硕士毕业论文已断裂。2)耐火性较差。③设计要点粘贴碳纤维材料和粘贴钢板均属于粘贴法加固，但因为材料不同，故在计算[4]上有所区别，详细计算可参见文献，其设计要点如下：1)由于桥梁自重往往较大，加固时很难能完全卸载，故需按二次受力分析；2)由于桥梁实际尺寸比实验尺寸大，实验中得到的经验公式未必能直接适用。因此，实际使用时应当对公式进行一定的修正。3)加固设计计算时应当考虑各种工况，既要验算承载能力极限状态，也要验算正常使用极限状态。一般后者控制加固设计。4)验算承载能力极限状态时，可能的破坏形态有两种：一类是碳纤维材料和原构件作整体考虑，另一类是由于碳纤维材料发生早期脱落，不能作为整体考虑。5)验算承载能力极限状态时要考虑以下几点：一、应力，限制应力不能过大，避免出现混凝土破坏，钢筋屈服或者碳纤维材料破损的情况；二、变形，应限制变形不能过大；三、开裂，限制开裂，包括构件表面裂缝和黏结界面裂缝，保证良好的耐久性和整体性；四、意外情况，考虑一些偶然的撞击、灾害（如火灾）、人为损坏等因素引起的碳纤维材料脱落。④工艺流程及要点本文主要对采用粘贴碳纤维布法加固的桥梁进行评价，下面将详细介绍其施工工艺流程以及施工技术要点。主要施工工艺流程如下：混凝土表面处理裂缝修补涂刷胶底配置浸渍胶粘贴碳纤布材料表面防护图2-7粘贴碳纤维材料法加固示意图14 第二章桥梁加固方法及加固后典型病害研究粘贴碳纤维布加固的施工工艺要点如下：1)准备阶段：在加固前，应当对待加固部位的环境温度和表面湿度进行测量。o如果含水率4%，或者温度<5C时，应当采取一定措施处理后再进行加固。2)加固构件表面处理：在粘贴碳纤维布前，先将被加固混凝土构件表面的缺损部分（如蜂窝、剥落等缺陷）清除，并保证保护层不小于15cm，然后再进行表面的平整处理，处理后将表面灰尘清理干净。3)修补裂缝：可采用灌胶修补裂缝。4)涂抹底胶：按要求配置好底胶，并在有效时间内均匀涂抹于构件表面。5)配置浸渍胶：应按配置要求、使用环境温度及使用时间配置，并保证在胶体初凝时间前用完。6)粘贴碳纤维布：按设计尺寸对碳纤维布进行裁剪，然后现在待加固部位的混凝土表面均匀涂抹底胶，待底胶干后，涂抹浸渍胶。然后将碳纤维布尽量展平粘贴，再沿纤维方向多次压实。注意碾压时不能损坏碳纤维布，碳纤维布沿受力方向搭接长度不小于100mm，有多条或者多层碳纤维布时，各层搭接位置应当错开。7)表面防护：在碳纤维布粘贴完成后，再以浸渍树脂作为防护材料涂抹在其表面。⑤质量检验与验收1)通过粘贴碳纤维布加固的施工质量检验及验收要求见表2.2。[11]2)应运用现场抽样检测的方法对粘贴效果，实验方法按照文献进行。[4]⑥底胶、浸渍胶的各项的指标应当满足规范相关要求。表2.2粘贴碳纤维法施工质量检验及验收标准项次检验项目合格标准检验方法频数1碳纤维布材粘贴误差中心线偏差≤10mm钢尺测量全部2碳纤维布材粘贴≥设计数量计算全部空鼓面积之和与总粘贴面全部或小于5%小锤敲击法粘积之比抽样3贴胶粘剂厚板材2mm±1.0mm每构件质钢尺测量度布材＜2mm3处量硬度（布材）＞70°测量/2.3加固后混凝土桥梁可能病害研究本节调查了加固前后混凝土桥梁常见病害和可能发生坡损坏形式，以此作为建立加固梁桥指标体系的重要依据。2.3.1混凝土桥梁常见病害15 重庆交通大学硕士毕业论文[7-8]根据文献，对混凝土桥梁几种常见病害作简要介绍：①表观病害桥梁的表观病害可能是由设计、施工或养护等过程中的问题引起，常见的表观病害及其原因如表2.3所示。表2.3桥梁常见表观病害病害名称原因分析可能发生部位①施工不当。比如浇筑中捣固不充分；模板缝过大；水泥浆流失等原因。蜂窝各部位②粗集料粒径过大。集料的粒径应当根据配筋情况选用，比如在钢筋较密时应当选用粒径较小的集料。混凝土水分丧失。主要原因是施工麻面模板表面粗糙，且不够湿润，造成各部位混凝土水分丧失。施工不当。比如保护层垫块移位，露筋或者浇筑保护层时混凝土振捣不各部位充分。施工不当。比如施工时振捣不充分空洞各部位或存在严重漏浆。①车辆磨损。②表层集料过少，混凝土强度过磨损、冲蚀低。桥面铺装或墩柱③水流高速冲刷，或者砂石或漂浮物冲撞。①结构出现裂缝，雨水浸入，耐久性降低。②保护层厚度不足，或钢筋锈胀引老化或剥落各部位起表面混凝土剥落。③冰冻、干湿的交替作用。④化学侵蚀。由于车辆或船舶的撞击或其他人桥面铺装、人行道、栏杆缺失为因素造成构件缺损墩柱等①施工不当，存在偏差。接缝不平、构件变形主梁或墩台等②荷载作用引起的变形。②裂缝病害桥梁结构的裂缝病害分为结构性裂缝和非结构性裂缝，前者由外部荷载引起，后者由结构自身应力引起。1)结构性裂缝结构裂缝是结构在荷载作用下引起的裂缝，主要由以下几类：a.弯曲裂缝弯曲裂缝也叫垂直裂缝，是结构在弯矩作用下产生的裂缝。弯曲裂缝一般在弯矩最大的地方出现，比如梁的跨中正弯矩区和支座处的负弯矩区。正弯矩区裂缝从梁底往上发展，负弯矩区裂缝从梁顶往下发展。随着荷载的持续增大，裂缝长度和宽度都将继续增大，数量也增加，并逐步向梁两侧扩展。b.剪切裂缝16 第二章桥梁加固方法及加固后典型病害研究剪切裂缝也叫斜裂缝，是结构在剪力作用下产生的裂缝。剪切裂缝常发生在支座附近，由梁底开始，以20~50度角开裂，随着荷载的持续增大，裂缝长度增加并向受压区延伸，数量增多并分岔，并逐渐向跨中发展。剪切裂缝需要重点观察，一旦发展并延伸到了受压区，就应当做加固处理。c.扭曲裂缝扭曲裂缝是构件在扭矩和弯矩共同作用下产生的裂缝，一般呈45度角发展。在扭曲裂作用下，构件保护层剥落，之后弯扭共同作用下的扭矩由钢筋承担，当钢筋屈服滑动后构件破坏。d.断开裂缝断开裂缝是构件在受拉时，整个截面产生的裂缝。这类裂缝一般是按一定间距，沿构件正截面开展。裂缝宽度一般限定在某范围内，当小于限值时，是混凝土的带裂缝工作状态；当大于限值时，则构件处在危险状态。e.局部裂缝局部裂缝指局部应力引起的裂缝，如支座或预应力锚固位置处局部应力较大，就可能引起局部裂缝。2)非结构性裂缝非结构性裂缝主要是指由结构自身应力引起的裂缝，主要由以下几类：f.收缩裂缝收缩指混凝土的凝缩（凝固收缩）或者干缩（蒸发收缩）。混凝土在从表面到内部的干燥过程中，水分含量外到内出现梯度差异，在混凝土中就产生了外部大于内部的不均匀收缩，导致混凝土外部受拉，内部受压，当外部拉应力大于混凝土抗拉强度时，就产生收缩裂缝。g.温度裂缝混凝土在水化热或环境温度作用下，由于热胀冷缩，产生温度应力，当应力超过混凝土强度就会产生温度裂缝。3)结构损伤由于碳化作用、碱集料反应、酸、氯化物或硫酸盐的侵蚀、以及冻融作用引起的结构损伤，将导致混凝土构件的耐久性降低和使用寿命减短。a.碳化、酸侵蚀碳化是混凝土中的碱性物质和空气中CO2发生反应，生成碳酸盐和水的过程。碳化一般不直接影响混凝土性能，但会导致混凝土碱性降低，钢筋易腐蚀。酸侵蚀也会导致碱性降低，影响类似。b.碱集料反应碱集料反应是水泥中的碱性物质和集料中活性硅（SO2）在潮湿环境中发生的17 重庆交通大学硕士毕业论文反应，该反应生成的硅酸盐是吸水膨胀性物质，会导致混凝土胀裂，耐久性严重降低。c.氯化物、硫酸盐氯化物中的氯离子会使钢筋发生电蚀；硫酸盐和水泥中的铝酸盐发生反应，生成的石膏和钙矾石吸水膨胀，导致胀裂。d.冻融作用在温度降低时，混凝土内部水结冰，体积增大，易使混凝土发生胀裂。4)挠度过大和裂缝超限挠度过大的主要原因是抗弯刚度不够，如梁高偏矮，腹板偏薄，纵向预应力不足或损失过大。此外，使用标准的提高，以及采用增大截面法使自重增加也是跨中挠度过大的重要原因。挠度过大一般伴随着跨中梁底横向开裂，墩顶处桥面开裂或腹板斜裂缝。2.3.2加固后混凝土桥梁可能病害除上一节介绍的一般常见病害外，采用不同加固方法加固后的桥梁因其受力特性，还有其特有的病害。根据相关文献和项目资料，下面根据采用不同方法加固的桥梁的破坏形态，分析其可能发生的病害。①增大截面法[14-16][18-22]根据文献，采用增大截面法加固后，其性能和破坏形态和一般桥梁类似，多为典型的适筋破坏：1)混凝土压碎在加载过程中，受拉区钢筋首先屈服，而后受压区边缘混凝土达到最大压应变，并开始出现纵向裂缝，随后受压区混凝土被压碎。2)钢筋被拉断当加固梁达到峰值荷载过后，挠度继续增加，荷载逐渐下降，受拉钢筋发生较大变形，最后钢筋被拉断。3)界面滑移在加载开裂后，新旧混凝土之间的抗剪刚度减小，可能导致新旧混凝土发生相对滑动，并在新旧混凝土之间产生明显的水平裂缝；如果采用了可靠的抗剪措施（如凿毛，植筋，或设置箍筋和拉筋等）的结合面滑移很小，也不会有明显裂缝。4)结构性和非结构性裂缝新增混凝土和原混凝土共同受力，在荷载作用下容易出现受拉区裂缝。由于新老混凝土龄期不同，容易因为变形不协调产生收缩裂缝或温度裂缝。针对增大18 第二章桥梁加固方法及加固后典型病害研究截面加固后可能的破坏形态，结合一般钢筋混凝土结构病害特点和以及增大截面加固的施工工艺流程，采用增大截面法加固后，除原结构发生一般情况的开裂和下挠等病害外，其加固结构部位也可能出现安全性和耐久性两方面病害：1)安全性方面从新旧混凝土的连接状态来看，一方面是由于施工质量问题，新旧混凝土结合面可能存在结合不良的情况；另一方面，由于没有设置有效的抗剪构造措施，在荷载作用下，可能发生结合面的相对滑移，并在结合面处产生明显的水平裂缝。从新浇钢筋混凝土来看，和一般结构类似，可能产生裂缝或变形过大的病害。2)耐久性方面耐久性方面：可能发生混凝土的表面病害、混凝土的碳化、钢筋锈蚀等病害。②粘贴钢板法[17-18,23-24]根据文献，采用粘贴钢板法加固后，桥梁主梁可能的破坏形态如下：1)钢板剥离一般是先从端部开始剥离，而后混凝土从底部开裂，并向加载点延伸，造成混凝土剪坏，如果梁的抗剪能力较强，继续加载就会使钢板从端部向跨中大面积剥离。2)钢板屈服在粘贴的钢板厚度较小时，在梁弯曲变形时，钢板界面法向应力较小，在混凝土破坏时钢板可能屈服而未剥离。3)混凝土破坏混凝土破坏时，根据锚固措施的不同，钢板可能屈服也可能未屈服。当采用锚栓锚固时，在剥离初期，锚固螺栓能阻止剥离，但随着荷载的继续增加，可能发生螺栓剪坏或钢板撕裂；而采用U形箍锚固时，锚固效果更好，端部应力也更为均匀，在混凝土破坏时钢板可能未屈服。针对粘贴钢板加固后可能的破坏形态，结合粘贴钢板加固材料特性和施工工艺流程，采用粘贴钢板加固后，除原结构发生一般情况的开裂和下挠等病害外，其加固结构部位也可能出现安全性和耐久性两方面病害：1)安全性方面从原结构和加固钢板的连接状态来看，一方面是由于时变和环境的影响，胶体可能老化导致抗剪和抗拉性能降低；另外，可能由于设计和施工不当，或使用过程中长期存在超载现象，导致钢板剥离和脱空，造成界面粘结面积减小，结构整体性降低。从加固钢板来看，受力钢板的严重锈蚀可能影响加固效果。从锚固构件来看，锚固螺栓或U形钢板箍可能发生损坏或脱落。19 重庆交通大学硕士毕业论文2)耐久性方面耐久性方面：钢板锈蚀、防腐涂料失效，如防腐涂料起泡、剥落。③粘贴纤维复合材料法[25-29]根据文献，采用粘贴纤维复合材料材料法加固后，桥梁主梁可能的破坏形态如下：1)弯曲破坏在端部锚固良好，加固材料用量不多的情况下，加固梁在达到抗弯极限承载力后先钢筋屈服，而后可能发生碳纤维材料断裂；当加固材料用量较大，则可能产生受压区混凝土被压碎的破坏形态。2)剪切破坏加固梁在加固后抗弯承载能力提高，可能使梁在使用中剪切破坏反而先于弯曲破坏发生，由于剪切破坏通常呈脆性，一般需要在抗弯加固时对抗剪同时进行一定加固，以保证弯曲破坏先于剪切破坏发生。3)端部剥离端部剥离一般发生在加固梁达到极限承载力之前，一般有两种形态：一是在粘结情况良好的情况下，碳纤维材料端部的正应力和剪应力过大引起混凝土开裂，进而导致混凝土保护层剥离；另一种情况是，由于粘结效果较差，原混凝土构件和胶体之间界面发生剥离。4)中部剥离在高跨比较小的梁中，可能发生先从非端部的弯曲裂缝或弯剪裂缝区域剥离，再向端部发展的情况。一般情况下，为了增加碳纤维材料的粘结效果和抗滑移能力，可以在梁端增加U形箍或者锚固螺栓进行锚固。针对粘贴碳纤维材料加固后可能的破坏形态，结合粘贴碳纤维法加固材料特性和施工工艺流程，采用粘贴纤维复合材料加固后，除原结构发生一般情况的开裂和下挠等病害外，其加固结构部位也可能出现安全性和耐久性两方面病害：1)安全性方面从原结构和纤维复合材料的连接状态来看，一方面是由于时变和环境的影响，胶体可能老化导致抗剪和抗拉性能降低；另外，可能由于设计和施工不当，或使用过程中长期存在超载现象，导致纤维复合材料剥离或空鼓，造成界面粘结面积减小，结构整体性和承载能力降低。从纤维复合材料来看，由于施工不当或其他主客观因素，纤维复合材料可能发生破损；在钢筋屈服后，受力纤维复合材料可能发生断裂。从锚固构件来看，锚固螺栓或U形箍可能发生损坏或脱落。20 第二章桥梁加固方法及加固后典型病害研究2)耐久性方面耐久性方面：纤维复合材料局部破损，防护涂料失效，如防护涂料剥落。2.4典型加固梁桥加固后病害特征及其发展趋势上一节总结出了混凝土桥梁的常见病害，以及采用不同的加固方式后可能出现的病害的类型、病害的产生部位及其破坏形式，这些病害也是加固混凝土梁桥可能出现的问题。本节以武黄高速典型加固梁桥的病害为例，进一步说明加固后桥梁的病害特征和发展趋势。下面结合2006-2013年桥梁定期检查结果，对武黄高速典型加固梁桥的新病害进行统计分析，其中主要的病害为裂缝（包括跨中裂缝、支座两侧裂缝、梁侧斜裂缝和梁底水平裂缝）、混凝土碳化及钢筋锈蚀、剥蚀、跨中挠度过大等病害。①裂缝病害不同加固方式下主梁裂缝统计如下表：表2.4主梁裂缝数量统计表粘贴碳纤维粘贴钢板增大截面羊泽沟汀祖干柯家墩长岭螺丝港王家泽林大周桥中桥渠中桥大桥大桥中桥湾小桥主梁总数37172312006裂缝总长28314804362100年超限总数11裂缝总长38130主梁总数37172312007裂缝总长28314804362100年超限总数11裂缝总长38130主梁总数7171912008裂缝总长6484804009100年超限总数11裂缝总长38130主梁总数7171912009裂缝总长6484804009100年超限总数11裂缝总长38130主梁总数7171912010裂缝总长6484804009100年超限总数11裂缝总长38130主梁总数12011裂缝总长100年超限总数裂缝总长21 重庆交通大学硕士毕业论文主梁总数12012裂缝总长50年超限总数裂缝总长主梁总数481112013裂缝总长1920413050200年超限总数11裂缝总长320200注：总长单位为cm按不同加固方法加固后的桥梁的裂缝病害发展趋势如下：图2-8粘贴碳纤维加固后主梁裂缝总数趋势图图2-9粘贴碳纤维加固后主梁裂缝总长趋势图图2-10粘贴钢板加固后主梁裂缝总数趋势图22 第二章桥梁加固方法及加固后典型病害研究图2-11粘贴钢板加固后主梁裂缝总长趋势图由表2.4和图2.9~2.11可以看出，2011年经过加固后，各桥状态明显好转：采用粘贴碳纤维加固后，羊则沟中桥的裂缝数量在2011年和2012年都得到了有效的控制，在2013年略有增加；汀祖干渠中桥没有出现新裂缝，说明采用该方法加固对裂缝的控制效果较好。采用粘贴钢板加固之后，大周桥、长岭大桥、柯家墩大桥、螺丝港中桥在2011年和2012年都未出现新的裂缝，2012年长岭大桥和螺丝港中桥各出现了一条裂缝，表明采用粘贴钢板法有效的控制了裂缝的发展。柯家墩大桥主梁2011年采用梁底、梁内贴钢板的方法进行加固，2011年，梁底有49处破损露筋；和前一年比较，2012年底板有1处破损，砼破损露筋位置减少，新增加固钢板轻微锈蚀（梁间渗水）、支座上钢板严重锈蚀、钢筋锈蚀的病害；2013旧有病害未得到修复，砼破损面积有所增加，新增81条裂缝，共长4130cm，缝宽未超限，病害呈明显发展趋势。以下是柯家墩大桥近三年病害发展趋势图：2011年检查主要病害距1#墩4m处，外侧翼缘板露筋4处;跨中处外侧翼缘距2#墩4m处，外侧翼缘板7处露筋长约30~40cm;距板露筋5处长约2#墩9m，外侧翼缘板露筋540~50cm;距3#墩7m处，处;距2#墩4m处，外侧翼缘武汉内侧翼缘板露筋4处长黄石1#墩处,外侧翼缘板板露筋9条长约5~30cm约30~70cm;距2#墩4m，露筋5处长约50cm外侧翼缘板露筋7处粘贴U钢板底板粘贴钢板粘贴U钢板底板粘贴钢板粘贴U钢板底板粘贴钢板粘贴U钢板粘贴U钢板桥台台帽梁底距外侧4m处，3处露筋长20cm0#台3#台1#墩2#墩23 重庆交通大学硕士毕业论文2012年检查主要病害右幅3/4跨中处1处加固钢武汉黄石板轻微锈蚀（梁间渗水）右幅1处钢筋锈胀粘贴U钢板粘贴U钢板底板粘贴钢板粘贴U钢板底板粘贴钢板粘贴U钢板底板粘贴钢板粘贴U钢板粘贴U钢板右幅底板外边缘距台右幅桥台外侧1处帽4m1处砼擦伤破支座上钢板严重损，S：200cm×锈蚀;左幅台支座20cm钢板锈蚀0#台3#台0#台3#台1#墩2#墩1#墩2#墩左幅梁底板距内0.5m距0号台1.5-4.5m范围内27条斜向裂缝，缝长15-100cm、伴钙化；2013年检查主要病害左幅梁底距内外0.5m距0号台3m范围内16条斜向裂缝，裂缝长15-30cm、伴钙化；左幅梁底板内边缘距0号台6m处，砼剥落露筋右幅3/4跨1处加固钢板轻S：40cm×50cm；右幅梁底板距内0.5m距0右幅主梁外侧翼板1微锈蚀；右幅2号主梁底板号台3m范围内24条斜向裂缝长30-110cm、锈蚀1处加固钢板轻微锈武汉号墩顶出2处砼锈胀黄石伴钙化；右幅梁底板距外0.5m距0号台3m范露筋长20cm、30cm蚀S：100cm×60cm；围12条斜向裂缝长15-60cm、伴钙化粘贴U钢板粘贴U钢板底板粘贴钢板粘贴U钢板底板粘贴钢板粘贴U钢板底板粘贴钢板粘贴U钢板粘贴U钢板右幅0号台帽梁底面右幅桥台内外侧支23处砼锈胀，露筋座1处支座上钢板严长10-20cm重锈蚀；左幅台支座钢板锈蚀0#台3#台1#墩2#墩图2-12柯家墩近三年主要病害图针对加固后桥梁裂缝的成因大致可分成两种类型，一方面可以概括为桥梁使用过程中出现的裂缝，与加固方式没有直接关系，包括使用荷载、温度变化、地基基础变位、施工质量等因素。另一方面可以概括为桥梁中使用的加固方式引起的裂缝，采用粘贴钢板、碳纤维布等加固方式，在温度变化以及其他环境因素作用下，不同材料的变形大小不一致，导致混凝土内部应力重新分布以及引起的次内力导致混凝土出现裂缝。1)粘贴法加固后界面剥离破坏。该破坏发生在加固材料与混凝土表面的胶层之间，是由于加固材料端部截断，使得端部处受弯刚度不连续形成应力集中，或是混凝土有较大初始缺陷引起的。这种剥离形式与加固片材的刚度有关，片材刚度越大，越容易出现剥离。2)原有截面裂缝处的病害发展。开裂截面混凝土将拉应力释放，传递给加固24 第二章桥梁加固方法及加固后典型病害研究材料，使裂缝附近局部界面应力迅速增大直至临界值，破坏发生时，裂缝附近加固材料与混凝土界面之间的局部粘结应力集中致使加固材料剥离且向一侧端部扩展。该种破坏与混凝土受弯裂缝的展开有关，即便使用U型箍也不能完全避免。3)关键斜裂缝处加固材料剥离破坏。该破坏主要是由于钢筋混凝土梁抗剪能力不足，引起较大的斜裂缝，进而导致斜裂缝两侧梁体发生刚体错动而引起的。4)加固程度不够。针对原有的病害加固，因为计算、施工等原因，加固后没有达到预期的加固效果，致使桥梁病害进一步发展。5)桥梁在使用过程中产生病害。桥梁在使用过程中因为服役年限、使用荷载、环境影响等产生的病害，与桥梁加固形式并无直接联系。②混凝土碳化及钢筋锈蚀及剥蚀混凝土碳化及钢筋锈蚀混凝土碳化及钢筋锈蚀现象在钢筋混凝土桥梁中比较普遍，也比较严重。造成钢筋锈蚀的主要因素是氯离子浓度过高。碳化使混凝土碱度降低促使钢筋钝化膜破坏。氯离子渗入混凝土是引起钢筋锈蚀最快和最主要的因素。当混凝土碳化深度接近或超过钢筋保护层厚度时，混凝土结构内的钢筋多已锈蚀，而钢筋的锈蚀又加剧了混凝土顺筋裂缝的开展，严重降低结构的承载力。剥蚀破坏从外观能明显表现出来，通常的剥蚀破坏有露石、酥松起皮、蜂窝麻面及剥落等。剥蚀破坏的主要原因是由外界环境侵蚀及施工方法不当。施工中要注意添加济的合理使用，混凝土要有足够的养护时间及足够的保护层厚度。剥蚀会影响到桥梁结构的耐久性，使钢筋被锈蚀，产生过大的挠度影响桥梁的正常使用。不同加固方式下，混凝土破损露筋如表2.5所示：表2.5砼破损露筋汇总表加固增大粘贴碳纤维粘贴钢板方式截面桥名羊泽沟汀祖干渠柯家墩长岭螺丝港年份王家湾类别中桥中桥大桥大桥中桥2006数量（处）114173年面积（m2）5060013900315061502007数量（处）14673年面积（m3）60014150315061502008数量（处）13653年面积（m4）60011150250061502009数量（处）113653年面积（m5）5060011150250061502010数量（处）113654年面积（m6）50600111502500695025 重庆交通大学硕士毕业论文2011数量（处）5622年面积（m7）2200211001002012数量（处）111014年面积（m8）1004000360200802013数量（处）41101年面积（m9）7300200045040针对采用粘贴法加固后，上部结构新增混凝土破损病害统计如表2.6。表2.6粘贴碳纤维、钢板后主梁混凝土破损露筋汇总表碳纤维加固粘贴钢板加固年份22数量（处）面积（cm）数量（处）面积（cm）2006年265051232002007年160056234502008年160044198002009年265044198002010年265045206002011年0058233002012年11001245602013年00159750针对增大截面加固后，上部结构新增混凝土破损病害统计如表2.7。表2.7增大截面加固后主梁混凝土破损露筋汇总表增大截面加固年份2数量（处）面积（cm）2006年002007年002008年002009年002010年002011年21002012年4802013年140按不同加固方法加固后的桥梁的破损病害发展趋势如下：图2-13粘贴碳纤维加固后主梁砼破损露筋趋势图26 第二章桥梁加固方法及加固后典型病害研究图2-14粘贴钢板加固后主梁砼破损露筋趋势图图2-15增大截面加固后主梁砼破损露筋趋势图③跨中挠度过大跨中挠度过大，往往伴随着跨中梁底横向开裂，墩顶处桥面开裂或腹板斜裂缝，主要原因是抗弯刚度不够，如梁高偏矮，腹板偏薄，纵向预应力不足或损失过大。另外使用标准的提高，以及采用增大截面法使自重增加也是跨中挠度过大的重要原因。④加固效果评价可以从裂缝发展、加固材料与原结构的界面连接性能、加固材料的性能变化三个方面来进行加固有效性评价。1)裂缝发展从上一节的分析中可以看出，采用三种不同的加固方式后，主体结构的裂缝发展均受到了有效的限制。2)加固材料与原结构界面连接性能在加固后的桥梁定期检查中，未发现碳纤维布、钢板与原结构连接界面的剥离、脱空和破坏情况，表明，其加固效果较好。27 重庆交通大学硕士毕业论文3)加固材料的性能变化在加固后的桥梁定期检查中，未发现碳纤维布破损及老化现象。部分粘贴钢板出现锈蚀情况，统计情况如下表。表2.8粘贴钢板法钢板锈蚀情况统计表20062007200820092010201120122013年年年年年年年年加固桥名方式数量数量数量数量数量数量数量数量（处）（处）（处）（处）（处）（处）（处）（处）羊泽沟00000118长岭11100000粘贴大桥钢板螺丝港10000605柯家墩00000034合计211007417由上表可以看出，使用粘贴钢板法加固后，所粘贴钢板的锈蚀情况逐年发展，应采取有效的措施进行钢板的防锈蚀处理。2.5本章小结本章对典型加固方法的加固原理、设计要点和施工要点做了较详细的介绍，从桥梁加固的整个过程中，发现可能导致病害的因素。根据相关文献资料总结出了混凝土梁桥加固后可能出现的常见病害。在此基础上，通过对武黄高速典型加固梁桥的病害的调查，进一步说明了加固后混凝土梁桥的病害特征和发展趋势。总结出出对于加固后梁桥，根据加固方法的不同，除可能发生普通桥梁的常见病害外，其加固结构还可能出现特有的病害。而现有的规范对这部分病害没有相应的评价方法，因而将是本文后续探讨的重点。28 第三章基于改进AHP的模糊综合评定方法研究第三章基于改进AHP的模糊综合评定方法研究3.1概述对于加固后梁桥而言，其评定方法既类似于普通梁桥的评定方法，也区别于普通梁桥的评定方法。具体而言，对于加固结构的原结构或未经加固的结构可以按照原规范方法评价，而对于加固构件的加固结构本文采用分层分析和模糊综合的方法评价。层次分析方法中，权重的确定是个重点，各个指标因素的权重以及加固结构在加固后构件中所占权重可能受到多方面因素影响，一般的层次分析方法中，或是直接让专家给出权重，或是直接把指标给专家，让专家直接构造评判矩阵得到相对权重，前者受专家主观性影响太大，后者容易出现因主观因素导致的评判矩阵的不一致性问题，本文通过分析指出，在构件评判矩阵时，若能先对评判因素进行重要性排序可以较好地保证评判矩阵的一致性，并通过多位专家评判，建立评判矩阵组的方法进一步保证评判结果的客观性。[30]3.2一般的层次分析法层次分析方法（AnalyticHierarchyProcess，以下简称为AHP）是一种系统、简洁而又灵活多变的方法，它最先由美国国家工程院院士、著名运筹学家T.L.萨蒂（ThomasL.Saaty）于20世纪70年代初提出。从1971年开始，萨蒂曾陆续使用该理论为国家国防部研究所制定了“应急计划”，为国家科学基金会解决了电力在工业部门的分配问题，替苏丹解决了运河的运输问题。直到1982年11月，这一方法才通过一次中美学术交流会议介绍给了中国学者，而后在中国的规划、管理、系统分析以及成果评价等多个领域得到了广泛应用。通常运用AHP解决问题时，一般按照四个步骤进行：①建立递阶层次结构，通过分析评价体系中各个指标之间的关系建立起要解决的问题的层次结构；②构造两两判断矩阵，对于处在同一层次上的指标，我们按照某一准则对其重要性进行两两分别比较，进而构造起判断矩阵，并检验矩阵的一致性；③计算要素的相对权重，通过上一步的判断矩阵计算出同一层次中被比较指标的相对权重；④计算各层指标对总目标的组合（合成）权重。下面我们将对这几个方面进行详细叙述。3.2.1建立层次结构29 重庆交通大学硕士毕业论文建立层次结构是使用AHP的第一步，也是最重要的一步，好的层次结构必须建立在对所研究的问题有深入了解的基础上。对于加固混凝土梁桥技术状态评估而言，由于需要考虑的指标较多，既要能突出主要指标，也要反映次要指标的影响，要做到尽量做到全面而又有所侧重。然后可以把这些指标按照其属性的不同分为不同的组别，进而建立起不同的层次。一般而言，处在层次最高级的是我们所预想的目标或者结果，对本文而言即加固梁桥的技术状态评定，处在中间层次的称为准则层、子准则层，准则层可以只有一层，也可能有多层。多层时，某准则层的指标可以对其下一级子准则层的某些（不一定全部）指标起到支配作用，但这种支配地位也是相对的，他可能受到比它高一层次的准则的支配。处在最底层的被称为方案层，一般指实现目标所能选择的一些决策方案措施或者评价的底层指标。对于层次数的确定而言，主要是依据要解决问题的复杂程度和要求的细致程度，一般而言，问题越复杂，要求的细致程度越高，就需要给出更多的评价指标，而层次数一般也较多。由于一个层次的指标一般不宜过多（一般最多为九个），因为过多的指标不利于两两判断矩阵的建立，所以，在指标过多时按其属性分组、分层，是一种比较合适的处理方法。一种典型的层次结构如图3-1所示。目标层准则1准则2准则3子准则1子准则2子准则3指标1指标2指标3图3-1一般的层次结构示意图3.2.2构建各层次的两两比较判断矩阵层次结构的建立完确立了各层指标间的隶属关系，但如何确定在上层指标支配下，下层指标应当被赋予多大的权重是个难点，也是重点。一般的做法是对同一层次中，按各个指标相对重要性或者状态的优良性程度不同，人为的赋予一定的比例标度，常用的标度法如表3.2所示。一般认为，5~9个判别等级已经基本能30 第三章基于改进AHP的模糊综合评定方法研究满足人们对不同事物同一属性的区别能力，比如在桥梁评价过程中就将桥梁状态[8]分为了“完好、良好、较好、差的、危险”五个等级，如果对精确程度要求较高，就需要在相邻两标度之间再取一个标度。表3.2几种判断矩阵标度含义1~9标度5/5~9/1标度9/9~9/1标度含义两个元素相比，15/59/9具有相同的重要性两个元素相比，36/49/7前者比后者稍微重要两个元素相比，57/39/5前者比后者明显重要两个元素相比，78/29/3前者比后者强烈重要两个元素相比，99/19/1前者比后者极端重要5.5/3.59/86.5/2.59/6相邻两标度的中间值，2、4、6、87.5/2.59/4或中等重要性程度8.5/1.59/2两个元素相比，倒数倒数倒数后者较前者的重要性程度通过对同一层次不同元素重要性的两两比较和重要性赋值，就可以建立起描述各元素相对关系的两两判断矩阵，例如如表3.3表示在某一准则Bk下的n个元素C1，C2，…，Cn的两两比较判断。表3.3C层元素判断矩阵标度乙元素C1C2…Cj…Cn甲元素C1c11c12…c1j…c1nC2c21c22…c2j…c2nCici1ci2…cij…cinCncn1cn2…cnj…cnn上述判断矩阵可以表示为Cc，一般有：09c，c1，cc1的ijijiiijjimn性质，C也被叫做正的互反矩阵。由于c1是确定的，而c和c又互为倒数，故iiijij一般情况下只需要对矩阵C中的上（下）三角的nn(1)/2项进行赋值，并且当满足ccc时，C为一致性矩阵，但实际上的评判矩阵很难达到完全的一致，也ijkjjk就不一定有这种传导性。[31]3.2.3单一准则下相对权重的确定这一步骤要计算的是在单一准Bk下，各个元素的排序向量。获得排序向量主31 重庆交通大学硕士毕业论文要的方法有很多，下面我们将简单介绍几种。为方便叙述，假设判断矩阵为TA=(aij)m×n，权重向量W(WW,,,W)。12n①特征向量法由于当矩阵为一致性矩阵时，满足AWnW(3.1)也就是在一致性矩阵中，n是矩阵最大的特征向量，W向量是与之对应的特征向量，将这种形式改为更一般的形式，即AWW(3.2)max也就是以判断矩阵最大特征值对应的特征向量作为同一层各元素在上一层准则下的特征向量，其中可以由幂法求出，W需经过归一化处理。max②求和法也可叫做算数平均法，公式为na1ijWinn(3.3)j1akjk1可以分以下三步完成：1)将判断矩阵各列元素归一化；2)将归一化的矩阵按行相加；3)将第二步结果除以n倍即可得到各个元素的相对权重。③方根法也可叫做几何平均法，公式为n1n()aijj1Wi1(3.4)nnnaiji1j1也可以分为三步完成：1)把判断矩阵各行元素相乘，可以得到一个列向量；2)将得到的向量开n次方；3)对开方后的向量进行归一化处理。上面几种都属于近似获得排序向量的方法，下面简要一种获得最优化排序向量的方法。④最小二乘法最小二乘法的思路是用拟合的思路得到权重向量W，并且使残差的平方和最小，其本质是一种非线性问题的优化方法。普通的最小二乘法可以表示为，32 第三章基于改进AHP的模糊综合评定方法研究2WiJaijmin1ijnWj(3.5)n且，Wi1i1另一种是对数形式的最小二乘法，2WJalglgiminij1ijnWj(3.6)n且，Wi1i13.2.4一致性检验由于现实问题的复杂性以及人类认识的局限性，判断矩阵往往不能严格够满足一致性，我们只能运用上一节中的方法得到近似的权重向量。但是判断矩阵和一致性矩阵的偏离应该有个度，如果矩阵偏离一致性太大，往往表明判断中存在常识性错误，以这样的矩阵作为获得权重向量的依据，得到的结果是不可信的。通常判断矩阵的一致性可以按以下步骤进行检验：①求出一致性检验指标（CI），可按如下公式计算。nCImax(3.7)n1max可以按幂法计算，可以借助Matlab等数学软件直接求得，也可以按如下公式进行近似计算。naWijj11nnAW(3.8)ij1maxnii11WiinW②按判断矩阵阶数确定平均随机一致性检验指标（RI），可按表3.4取值。表3.4RI取值表阶数（n）12345678RI000.520.891.121.261.361.41阶数（n）9101112131415RI1.461.491.521.541.561.531.59③求出一致性比例指标（CR），按如下公式计算。CICR(3.9)RICR越小，表明判断矩阵和一致性矩阵越接近，当CR0.1时，可以近似认为33 重庆交通大学硕士毕业论文判断矩阵满足一致性要求。3.2.5组合权重的计算和整体一致性检验在递阶层次结构中，需要将单一准则下得到的权重进行一定组合，并进行总体的一致性检验。计算组合权重时，从上层元素开始，最后得到最底层元素相对于目标层的相对权重，以及整个层次结构的一致性检验。假如已经得到了第k1层T元素对于总目标的组合权重向量k1k1k1k1aa,a,,a，并且由第k-1层的第j12mT个元素支配的第k层元素的排序向量为bkbkbkbk，其中不由第k-1层的j12j,j,,njkkkk第j个元素支配的元素权重记为零。记Bb,b,,b，那么第k层元素（共n12m个）相对于总目标的权重向量可以按：kkk1k32aBaBBa(3.10)2计算得到，其中a为第二层元素相对于总目标的排序向量，3kh，h为层数。而对于整个层次结构的一致性检验，类似于组合权重的计算方法，逐层计算CI。如果分别得到了k1层的CI，RI和CR，那么第k层的相对于整体的检验指k1k1k1标为：11mkCIkCIk,,CIka(3.11)11mkRIkRIk,,RIka(3.12)CIkCRCR(3.13)kk1RIkiiCI表示第k层元素在第k-1层的第i个准则支配下的一致性检验指标，RI表kk示第k层元素在第k-1层的第i个准则支配下的平均随机一致性检验指标。当CR0.1时，表示递阶层次结构在第k层上对于整个判断有满意的一致性。k3.3优化的层次分析方法3.3.1判断矩阵不一致性原因分析虽然层次分析方法具有简洁、实用、系统和适用性强的优点，但从层次结构的建立到判断矩阵的构造都受到主观因素的影响，比如评判者背景、偏好或对评判对象的了解程度的不同都可能影响评价结果的客观性。在按一般步骤使用AHP进行评价的过程中，这种局限性普遍性存在，而且一旦发生，对最终评价结果的客观性和合理性有直接影响，甚至可能产生歪曲现实的结果，如此得到的结果自[30]然也不可信，文献指出，要使得评价更为符合客观事实，一是要让评判者尽可能深入而全面的了解所评判的问题，二是要可以采用群组判别的方式来尽可能的减少主观因素的影响。所谓加深了解，即是让评判者对评价的对象的重要性有充分认识，在同一个评判矩阵中，对各个元素的重要性要基本一致，比如，在做专34 第三章基于改进AHP的模糊综合评定方法研究家调查的过程中，如果某专家对各个元素的重要性已经充分了解，在进行两两对比时都按照一定的优先权系数赋值，即认为C1，C2，…，Cn在比较赋值时保持w1，w2，…，wn的重要性系数不变，那么表3.5可以改写为以下形式：表3.5一致性判断矩阵标度乙元素C1C2…Cj…Cn甲元素C1w1/w1w1/w2…w1/wi…w1/wnC2w2/w1w2/w2…w2/wi…w2/wnCiwi/w1wi/w2…wi/wi…wi/wnCnwn/w1wn/w2…wn/wi…wn/wn该矩阵满足：①c1，in1,2,；iiw11i②c，ij,1,2,n，且ij；ijwcwjjijwiwwwciikik③ccc。ijikkjwwwcjjkjk由3.2.2节定义可知，该矩阵是满足完全一致的。经过观察还可发现，如果矩[32]阵满足一致性，那么其各列是呈比例关系的，这也是文献调整矩阵一致性的原理，但实际应用中不可能要求所有评判矩阵各列完全成比例，故允许在一定范围内存在不一致性，这也就是需要检验一致性的原因。但是，各列成比例只是表现形式，矩阵具有良好一致性的根本原因应该是专家在评判时，对对象的重要性的认识程度是否足够，认识越清楚，评判所得到的矩阵一致性越好，极端情况是专家在评判时心中已经有了一个确定的重要性系数值和元素对应，那么由此得到的矩阵满足完全一致性。为了进一步说明矩阵不一致的原因，我们例举如下矩阵：12531/211/31A1/53111/3111经过计算，一致性比例指标CR0.140.1，不符合一致性要求，若作如下调整35 重庆交通大学硕士毕业论文12531/2131A1/51/3111/3111经过计算，经检验CR0.040.1，符合一致性要求。通过对比分析，在A中，aa2,5，也就是在用第一个元素分别和第二、三个元素作对比时，第一个元1213素比第二个元素重要性高2个等级（介于同等和稍重要之间），比第三个元素高5个等级（明显重要），那么可以推论在评价者来看，第一个元素最重要，第二个元素重要性稍逊于第一个，第三个元素相对最不重要，明显该评判者认为第二个元素相对第三个元素而言应该更重要，但是评判者同时又作出了a13的判断，即23认为第三个元素相对第二个元素而言稍重要，这就和前面分析的于第二个和第三个元素的重要性关系出现矛盾，此时检验不满足一致性要求；在修正后的评判矩阵中，a3，整个评价过程中都认为第二个较第三个元素重要，不存在矛盾，检23验满足一致性要求。可见，在构建评判矩阵时，并不要求各列完全成比例，但是在评判过程中要保证对各个元素间的相对重要性程度保持一致，不能出现同时大于又小于某一个元素的情况，这种情况是由于对于评判对象认识不清，导致的逻辑矛盾，必然导致评判矩阵一致性较差。基于以上原因，本文提出两个优化步骤：一是将德尔菲法和AHP相结合，让专家在充分了解评价对象背景的基础上，经过多轮调查得到因素的重要性序列,意义在于让专家对评价目标和指标的理解逐步深入，对各元素的重要性认识逐步客观和一致，以避免专家主观偏好或客观认识上的不足引起的评判失误；二是构建评判矩阵时用多位专家评判代替单个专家评判，减少单个专家主观因素对评判结果的影响，但对于群体矩阵而言，由于无法找到同时满足各个矩阵的特征向量，[33]直接利用3.2.3中的各种方法求解有困难，借鉴文献的方法，采用最优传递矩阵的方法，在最优（最小二乘）的意义下调整人们认识中的不一致性，确定出一个拟优一致矩阵，以此作为得到各个指标权重的依据。3.3.2德尔菲法和AHP法的综合运用[34-35]①德尔菲法德尔菲法（DelphiMethod）又叫做专家调查法，由美国兰德公司于1964年提出，最初，这种方法多用于科技预测领域，但如今在社会、经济和科技的预测、评价、决策和规划等各个方面都有广泛应用。运用典型的德尔菲法进行预测，一般需要10~50个专家在匿名情况下进行四轮（可能更多或更少）的应答（打分），直到专家意见趋于一致。一般情况下步骤如下图所示：36 第三章基于改进AHP的模糊综合评定方法研究实施准备：1.成立预测小组2.选择预测专家3.编制调查表第一轮调查：1.说明要求第一轮结果汇总处理2.提供背景材料3.第一轮征询问题第二轮调查：1.第一轮意见分布第二轮结果汇总处理2.陈述预测和理由3.第二轮征询问题第三轮调查：1.第二轮意见分布第三轮汇总处理2.再次陈述预测和理由3.第三轮征询问题否进行下一轮调查判断收敛直至收敛是得到结果图3-2德尔菲法预测的一般步骤②基于德尔菲法的元素重要性排序为了使采用AHP确定的重要性向量更为客观，本文拟采用评判矩阵群组的方法进行评价。但在影响因素较多的情况下，由于主观偏好和客观背景等原因，让专家直接给出两两判断矩阵，结果差异很可能较大，且很难达到一致，甚至可能出现一些逻辑上的错误，而这些问题都将影响最后评价结果的合理性。为了尽量避免这类问题的发生，并使专家对待评价问题有足够深入的了解，本文提出在建立两两评判矩阵前，先利用德尔菲法排列出各个元素的重要性顺序。通过德尔菲法确定出各个元素的重要性排序，并以此作为各个专家建立两两判断矩阵的参考，可以使不同专家建立的判断矩阵有更好的一致性，也能避免一些常识上和逻辑上的错误。具体的步骤如下：1)准备阶段。成立评价小组，明确评价目标，选定专家，并编制初步的调查表。表格包括评价内容层次内容、指标含义和其他必要说明，选定的专家应当在桥梁领域具有丰富的实践经验，和深厚的理论知识，并具有一定的权威性，整个37 重庆交通大学硕士毕业论文过程中各个专家不能见面、讨论，需要独立地给出自己的评价意见，可以提问，也可以通过上一轮的结果对自己下一轮的评价意见做修改；2)调查阶段。a.第一轮调查需要为专家提供相关的背景资料和调查表格；专家可以自由的回答问题和提问，然后根据对被调查对象的了解以及自己的知识作出评价，而后调查者汇总和整理调查表格（汇总表如表3.6），进行统计分析，将结果填写在调查表格中，作为第二轮调查的依据；b.第二轮调查。将更新后的调查表格重新发给专家，专家依据上一轮调查结果，对自己上一轮的评价作出修正，如果评价结果和反馈的信息差别较大，应当说明理由，调查者进行新的一轮的汇总、整理和统计；c.第三轮和第四轮调查重复第二轮即可。分析、得出结果。如果专家意见基本收敛或一致，可以通过分析得出最终调查结果。表3.6元素重要性赋值统计表元素专家a1a2…aj…an1a11a12…a1j…a1n2a21a22…a2j…a2niai1ai2…aij…ainmam1am2…amj…amn表3.7元素重要性赋值表影响性很大较大一般较小微小重要性赋值97531有两点需要说明的：①a为第i个专家对第j个元素相对其上层元素的重要ij性赋值，重要性越大，也就是对其上层指标状态的影响性越大，例如对安全性和耐久性指标分别赋值为9和5，说明认为安全性对于加固结构的技术状态评分影响非常大，而耐久性则相对一般，a按照表3.7赋值，该步只是专家根据背景材料和ij自身经验对各个元素对评价目标的重要性估计，以作为元素重要性排序依据并作为之后建立两两判断矩阵的参考，不宜过于复杂，故只取了5级指标，同时为便于赋值，可以先对认为最重要的元素赋值，再对在剩下的元素中相对最重要的元素赋值，以此类推，直至赋值完成，明显，各个元素可以有相同重要性赋值；②如果专家基本达到一致或收敛较快，不一定要进行四轮调查，例如，如果专家意见在第二轮就比较一致，那可以只进行两轮即可；如果进行了四轮还不完全一致，那可以用最后一轮的平均数或者中位数作为最终评价结果。38 第三章基于改进AHP的模糊综合评定方法研究对汇总结果的统计分析后，一般是将上一轮的统计结果的中位数和上下四分位数反馈给专家，前者反映集体意见，后者的差值反映意见的集中程度，差值越小说明意见越集中，而评价的可靠性也就越高。如果ii1,2,,n个专家对第j个指标的重要性排序值为a。ij最终的评价结果可以通过最后一轮的平均值来表示，m1Majij(3.15)mi1其中，式中a为第i位专家对第j个因素的重要性排名，M为对j元素所有ijj评价的平均值。离散程度通过变异系数来衡量，jV(3.16)jMj2m1其中，j()aMijj(3.17)mi1为对j元素所有评价的标准差，V为对j元素所有评价的变异系数，其值越小，jj[36]说明赋值结果越集中，专家意见差异性越小。文献指出，当V小于10%时，属j于弱变异程度；当V大于100%时，属于强变异程度；当V介于10%到100%之间jj时，属于中等变异程度。对于中位数和上下四分位数，通常可以按如下步骤计算得到：①对m位专家对j元素的重要性排名按升序排列，得到序列xxx，12n其中x最小，x最大；1n②计算中位数，记作x，按如下公式计算；m2xk1n2k1奇数(3.18)xm=xxkk12nk2偶数2③计算上、下四分位数，分别记作x、x，按如下公式计算。3mm44xn2k（1k为奇数，n为奇数）k12xxkk1122n2k（1k为偶数，n为奇数）2(3.19)xm=xn2（kk为奇数，n为偶数）4k12xxkk122n2（kk为偶数，n为偶数）239 重庆交通大学硕士毕业论文xn2k（1k为奇数，n为奇数）33k2xx33kk1222n2k（1k为偶数，n为奇数）2x3m=(3.20)xn2n（kk为奇数，为偶数）431k2xx33kk122n2n（kk为偶数，为偶数）2例如12位专家对6个元素进行重要性赋值，第i个元素的重要性经过两轮评价结果为：表3.8元素2重要性评价表专家123456789101112ai357535375573按上述方法对评价结果做统计分析，先对12个专家的评价结果按赋值大小升序排序，如表3.9所示。表3.9元素2重要性评价统计表序号123456789101112赋值333355555777按照前述方法，n=12，k=6均为偶数，计算中位数和上、下四分位数，xx67x==5m22xx34x==3m24xx910x==63m24将结果按表3.10的形式反馈给专家。表3.10元素i重要性赋值统计分析表元素中位数下四分位点上四分位点2536可见，通过两轮调查，上下四分位点间距还较大，专家意见还比较分散，故需进行下一轮赋值，并着重让赋值处于四分位以外的专家详细说明赋值理由，进一步计算可得V0.33，也说明赋值结果还较为分散，通过下一轮赋值后，V一jj般能得到减小。3.3.3判断矩阵群组的构建及处理40 第三章基于改进AHP的模糊综合评定方法研究通过对各个影响元素的重要性排序，既加深了专家对评价对象的理解，也能增加评判矩阵的一致性。为了尽可能保证客观性，避免传统AHP中出现的评价结果受单个专家主观因素影响过大的情况，本文采用邀请多位专家（最好是参与排序的专家）根据各个元素重要性等级值，对各个元素的相对重要性程度做进一步的评价，进而构建起一个两两判断矩阵群组。但是对于群体评价方法，很难得到一个评价向量能够与各个评判矩阵的最大特征值相对应，那就不能从特征向量的概念上对评价向量进行解释；而对判断矩阵中各个元素进行简单平均得到的综合矩阵很难满足一致性要求，也不能保证对评价矩阵中各个评价元素的综合处理达到最优。因此本文借鉴单个判断矩阵的最优拟合方法，用类似的方法，在最优意义（最小二乘）拟合各个专家的评判矩阵，并以综合评价矩阵最大特征值对应的特征向量作为综合评判的结果，如此既能综合各个专家的意见，又能够保证综合矩阵的一致性，并从概念对综合评价向量进行解释。[33]文献中提出了对单个评判矩阵采用最优一致矩阵进行优化分析的方法和关于互反矩阵、反对称矩阵、最优一致矩阵的相关定义及定理，类似地，可以把评ll判矩阵从一个扩展到l个，从判断矩阵的建立过程可知，判断矩阵Aaijnn（l=1,2,…m，指第l位专家）是互反矩阵，现在定义lllBlbijlnAlnaijnn明显有1lllbjilnajilnlbijaij则B为反对称矩阵，若B的最优传递矩阵为Ccm×n，则有C使得kij2nnml[33]Jcijbij最小，又根据文献，对于传递矩阵C可以找到，总是可以i1j1l1找到xx,,,x0使得cxx，那么12nijij22nnmnnmll(3.21)Jcikbikxixkbiki1k1l1i1j1l1若要求J的最小值，则有J0xi，(3.22)那么，对于i有nmnmJl(3.23)2xi2xkbik0xik1l1k1l1整理可得41 重庆交通大学硕士毕业论文nm1l(3.24)xxi(kbik)mnkl11nm1ll(3.25)cijxixjbikbjkmnkl11若记**CcijAaijee(3.26)nnnnnmnmnm1ll1ll1llbikbrkbrkbjkbikbjk由于A*满足a*a*emnk1l1emnk1l1emnk1l1ecij=a*，故A*irrjij2nnm**l是一致性矩阵，同时由于A使得aaijlnij最小，而非使得i1j1l12nnm*l*laaijij最小，故A被称作A的拟优一致矩阵，它建立在m个专家的i1j1l1评判矩阵的基础上，是对各个专家意见的综合体现。由于专家较多时，部分矩阵可能一致性较差，为了减少部分一致性较差的矩*阵对综合结果的影响，在综合计算拟优矩阵A前，先设置CR的阈值，舍弃超过阈值的矩阵，阈值大小可以根据对一致性要求的严格程度决定。综合上述分析，运用最优一致矩阵计算判断矩阵组的一般步骤如下：①建立评判矩阵组lA。把已经得到的各个元素的重要性序列结果提供给选定的专家，则某个专家的判断矩阵可以用下式表示。llaa11nllAaij(3.27)nnllaan1nnlll②计算A的一致性比例指标CR，若CR0.1，说明第l个判断矩阵受专家个人主观偏好影响较大，质量较差，在合成综合评判矩阵前，先把这类矩阵去掉。③构建反对称矩阵lB，按如下公式计算。lllBbijlnaij(3.28)nnnn**④构建A的拟优一致矩阵，也即反对称矩阵lAa，B的最优传递矩阵ijnn各个元素按如下公式计算。nm1lllnaaiklnjk(3.29)*mnaekl11ij**⑤将*Ww，各元素按如下公式计算。A各行相乘并开n次方，记作向量in1nwa**n(3.30)iijj1*⑥将向量W归一化处理，那么其中第i个分量wi即第i个元素权重，42 第三章基于改进AHP的模糊综合评定方法研究*wiwin(3.31)*wii1⑦当层次模型层数h3时，应该对第k3kh层元素的评判进行由上而下的整体一致性检验，若第k层存在某些专家的评判矩阵对于整体的CRk0.1，则需要除去这些评判矩阵后重新合成综合判断矩阵，得到第k层元素的新的权重向量，再按照这个修正的权重向量，对第jjk1层进行整体一致性检验，直至完成所有k3kh层的整体一致性检验。以上步骤中，有两点需要说明：①由前述知道，*A是在各个判定矩阵群组基础上建立的拟优一致矩阵，是对各个专家意见在最优（最小二乘）意义的综合，[39]其本身不需进行一致性检验，但其可靠性受到判断矩阵群组质量的影响，故在计算过程中要先根据检验指标CR的阈值进行判断矩阵的筛选。又由于当层数h3，指标将不直接由目标层支配，那么第k3kh层元素的权重需要通过从下往上的逐层加权才能得到相对于目标层的权重，在这一过程中存在不一致性的累积，故当层数h3，需要对第k3kh层判断矩阵进行整体一致性检验。②一般的整体一致检验是针对单个专家评判的情况，针对多个专家评判的情况，本文i先取第k层的各个专家中CI值最大的作为CIk值，如果最后得到CRk0.1，说明各个专家对第k层元素的评判矩阵对于整个层次模型而言都能满足一致性要求，i如果CRk0.1，再取第二大CI值作为CIk值，并重复以上过程，直至满足CRk0.1。再在根据最优传递矩阵合成综合判断矩阵时，去掉CRk0.1的专家的评判矩阵，重新合成新的综合矩阵，并重新求权重，这样就能保证对层次整体而言，各个专家的评判矩阵都能满足一致性要求。3.4模糊综合评定方法综合评定指对影响总体结果的各个元素进行综合评定，由于在类似桥梁评定的元素中，很多因素不能用精确的数学模型描述，只能用类似“较好、较差，较重要、较不重要”的模糊语言来描述，这类评定就叫做模糊综合评定。下面将从几个方面来介绍模糊综合评定方法。3.4.1隶属函数及其确定对于经典集合论，我们可以用0,1来表示其真值，但对于模糊问题，传统的逻辑二元理论将不再适用，我们不再能用绝对的属于或不属于，好或不好来断定事物的性质或状态。在经典集合论的基础上，人们提出了值域0,1的模糊集合理论，而隶属函数就是判定某一事物的属性或状态对事物的隶属关系。43 重庆交通大学硕士毕业论文隶属函数是模糊集合得以建立的前提，若论域U上有模糊子集A，且表示AA的隶属函数，u则表示u对于A的隶属度。并且满足u0,1，当AAu0或u1是和经典集合理论的意义相同，表示完全不属于或完全属AA于，当u0,1时为模糊集合意义，表示u在一定程度上隶属于A。A确定隶属函数的方法主要由以下几种，①例证法该方法是通过例举出有限的u值来估计论域U的子集A的隶属度函数A，比如在U上，可以先给出一个值u，然后用“假、大概假、真假参半、大概真、A真”五种程度中的一个来描述判定u对A的隶属情况，并对应隶属度分别为0、0.25、0.5、0.75、1，最终通过有限个不同的u,i1,2,,n的真值情况，就可以得到iA的离散表示。②模糊统计法这种方法是通过邀请若干被试者参与模糊统计实验，在被试者了解论域U上某个模糊子集A后，作出A所属的区间，那么对于U上某一值而言，其隶属于0该模糊概念A的频率是uA的次数*0A0(3.32)总被试数n*当n足够大时，A会趋近于0,1上的稳定值A，此时可以认为A000即是u对A的隶属度，即0uA的次数0(3.33)Alim0n总被试数nA然后，通过一系列的隶属度i可以得到近似的隶属函数曲线。③优先关系排序法优先关系排序法属于二元对比法中的一种，是通过对元素的两两比较确定出ruu其相对隶属度的方法。若论域U上有n个对象，用ij表示i对j的优越程度，那ruur么ij被称作对象i对j的优先选择比。同时ij满足以下两个条件：1.rii0,0rij1ij；(3.34)2.rrijji1(3.35)r的含义是对象和自己比没有优越性，故为0；rr1ij表示两个不同iiijjiuu对象的优越性之和为1，若u对u优势越明显，而j对i没有优势，则rr1,0，ijijji而如果两者不能区别谁轻谁重时，取r0.5。一般情况下，可以通过建立两两比ij较评分表，通过计算u对其他各个对象u的优先性总得分，再除以可能的最高总ij得分得到u对u的优先比r，这样可以得到优先关系矩阵ijij44 第三章基于改进AHP的模糊综合评定方法研究Rr(3.36)ij再取0,1作为截集，得截矩阵(3.37)Rrij并且有1当rij(3.38)rij0当rij通过截矩阵可以把模糊关系矩阵转化为一般的常规矩阵，在从大取到小k（如从1到0）的过程中，第一次出现R，满足除对角线元素外的第一行元素均k为1，则u为第一优越对象，第一优越对象不一定唯一。将第一优越对象去掉，再i取新得到的优先矩阵的截矩阵，再通过前述的方法判断次优越对象或对象组。重复上述过程，就能够得到各个对象的优先顺序。④指派法指派法是根据主体的经验，按实际问题的性质，套用已有的模糊分布类型，然后根据测量的数据确定分布中的参数。在桥梁评估中，常用的隶属函数有以下几种形式：矩形、梯形、正态分布型以及S型等函数，在实际的运用中，可以根据层次结构和指标类型的情况选择不同的函数，例如，对于定性指标，由于一般是根据语言描述进行简单赋值，一般可以采用矩形函数；而对于如裂缝宽度、保护层厚度等复杂问题，则宜用梯形、S型、抛物线分布或正态分布等函数。每种隶属函数常用的隶属函数按其分布类型可以分为以下三种：1)偏小型：用以描述偏小类型的模糊问题；2)中间型：用以描述偏中间类型的模糊问题；3)偏大型：用以描述偏大类型的模糊问题；常用的隶属函数按这三类可以有如下几种，见表3.11：表3.11常用的隶属函数类型模糊偏小型中间型偏大型分布矩形1xa0xa或xb0xaAxAxAx分布0xa1axb1xa45 重庆交通大学硕士毕业论文0xa1xaxa0xaaxbbxbaxa梯形AxaxbAxaxbbaAx1bxcba分布0xbdx1xbcxddc0xd0xak1xaxa0xaaxbk次kbakbxxa抛物AxaxbAxaxbbaAx1bxcba形的k分布0xbdx1xbcxddc0xd1xa0xakxa正态AxAxeAxkxaekxaxa分布exa（k>0）（k>0）（k>0）除了上述几种方法，一般还有德尔菲法、综合加权法、择优比较法等确定隶属函数的方法。3.4.2模糊关系含义及其合成世界是客观的，而事物之间也普遍存在一定关系，但有些关系是明确而绝对的，有些关系却是模糊的，对于前一种关系我们称之为普通关系，而后一种则成为模糊关系。类似从经典集合推广到模糊集合，我们可以利用普通关系来理解模糊关系。比如3>2是普通关系，x可能大于y则是一种模糊关系。若在论域中有U和V两个模糊子集，那么他们之间的关系可以以直积（笛卡尔积）UV的一个子集R表示，记作RURV(3.39)或者UV=u,vuUv,V(3.40)所以，R的元素可以表示为ruv,，它表示序对uv,对于关系R的隶ijRijii属程度。模糊关系的合成和普通矩阵的乘法运算的过程类似，可以视为将普通矩阵的加法改为取大，而乘法改为取小。即46 第三章基于改进AHP的模糊综合评定方法研究maxmin那么对于模糊矩阵Aa及Bb，有Cc为其乘积，记作ijmnijnpijmpCAB其中C的元素就满足ncijmaxminaik,akjaikakj(3.41)kk1且i1,2,,mj;1,2,,n。为与一般矩阵乘法相区别，上述乘法用“”表示。[38]3.4.3模糊综合判断的方法和步骤①一级模糊综合评定的方法和步骤1)建立因素集。因素集是影响评定结果的各个元素的集合，一般可记作Uuu,,,u12m2)建立权重集。由于因素集中的各个元素的总要性程度不一样，为了在综合评价中反应出这种不同，可以为各个元素赋予相应的权值，这些权值构成的集合就是因素的权重集。记作Aaa,,,a12mm3)各个权值应当满足，aaii1,0，对于本文而言，权重值通过基于德尔i1菲法和判断矩阵群组的优化的AHP来确定。4)建立备择集（或称评价集）。评判集是指对因素集中各个元素可能做出的评价的集合。一般记作Vvv,,,v12m5)单因素模糊评定。单因素评定是对整个因素集评定的基础，当按因素集中第i个元素u评判时，对于评价集中的第j个元素v的隶属度记为r，记作iiijRr,r,,rii12iim6)R就是V上U中第i个因素的单因素评价集。将每个元素的评价集排列成i行，得到一个模糊关系矩阵，即因素评判矩阵，记作：rrr11121nrrrRr21222nijmnrrrm12mmn7)模糊综合评判。从单因素评判矩阵来看，第i行表示按因素u评判时，对i备择集各个元素的隶属程度，而第j列表示因素集各个元素对于备择集第j个元素v的隶属程度。那么将关系矩阵R的第j列相加，就代表了所有因素共同作用下，i评价对象对于v的隶属程度，为了反映出各个因素重要性程度的不同，在求和时j47 重庆交通大学硕士毕业论文还应当按权重向量A加权，即mTBjARjaa1,2,,amr1j,r,2j,rmjariij(3.42)i1那么评判对象对于备择集所有元素的隶属度就可以用BAR表示，由于在模糊综合评判中，R是一个模糊矩阵，故乘法运算应用模糊关系的合成运算代替，即BARrrr11121nrrraa,,,a21222n12m(3.43)rrrm12mmnbb,,,b12nm其中b(ar)j1,2,,n，称为模糊综合评价指标，表示在所有因素jiiji1综合作用下，评价对象对择备集的第j个元素v的隶属程度。j8)评价结果处理。通过第5）步得到综合评判向量，要确定评判对象在多因素下的最终结果，一般有以下几种方法可用：a.最大隶属度法。该法可以评价非数值型对象，方法是取评判向量中最大元素maxb所对应的责备集中的v作为最终结果，即jkjVvvmaxb(3.44)kkjjb.贴近度法。最大隶属度法由于只考虑了评价向量中最大分量的影响，某些情况得不到有效的结果。例如，假如评价集分为“1~5”类，对于评价向量B0,0.41,0.39,0.201B0.39,0.41,0.20,02按照最大隶属度，B1和B2都应当属于第2类，但是根据两个评价集合的分量分布可以知道B2总体要优于B1，B1和B2中的0.41和0.39两个分量相差很小，可见这种情况下再用最大隶属度并不合适。采用非对称贴近度法，一定程度上可以解决这个问题。非对称贴近度法认为评价向量中各个元素b所处地位不同，应对较i低等级的元素b的隶属度加以加以“惩罚”，而对称贴近度认为各个元素地位相同。i[42-43]文献指出，对称贴近度和最大隶属度法的结果等效，因此在最大隶属度法不能得到有效的结果时，必须采用非对称贴近度法。考虑到桥梁评估中各个等级的地位不同，所以桥梁评估中一般采用非对称贴近度处理评价向量。常见的贴近度公式可以取为：n11PPNBD,1uukP1(3.45)BkDknk148 第三章基于改进AHP的模糊综合评定方法研究一般可取P=1，非对称贴近度法的一般步骤如下：Ⅰ.把评价向量B标准化。先把B中第j个元素b放在首位，对于j,jj，j12n如果满足jjjj，且jj，那么把b放在b前；如果jjjj，1212j1j212j那么也把bj1放在bj2前。经过标准化，Bbbj,j1,bj1,bj2,bj2,。同时，Di也通过标准化变为D=1,0,,0,0。1ni1ii1/kⅡ.计算NBD,i。NBD,iNB,D11bkdk。nk1Ⅲ.NBD,maxNBD,(1≤i≤n)，即最终评价结果属于v对应等级。kik如果经过非对称贴近度法处理仍存在两个等级隶属度相同的情况，即NBD,,ijNBD，那么可以根据评价态度是严格还是宽松决定最终结果，即NBD,,kNBDij宽松2(3.46)NBD,,kNBDij严格+12c.模糊分布法。直接以评价指或者归一化处理后的指标作为评定结果，即bbb12nB,,,bbb(3.47)bb,,,b12nnn其中，bbj，bj1。评价指标的模糊分布可以反映出评判对象在评价j1j1结果的分布状态，可以作为决策依据。d.加权平均法。该法主要用于评判数值型对象，方法是以评价指标b作为权重，j对备择集V的各个元素按加权平均计算的值作为最终结果：nnVbvjj/bj(3.48)jj11nn如果评价指标已经经过归一化处理，由于bj=1，则Vbvjj。j1j1相较加权平均法而言，最大隶属度方法有两个劣势：一是只考虑了最大指标的影响，而加权平均法综合考虑了各个指标的影响；二是如果存在多个接近的指标都最大时，利用最大隶属度函数决策将有困难。因为这两个原因，一般评价中加权平均法用得相对较多。但是对于非数值性的对象，在评价指标差异明显的情况下，最大隶属度法也有一定优势，因为它可以根据最大指标直接得出评判结果，而加权平均法要先将非数值型的对象数值化，比如对于“完好、良好、较好、差的、危险”五个等级，可以用数字1~5来描述，然后通过加权平均才能得到结果。②多级模糊综合评判49 重庆交通大学硕士毕业论文按上述的一般模糊综合评判方法可以满足单级模糊综合评价的需求，对于评价因素多、层次结构复杂或者因素具有模糊性的问题时，为了保证评价的合理性，则需要使用多级综合评判模型。多级评判数学模型和单级评判的区别在于评判前需要对因素进行分类和分层，具体如下：1)将因素集U分为m类，Uuu,,,u；12m2)对于上述第i类ui1,2,,n，又可以分为j类，uu,u,,u；iii12iin3)对于上述第j类uj1,2,,l，又可分为uu,u,,u；ijijij12ijijn4)以此类推，根据需要划分更多的层次；在多级模糊评判模型中，高层次元素的模糊状态由其所支配的低层次元素的模糊综合评判的结果确定，例如对于二级模糊评判模型而言，先计算得到其一级模糊综合评判结果Bi1~p，对于第二级模糊评判的关系矩阵满足RB。按iii这种思路，结合单层模糊综合评判模型，下面给出二级模糊综合评判和三级模糊综合评判的模型。二级模糊综合评判模型：对于其底元素有BAR，那么对于其上一层元素有iiiB1B2RbijrijpnpnBpAR11ARBARA22(3.49)ARmm三级模糊综合评判模型：50 第三章基于改进AHP的模糊综合评定方法研究AR1111AR1212A1AR11nnAR2121AR11AR2222A2R2A2BARAA(3.50)AR22nnARmmARmm11ARmm22AnARmnmn3.4.4广义的模糊综合评判模型前述的一般评判模型为：BARbb,,,b(3.51)12nm其中b(ar)j1,2,3,,n，这种模型重点突出了主要因素的作用，但jiiji1是会造成大量信息的丢失，在一些情况下，为了使评价更为合理，需要用到其他的评价模型，广义的评价模型M可以记作：M,**其中，表示广义模糊“与”运算；*表示广义或运算。*常用的M模型有以下几类：①M,，即本文前述模型，先取小再取大运算，一般记作mb(ar)j1,2,3,,n(3.52)jiiji1特点是值越大的因素影响越大，值小的因素可能被忽略，容易造成信息丢失。②M,，即先相乘再取大，一般记作mb(ar)j1,2,3,,n(3.53)jiiji1特点是相乘运算不会造成信息丢失，取大会造成信息丢失，但较上一模型而言有所改进。③M,，先取小，再以上限为1求和，一般记作51 重庆交通大学硕士毕业论文mbj(airij)j1,2,3,,n(3.54)i1由于是有上限的求和，故又可写作m(3.55)bjmin1,airiji1特点是取小仍会造成信息损失，而且有上限的求和在a和r的值较大，或者aiiji较小时，出现b1的情况，这样评价的结果就没有太大意义。j④M,，先相乘再有上限地相加，一般记作mbj(ariij)j1,2,3,,n(3.56)i1m其中ai1i1特点是乘法运算不会造成因素信息丢失，并且在对权重做归一化处理后，始m终满足ariij1，那么在求和时不对上限做限制。所以，几种模型相比，这种模i1型具有明显的优势，在桥梁技术状态评定中一般采用这种模型进行评判。3.5本章小结本节主要介绍了一般的AHP方法，并针对其缺点，提出了预先对元素进行重要性初步排序和构建群组判别矩阵的改进措施。这将专家对评价指标的认识分为两个阶段：第一个阶段，通过德尔菲法，使各个专家在充分了解背景资料的基础上，对各个指标对于其上级评价目标的重要性程度有比较一致的认识（不一定完全一致）；第二个阶段，通过多位专家构建两两判别矩阵群组，通过第一阶段多轮了解，专家对元素的重要性有了较为深入且基本一致的认识，在此基础上得到的判别矩阵组具有较好的一致性，再通过拟优一致矩阵方法得到综合评判矩阵，进而得到综合各个专家意见的元素权重向量。通过两阶段方法，让专家对评价对象的认识逐层加深，能够减少由主观因素引起的逻辑错误或认识不一致问题，使评价结果更为客观。52 第四章加固后混凝土梁桥技术状态评定指标体系研究第四章加固后混凝土梁桥技术状态评定指标体系研究4.1概述4.1.1关于指标的概述在桥梁评价体系中，指标体系的选取是否合理直接影响到评价结果的合理性。一般而言，指标的选取应遵循三个原则：①具有可操作性，也就是可以通过直接测量或观察得到；②具有代表性，也就是指标要能突出被评价对象的某方面特征；③具有敏感性，在桥梁评价体系中，指标并不在于多，而要在于所选的指标对评价要有做够的重要性和影响性。[45]一般而言，指标可以分为两类：一类是定量指标，一类是非定量指标或定性指标。对于定量指标，可以通过隶属函数建立起其单因素判别矩阵，根据文献[44-47]，在桥梁结构评价中一般采用梯形分布的隶属函数；对于非定量性指标，一般可以采用类比或模糊统计的办法来确定其隶属度，例如本文将每个因素的评定等级分为五级，每个等级分为五种程度，即“完全不符合”“不太符合”“有些符合”“基本符合”“完全符合”，并据此分别赋予隶属度为：0，0.25，0.5，0.75，1，基本符合第3类而不太符合第2类记为0,0.25,0.75,0,0；或者通过专家进行10次调查，其中4位专家认为评为3类，6位认为评为4类，那么指标评价向量即为0,0,0.4,0.6,0。4.1.2关于评价方法的概述对于一般未加固梁桥，可以按现有规范方法评定，也可以按层次分析和模糊综合评定相结合的方法评定，两种方法中，后者评价适用性强，但结果过于模糊，[48]而且客观性较前者更差，所以一般桥梁实际检测和评估中多采用规范方法。文献对现行的桥梁技术状态评定规范进行了对比，指出在现在的桥梁检测工作中，规[8][9][7]范使用最为广泛，规范应用范围较小，规范结合了前两规范的优势，对各种桥型进行了划分，对病害采用了定性和定量两方面描述，在方法上采用和CBMS[7]中桥梁结构缺损状况的算法类似。就目前而言，规范是桥梁技术状态评定中较为完善的方法。加固后的桥梁和未经加固的一般现役桥梁在结构上既有区别，又十分类似，并紧密相关：桥梁加固是通过局部更换、加强或是调整内力的方法，使其满足设[4]计规范要求。可见，加固过后，桥梁结构从构件层次可分为加固后构件和未加固构件两类，未经加固的构件可以直接按现有规范方法评定，而加固后构件存在加固结构和原结构的区分，且两者通过连接截面共同工作，对这类构件的评价方法53 重庆交通大学硕士毕业论文需要单独研究，研究加固结构状态的评定指标、方法和在加固后构件中所占权重中是本文的重点。对于桥梁加固结构的评价思路可以有两种：一是将加固结构放在部件层次来评价，例如对于加固后梁桥的上部结构，可以划分为上部主要承重构件结构、上部一般承重构件、上部主要承重构件结构加固部分、上部一般承重构件结构加固部分，然后完全按照层次分析和模糊综合的方法，通过评判矩阵可以确定各部分（包括加固部分）的权重，再通过模糊评判方法分别得到各部件评价向量，再通过加权综合得到总体的模糊评价向量，最后根据本文第3章中评价向量的处理方法确定出最终结果；另一种思路是将加固结构放在构件的下属层次来评价，例如将桥梁上部结构一片梁分为原结构和加固结构两个部分，再通过加固目的和效果来确定加固结构在加固后构件中所占权重。前一种思路在现有桥梁评价中较为常用，后一种思路是本文提出的方法，本文认为这种方法至少有以下几个优点：[4]①桥梁的加固，一般是对桥梁重要结构的构件加强，从构件层次来评价，更符合实际加固情况。[7]②构件是组成桥梁结构的最小单元，从构件层次来评价，比从部件上评价能更具体地反映出加固后梁桥的技术状态。③从构件层次来评价，能够更好地利用已有的较完善的评定方法对加固后梁桥原结构部分进行评价，把分层分析和模糊综合的方法与规范方法相结合，相较完全模糊化的评价方法，可以在一定程度上减小评价结果的主观性。虽然加固结构可能会引起原结构上出现新的病害，但新的病害仍在桥梁规范评价病害范围，仍可以借用已有规范进行评价。例如，粘贴钢板法加固后，可能因为抗弯能力的增加，若没有同时进行抗剪加固，可能导致抗剪能力的相对减弱在支座附近出现较多的剪切裂缝，但对梁的原结构部分，这种新增裂缝仍可按规范中一般梁桥的结构性裂缝病害评价。④从构件层次来评价，评价方法适用性更强，确定的加固结构所占权重也更为合理。不管对上部结构还是下部结构而言，都可以通过加固构件加固目的和加固后性能的提升来确定加固结构所占权重，所得到的权重是相对客观的。基于以上考虑，本文对加固后构件的加固结构采用分层分析和模糊综合相结合的方法进行评价，而对加固后构件原结构或未经加固构件采用基于规范的方法[8-9]评价。表4.1给出了各种规范方法优劣势的对比结果，本文将以规范作为参考，[7在规范]的基础上建立起加固梁桥技术状态评定方法。表4.1现行桥梁技术状态评定规范对比评定规范公路桥梁技术状况评定公路桥涵养护规范城市桥梁养护规范对比因素标准评定方法①分层分析①分层分析①分层分析54 第四章加固后混凝土梁桥技术状态评定指标体系研究②综合加权平均②综合加权平均②综合加权平均③单项指标控制③单项指标控制①构件评定①构件评定①部件评定②部件评定②部件评定评定层次②全桥评定③单元评定③单元评定④全桥评定④全桥评定主观性较大较小很小桥型划分详细，按梁式桥、拱桥、悬索桥和斜拉无桥型划分，但给出了典桥型划分无桥型划分桥做了划分，并对拱桥按型桥型构件权重拱上建筑形式做了进一步划分有害描述，但描述较为粗按桥型从定性和定量两精细程度按部件概述病害略方面细致描述可按14项单项控制指标可按14项单项控制指标单项控制指标无单项控制指标直接评为不合格桥或D直接评为5类桥级桥型划分详细，计算方法主要优点操作简单，应用较广计算方法客观客观，病害描述细致桥型划分不够细致；病害要求检查和评价每个构主观性较大，对经验要求描述不够详细；采用常权件，工作量较大；采用常主要缺点高；缺少单项控制指标；法加权，评价结果可能忽权法加权，评价结果可能权重不能新分配；略某些状态较差构件忽略某些状态较差构件4.2评定指标层次结构的建立从第2章武黄高速公路加固后桥梁病害统计来看，公路混凝土梁桥一般采用增大截面法、粘贴钢板法或粘贴纤维复合材料法对其上部承重结构、上部一般结构、桥墩、桥台等部位进行加强修复，对于这些部件的评定方法，现行的桥梁技术状态评定规范中没有明确规定，一般的桥梁检测工作中对加固后的桥梁构件状态的评定工作存在一定的分歧：或者认为加固后构件中，加固结构和原结构一样重要，加固部分出现病害就相当于原构件上出现病害，可以按新建桥梁规范直接评定；或者认为加固结构只是附加结构，若加固部分出现病害，只要按表面病害处理即可。通过第2章的加固施工过程以及加固梁的破坏形态分析可知，事实上对于加固前缺损状态不同、采取的加固措施不同的桥梁，加固后其极限承载力或刚度等性能提升也不相同，加固后构件破坏的形态也可能不同，因而加固结构在加固梁桥中所占重要性也不尽相同。因此本文认为，应当对加固后梁桥构件的原结构和加固结构分别评定，然后依据加固后梁桥的承载能力或刚度等方面的改善情况，来确定加固结构在加固后构件中所占比重。而对于未经加固的结构，或者采用翻新桥面铺装，更换梁、增加梁以及增加支撑改变受力体系等方式加固的结构，因为不存在加固结构和原结构组成复合构件的情况，可以视为新结构直接按现有的一般规范方法进行评定。4.2.1总体层次结构的建立55 重庆交通大学硕士毕业论文[7]根据AHP方法思路和规范，加固混凝土梁桥技术状态评定结构可以分为上部结构、下部结构和桥面系的技术状态来分别评定，而各部分结构的评价结果又可以根据其下一级的部件的技术状态评分得到，如图4-1。上部承重构件上部结构技术状态上部一般构件支座翼墙、耳墙加固锥坡、护坡混凝土桥墩梁桥技下部结构技术状态桥台术状态墩台基础评定等河床级调治构造物桥面铺装伸缩缝装置人行道桥面系技术状态栏杆、护栏排水系统照明、标志图4-1总体评价层次结构图然后根据桥梁的实际加固情况，将加固梁桥的构件分为原构件（未经加固的56 第四章加固后混凝土梁桥技术状态评定指标体系研究构件）和加固后构件（经过加固的构件）两类，如上部部件的每一片经过（未经）加固主梁或横梁，下部结构的每一个经过（未经）加固的墩、台，经过加固的构件分为加固结构和原结构两部分，其层次结构如图4-2。原结构加固后构件加固梁加固结构桥构件原构件图4-2加固梁桥构件层次结构图原结构直接按规范指标和方法评定，加固结构根据不同的加固方法，采用不同的指标进行评定。根据公路桥梁常见加固桥情况，主要对上部承重构件、上部一般构件、以及下部的桥墩、桥台作进一步的划分，翻新、更换或增加支撑等可以视为增加了新结构的加固方式，直接按现有桥梁规范评定。4.2.2原结构指标层次结构[7]规范对各种桥型的桥梁技术状态评定指标做了详细的介绍，上部结构的指标根据桥型的不同而不同，下部结构和桥面系的指标对各种桥型相同。由于由于本文重点评价公路混凝土梁桥，下面以规范中混凝土梁桥的评价指标为例作介绍。①上部结构评定指标层次结构57 重庆交通大学硕士毕业论文图4-3上部承重构件和一般构件指标层次结构图58 第四章加固后混凝土梁桥技术状态评定指标体系研究板式支座串动、脱空或剪切超限板式支座缺陷板式支座变质、开裂橡胶支座聚四氟乙烯滑板磨损盆式支座组件损坏支盆式支座位移座转角超限技术指组件或功能缺陷标钢支座位移、转角超限磨损、裂缝混凝土缺损混凝土摆式支座滑动面不平整、咬死轴承有裂纹、切口或开裂图4-4支座指标层次结构图59 重庆交通大学硕士毕业论文②下部结构评定指标层次结构蜂窝麻面剥落露筋空洞孔洞钢筋锈蚀墩身混凝土碳化、腐蚀磨损圬工砌体缺陷桥位移墩技术裂缝指标蜂窝麻面剥落露筋空洞孔洞盖梁、系梁钢筋锈蚀混凝土碳化、腐蚀裂缝图4-5桥墩指标层次结构图60 第四章加固后混凝土梁桥技术状态评定指标体系研究剥落空洞孔洞钢筋锈蚀混凝土碳化、腐蚀台身圬工砌体缺陷桥头跳车台背排水桥台技位移术指裂缝标破损混凝土碳化、腐蚀台帽裂缝空洞、空洞图4-6桥台指标层次结构图61 重庆交通大学硕士毕业论文冲蚀、淘空剥落、露筋冲蚀基础技术指标河底铺砌破损沉降滑移和倾斜裂缝图4-7基础指标层次结构图破损位移翼墙、耳墙技术指标鼓肚、砌体松动裂缝图4-8翼墙、耳墙指标层次结构图缺陷锥坡、护坡技术指标冲刷图4-9锥坡、护坡指标层次结构图堵塞河床技术指标冲刷河床变迁图4-10河床指标层次结构图62 第四章加固后混凝土梁桥技术状态评定指标体系研究损坏调治构造物技术指标冲刷、变形图4-11调治构造物指标层次结构图③桥面系评定指标层次结构变形泛油沥青混凝土桥面铺装破损桥面龟裂铺装系磨光、脱皮技术错台指标坑洞水泥混凝土剥落桥面铺装拱起接缝料破损裂缝图4-12桥面铺装指标层次结构图63 重庆交通大学硕士毕业论文凹凸不平锚固区缺陷伸缩缝装置技术指标破损失效图4-13伸缩缝装置指标层次结构图撞坏、缺失栏杆、护栏技术指标破损图4-14栏杆、护栏指标层次结构图排水不畅防排水系统技术指标排水管、饮水槽缺陷图4-15防排水系统指标层次结构图污损或损坏照明标志技术指标照明设施缺失标志脱落、缺失图4-16照明标志指标层次结构图4.2.3加固结构指标层次结构本部分主要根据加固材料特性及第2.3节所述内容，确定出采用增大截面法、粘贴钢板法或粘贴纤维复合材料法加固后梁桥的加固结构部分的评价指标，这些指标主要是在加固结构上可能出现而又对加固结构耐久性和安全性有重要影响的因素。由于加固结构自身变形一般不大且不易观察，且加固结构和原结构一般变形协调，其变形情况也就是加固后原结构的挠度状态，可在加固梁原结构的变形指标中评价，即使局部剥离造成变形不协调，也已经在脱空指标中反映，故对加64 第四章加固后混凝土梁桥技术状态评定指标体系研究固结构不再单独设变形指标。①增大截面法指标层次结构根据加固材料特性及第2.3节所述，增大截面法指标包括混凝土损伤、混凝土强度、钢筋锈蚀电位、氯离子含量、混凝土电阻率、保护层厚度、碳化深度、混凝土裂缝、界面连接状态等方面，由于因素较多，按层次分析法思想，将因素分为安全性和耐久性两大类，再将钢筋锈蚀点位、氯离子含量、混凝土电阻率归为描述钢筋锈蚀活动的子指标，由于混凝土裂缝对耐久性和安全性均有较大影响，而影响安全性的主要是结构性裂缝，故按图4.2-17和4.2-18建立层次结构。混凝土损伤C1混凝土强度C2钢筋锈蚀C3增耐久性指标B1大截保护层厚度C4面法加碳化深度C5固结构混凝土裂缝C6技术指标结构性裂缝C7A安全性指标B2界面状态C8图4-17增大截面法加固结构指标层次结构图上述指标中的混凝土损伤指由于混凝土的碳化、材料风化和其他的化学与物理损伤（如破损露筋、剥落掉角、蜂窝麻面、空洞孔洞、或冲蚀磨损等）造成的混凝土损伤，并导致加固结构有效截面的损失，不能发挥其保护钢筋和承受荷载的作用，可用截面损失率来度量。钢筋锈蚀一般通过自然干燥状态下的钢筋锈蚀电位、氯离子含量和混凝土电阻率状态来评定，即65 重庆交通大学硕士毕业论文混凝土电阻率C31钢筋锈蚀C3氯离子含量C32钢筋锈蚀电位C33图4-18钢筋锈蚀指标层次结构图②粘贴钢板法指标层次结构根据加固材料特性及第2.3节所述，粘贴钢板法指标包括，防腐涂料失效钢、板锈蚀、钢板脱空、界面状态和锚固状态等方面，其层次结构如图4.19。涂料失效E1钢板锈蚀E2粘贴钢板法加固结构技术指标D钢板脱空E3界面状态E4锚固状态E5图4-19粘贴钢板法加固结构指标层次结构图③粘贴纤维复合材料法层次结构根据加固材料特性及第2.3节所述，粘贴纤维复合材料法指标包括防护涂料失效、纤维复合材料破损、材料剥离、界面状态和锚固状态等方面评价，其层次结构如图4-20。涂料失效G1材料破损G2粘贴纤维复合材料加固结构技术指标F材料空鼓G3界面状态G4锚固状态G5图4-20粘贴纤维复合材料加固结构指标体系66 第四章加固后混凝土梁桥技术状态评定指标体系研究4.3加固后混凝土梁桥评定等级研究4.3.1总体评定等级的划分和确定①总体评定等级的划分[7-9]按照，一般将桥梁状态分为五个状态，比如“完好或良好，较好，较差，差的，危险”状态或“完好，良好，合格，不合格，危险”状态，分别记作“1类~5类”或者“A级~E级”。养护规范、评定标准、城市规范的分级及对应分数范围如表4.2~4.4所示。表4.2桥梁技术状态等级和界限表技术状态评分技术状态等级Dr1类2类3类4类5类（SPCI、SBCI、BDCI）[95,100][80,95)[60,80)[40,60)[0,40)表4.3桥梁技术技术状况评定标准技术状态评分技术状态等级1类2类3类4类5类Dr[88,100][60,88)[40,60)[0,40)表4.4桥梁完好状况评定标准技术状态评分技术状态等级*BCIA级B级C级D级E级（BCI、BCIS、BCIX）[90,100][80,89][66,79)[50,65][0,50)评定等级其实就是对桥梁技术状态可能情况的评判集合，如果用V来表示评判结果，那么Vv。一般情况下，桥梁的技术状态评分在0,100之间，我们i1n可以按不同的步长将评价区间离散为若干离散值，那么最终的评定结果就是其中之一，一般步长越小，划分的区间越细致，那么得到的评价结果也将更为准确，但评价过程必然也更加复杂。当采用不同规范进行桥梁评定时，其各等级界限划[7-8]分略有不同，本文采用的区间划分方法为例说明，将桥梁技术状态划分为五个等级，并将各个等级记作：Vvv1,2,vv3,4,v51类，2类，3类，4类，5类1~5类分别与“完好或良好，较好，较差，差的，危险”五个状态对应，且v95,1001v80,952v60,803v40,604v0,405各等级的含义如表4.5所示。表4.5加固混凝土梁桥技术状态等级和界限表等级1类2类3类4类5类评分[95,100)[80,95)[60,80)[40,60)[0,40)67 重庆交通大学硕士毕业论文加固梁桥总体加固梁桥总体加固梁桥总体加固梁桥总体加固梁桥总体总体状态处于完好或良处于较好状态处于较差状态处于差的状态处于危险状态好状态承载能力达到承载能力达到承载能力较设承载能力较设承载能力较设承载能力设计要求设计要求计值降低计值降低计值降低25%5%~10%10~25%以内以上重要部件或材重要部件或材重要部件或材重要部件或材重要部件或材料无损伤，功能料局部轻微缺料中等缺损；或料有严重缺损，料有严重缺损，完好损或污染，但功出现轻度功能或出现中等功或出现严重功能良好性病害，但发展能性病害，且发能性病害，且有缓慢，尚能维持展较快；结构变继续扩张现象；正常的使用功形小于或等于关键部位的部结构状态能规范值，功能明分材料强度达显降低到极限，变形大于规范值，结构的强度、刚度、稳定性不能达到安全通行要求进行正常保养需要进行小修需要进行中修，需要进行大修进行改建或重养护措施即可酌情进行交通或改造，及时进建，封闭交通管制行交通管制评价向量（1,0,0,0,0）（0,1,0,0,0）（0,0,1,0,0）（0,0,0,1,0）（0,0,0,0,1）②总体评价等级的确定就本文而言，整体思路是将加固后构件分为加固结构和原结构，再综合得到加固后构件的评价结果，再通过构件综合评价得到部件评价结果，再由部件评价结果综合得到上（下）部结构和桥面系的评价结果，最后得到桥梁整体的评价结果。在这个过程中，加固后构件的评价过程是个模糊综合评价过程，而其余的评价过程是基于现有规范权值的变权综合过程。那么，如果是通过变权得到具体的评定值，直接就可以通过其所属区间得到桥梁技术状态的最终等级；如果得到是经过模糊综合评定得到模糊评价向量，那么就能够通过评价向量对每个评价区间的隶属关系，通过加权平均得到其最终评价值，即评价值5Vbvii(4.1)i1其中b为最终评价向量进行归一化处理后的第i个元素，v为评价集中第i个ii元素，由于上述分级中，各个评价等级是一个评价区间，并不能直接加权得到评[49]定值，本文借鉴文献处理方法，以各个评价区间的中值作为各个等级的代表值进行加权，即取V97.5,90,70,50,20。4.3.2原结构评定指标等级的划分[7]依据规范，根据指标在构件中的重要性不同，其技术等级分为3~5类，且等级越高，指标越重要。由于篇幅问题，下面只总结出各个指标的最高等级和主要分类标准，而对每个等级的详细描述不作介绍。68 第四章加固后混凝土梁桥技术状态评定指标体系研究①上部结构表4.6上部承重构件和一般构件评定指标等级标准最高分类标准序号指标等级定性标准定量标准蜂窝麻面累计面积或单处面13蜂窝麻面蜂窝麻面范围积剥落掉角累计面积或单处面24剥落掉角剥落掉角范围积空洞孔洞累计面积或单处面34空洞孔洞空洞孔洞范围积44保护层厚度保护层状态55钢筋锈蚀锈蚀程度电位水平或电阻率64混凝土碳化混凝土碳化程度混凝土推定强度或平均强度75混凝土强度混凝土强度状态的均质系数大小85跨中挠度下挠程度挠度值大小95结构变位结构变位程度105预应力构件损伤预应力构件损伤程度网状裂缝累计面积或单处面网状裂缝范围；其他裂缝发115简支桥、刚构桥裂缝积；其他裂缝长度值和间隔展程度（缝宽和数量）距离网状裂缝累计面积或单处面连续梁桥、连续刚构、T网状裂缝范围；其他裂缝发125积；其他裂缝长度值和间隔型刚构桥等裂缝展程度（缝宽和数量）距离表4.7橡胶支座技术指标等级标准最高分类标准序号指标等级定性标准定量标准板式支座老化变质、开15老化、开裂程度裂缝宽度、长度裂24板式支座缺陷外鼓、钢板外露程度外鼓、钢板外露长度板式支座位置串动、脱35串动、脱空或剪切程度剪切角度、串动长度空或剪切超限45盆式支座组件损坏组件损坏程度锚栓剪断数量54聚四氟乙烯滑板磨损磨损程度聚四氟乙烯滑板外露高度64盆式支座位移转角超限混凝土碳化程度表4.8钢支座技术指标等级标准最高分类标准序号指标等级定性标准定量标准锈蚀、支座活动性、锚栓状锚栓剪断数量；底板和垫石14组件或功能缺陷态，垫石状态间缝隙宽度及深度24位移、转角超限位移、倾斜程度纵向、横向位移值34磨损、裂缝钢部件磨损程度和开裂程度磨损凹陷值；裂缝深度表4.9混凝土摆式技术指标等级标准最高分类标准序号指标等级定性标准定量标准14凝土缺损混凝土缺损程度和范围混凝土缺损程累计面积24滑动面不平整、咬死滑动面平整度和支座活动性轴承有裂纹、切口或开轴承有裂纹、切口或开裂程34裂度以及活动性69 重庆交通大学硕士毕业论文②下部结构表4.10桥墩墩身技术指标等级标准最高分类标准序号指标等级定性标准定量标准蜂窝麻面累计面积或单处面13蜂窝麻面蜂窝麻面范围积剥落掉角累计面积或单处面24剥落掉角剥落掉角范围积空洞孔洞累计面积或单处面34空洞孔洞空洞孔洞范围积45钢筋锈蚀锈蚀程度54混凝土碳化、腐蚀混凝土碳化、腐蚀程度64磨损磨损范围、程度累计面积灰缝脱落、砌体剥落、破损、灰缝脱落长度；破损、剥落、74圬工砌体缺陷松动、变形范围松动、变形桥墩的滑动、下沉、位移、85位移倾斜程度网状裂缝累计面积或单处面网状裂缝范围；其他裂缝发95裂缝积；其他裂缝长度和间隔距展程度（缝宽和数量）离表4.11桥墩盖梁和系梁技术指标等级标准最高分类标准序号指标等级定性标准定量标准蜂窝麻面累计面积或单处面13蜂窝麻面蜂窝麻面范围积剥落掉角累计面积或单处面24剥落掉角剥落掉角范围积空洞孔洞累计面积或单处面34空洞孔洞空洞孔洞范围积45钢筋锈蚀锈蚀程度54混凝土碳化、腐蚀混凝土碳化、腐蚀程度网状裂缝累计面积或单处面网状裂缝范围；其他裂缝发64裂缝积；其他裂缝长度和间隔距展程度（缝宽和数量）离表4.12桥台台身技术指标等级标准最高分类标准序号指标等级定性标准定量标准14剥落剥落范围剥落累计面积或单处面积空洞孔洞累计面积或单处面24空洞孔洞空洞孔洞范围积33磨损磨损范围、程度磨损累计面积43混凝土碳化、腐蚀混凝土碳化、腐蚀程度灰缝脱落、砌体剥落、破损、灰缝脱落长度；破损、剥落、54圬工砌体缺陷松动、变形范围松动、变形累计面积64桥头跳车台背沉降、桥头跳车程度台背沉降值填土、台身、翼墙等部位变74台背排水形程度桥台的滑动、下沉、位移、85位移倾斜程度；台背填土变形程度95裂缝网状裂缝范围；其他裂缝发网状裂缝累计面积或单处面70 第四章加固后混凝土梁桥技术状态评定指标体系研究展程度（缝宽和数量）积；其他裂缝长度和间隔距离表4.13桥台台帽技术指标等级标准最高分类标准序号指标等级定性标准定量标准剥落、磨损累计面积或单处14破损剥落、磨损范围面积23混凝土碳化、腐蚀混凝土碳化、腐蚀程度——空洞孔洞累计面积或单处面34空洞孔洞空洞孔洞范围积垫石或台帽的裂缝发展程度垫石或台帽的裂缝缝长度、44裂缝（缝宽和数量）间隔距离表4.14基础技术指标等级标准分类标准最高序号指标等级定性标准定量标准15冲刷、淘空基础冲蚀程度基础冲空面积剥落、露筋累计面积或单处25剥落、露筋基础或承台剥落、露筋范围面积34冲蚀基础或承台被侵蚀程度损伤累计面积44河底铺砌损坏河底铺砌冲刷程度55沉降基础沉降程度65滑移和倾斜基础滑移和倾斜程度75裂缝剪切裂缝宽度剪切裂缝长度表4.15翼墙、耳墙技术指标等级标准最高分类标准序号指标等级定性标准定量标准混凝土或砖石空洞、空洞、14破损破损累计面积或单处面积剥落范围外倾、下沉、变形、填料损24位移失程度；34鼓肚、砌体松动鼓肚、砌体松动范围网状裂缝范围，其他裂缝发44裂缝展情况（数量、缝长、缝宽）表4.16锥坡、护坡技术指标等级标准最高分类标准序号指标等级定性标准定量标准14缺陷铺砌面缺陷程度缺陷面积24冲刷锥坡、护坡冲蚀程度——表4.17河床技术指标分类标准最高分类标准序号指标等级定性标准定量标准14堵塞河床堵塞程度——24冲刷河床冲刷程度——71 重庆交通大学硕士毕业论文34河床变迁河床变迁程度——表4.18调治构造物技术指标等级标准最高分类标准序号指标等级定性标准定量标准调治构造物设置情况和损坏14损坏——范围边坡下滑、构造物下沉、倾24冲刷、变形斜、坍塌程度范围；基础冲——蚀程度③桥面系表4.19沥青混凝土桥面铺装技术指标等级标准最高分类标准序号指标等级定性标准定量标准波浪拥包面积和波峰波谷高波浪拥包范围；高低不平、14变形差；高低不平差值；车辙面车辙范围和程度积和深度24泛油泛油范围泛油面积松散、露骨范围；坑槽范围松散、露骨累计面积；坑槽34破损和程度深度和累计面积或单处面积龟裂、块裂、纵横裂缝范围龟裂、块裂的缝宽和块度值；44裂缝和程度纵横裂缝长度和宽度表4.20水泥混凝土桥面铺装技术指标等级标准最高分类标准序号指标等级定性标准定量标准14磨光、脱皮、露骨磨光、脱皮、露骨范围磨光、脱皮、露骨面积24错台错台范围错台高差34坑洞坑洞范围坑洞深度、直径和累计面积44剥落剥落范围剥落累计面积54拱起接缝拱起程度接缝拱起数量接缝填料老化、漏水、脱、填料老化、漏水长度；脱空64接缝料损坏填塞空范围填塞长度纵向、横向裂缝范围；板角纵向、横向裂缝裂缝宽度；74裂缝裂缝和纵横裂缝相交情况；板角裂缝宽度和与纵横裂缝破碎板范围交点位置；板被划分数量表4.21伸缩缝装置技术指标等级标准最高分类标准序号指标等级定性标准定量标准14凹凸不平凹凸不平程度凹凸不平程度差锚固构件或锚固螺栓松动程锚固构件或锚固螺栓松动数24锚固区缺陷度；混凝土破损范围量；混凝土破损面积锚固构件破损范围；橡胶条老化、剥离范围和程度；焊锚固构件破损数量；橡胶条34破损接处开裂程度；排水管破损老化、剥离面积程度44失效伸缩缝失效程度——72 第四章加固后混凝土梁桥技术状态评定指标体系研究表4.22人行道技术指标等级标准序号最高指标分类标准等级定性标准定量标准坑洞、孔洞、裂缝、剥落、14破损人行道破损面积松动范围24缺失人行道缺失范围人行道缺失面积表4.23栏杆、护栏技术指标等级标准最高分类标准序号指标等级定性标准定量标准14撞坏、缺失撞坏、缺失范围栏杆、护栏损坏长度栏杆、护栏蜂窝麻面、剥落、24破损栏杆、护栏破损累计面积锈蚀、裂缝、变形范围表4.24防排水系统技术指标等级标准最高分类标准序号指标等级定性标准定量标准14排水不畅排水不畅范围和影响大小——24泄水管、引水槽缺陷泄水管、引水槽堵塞范围泄水管、引水槽堵塞数量表4.25照明、标志技术指标等级标准最高分类标准序号指标等级定性标准定量标准松动、锈蚀、破损的设施范14污损和破损——围；标志污损程度24照明设施缺失照明设施缺失范围照明设施缺失数量标志设置情况；标志脱落、33标志脱落、缺失——缺失范围4.3.3加固结构评定指标等级的划分[7-8,50]根据规范和其他相关文献，将加固部分指标等级划分如下。①增大截面法指标等级增大截面法加固后，加固结构指标包括混凝土损伤、混凝土强度、钢筋锈蚀电位、氯离子含量、混凝土电阻率、保护层厚度、碳化深度、混凝土裂缝（包括结构性或非结构性裂缝）、界面连接状态。1)混凝土损伤混凝土损伤一般由于混凝土的碳化、材料风化和其他的化学与物理损伤（如[8,50]破损露筋、剥落掉角、蜂窝麻面、空洞孔洞、或冲蚀磨损等）造成。根据规范，一般认为重要部件材料损伤20%以上，次要部件材料损伤25%以上为就可以认为结构达到危险状态。加固结构作为原构件的加强结构，属于加固后梁桥的重要结[50]构，应当按重要部件标准分级，根据破损面积和损伤深度，结合规范相关规定，并仿照其分类方法，混凝土损伤等级范围基本按等步长划分（不能满足等步长的，偏保守考虑，以减小第2类范围调整，下同），如表4.261所示。73 重庆交通大学硕士毕业论文表4.26混凝土损伤等级标准截面损伤率破损面积损伤深度混凝土状况评定等级（%）（%）（%）000好的1类0~60~50~2较好2类6~135~102~4较差3类13~2010~154~10差的4类≥2015~20≥10危险5类2)混凝土强度根据规范（承载能力规范），混凝土桥梁或构件的强度应当根据推定强度匀质系数K和平均强度匀质系数K来判定。且btbmRitKbtRRimKbmR其中，R指混凝土强度推定值，R指混凝土测区平均换算强度值，R指混凝itim[51]土设计强度等级，R和R可以按规范计算。具体标准如下：itim表4.27混凝土强度等级标准KK强度状况评定等级btbm≥0.95≥1.00良好1类0.95~0.901.00~0.95较好2类0.90~0.800.95~0.90较差3类0.80~0.700.90~0.85差的4类<0.70<0.85危险5类3)钢筋锈蚀混凝土的钢筋锈蚀不仅影响混凝土耐久性，而且影响结构安全性。桥梁检测中，可以通过钢筋锈蚀电位、氯离子含量和混凝土电阻率三个指标的检测来判断钢筋发生锈蚀的可能性，各指标等级标准见4.28~4.30。检测顺序上，一般先检测锈蚀点位，如果其评定等级为3~5级，说明锈蚀活动发生的可能性比较大，那么就需要再进行氯离子含量和电阻率检测。如果未进行氯离子含量和电阻率检测，那么评定钢筋锈蚀状态时，其权值分配给钢筋锈蚀点位指标，即此时钢筋锈蚀程度由钢筋锈蚀点位决定。表4.28钢筋锈蚀电位等级标准电位水平（mV）钢筋状况评定等级≥-200无锈蚀活动或者锈蚀活动不明确1类-200~-300有锈蚀活动或者锈蚀活动不明确，可能坑蚀2类-300~-400有锈蚀活动，发生锈蚀活动概率大于90%3类-400~-500有锈蚀活动，严重锈蚀可能性极大4类<-500构件存在锈蚀开裂区域5类74 第四章加固后混凝土梁桥技术状态评定指标体系研究表4.29氯离子含量等级标准氯离子含量诱发钢筋锈蚀的可能性评定等级（占水泥含量百分比）<0.15很小1类0.15~0.40不确定2类0.40~0.70有可能诱发钢筋锈蚀3类0.70~1.0会诱发钢筋锈蚀4类≥1.0钢筋锈蚀活化5类表4.30混凝土电阻率等级标准电阻率可能的锈蚀速率评定等级（Ω•cm）≥20000很慢1类15000~20000慢2类10000~15000一般3类5000~10000快4类<5000很快5类4)保护层厚度保护层厚度状态可以根据钢筋保护层厚度特征值D和设计值D的比值来判nend断，D可按如下公式计算。neDDnKS(4.2)nePD其中，nDnii1Dnn(4.3)n22DninDni1SDn1式中，Dn为保护层厚度平均值，n表示测点数，D为第i个测点保护层厚度实测ni值，S为保护层实测值标准差，K为判定系数，和测点数n有关，见表4.31。DP表4.31判定系数取值n10~1516~24≥25K1.6951.6451.595P钢筋保护层厚度的等级划分如表4.3-27所示。表4.32保护层厚度等级标准DD/对钢筋耐久性的影响评定等级nend>0.95影响不明显1类0.85~0.95有轻度影响2类0.70~0.85有影响3类0.55~0.70有较大影响4类≤0.55钢筋易失去碱性保护，发生锈蚀5类75 重庆交通大学硕士毕业论文5)碳化深度在钢筋混凝土结构中，混凝土能为钢筋提供一个碱性环境，使钢筋处于钝化状态。碳化过程则会中和混凝土中的碱，导致钢筋失去碱性环境的保护，易于腐蚀。一般碳化状态用碳化深度平均值和实测保护层厚度平均值的比值K来表示，C碳化深度指标等级标准见表4.33。表4.33碳化深度等级标准K评定等级K评定等级CC<0.511.5~2.040.5~1.02≥2.051.0~1.536)混凝土裂缝裂缝是钢筋混凝土结构中的病害，对其耐久性和安全性都有很大影响。根据2.3.1节可知，裂缝可分为结构性和非结构性两种裂缝，前者多为表面裂缝，常见为网状裂缝，主要影响耐久性；后者常见为横向裂缝、纵向裂缝、水平裂缝、竖向裂缝或斜向裂缝，既影响耐久性，也但预示着结构的承载力不足，对结构安全性的影响重大，故将其列在安全性指标中。根据4.3.2节可知，对于非结构性的网[7-8]状裂缝，主要用面积大小来度量，根据规范，当网状裂缝达到20%以上，就会严重影响结构耐久性，将其按等步长划分为5个等级，结构性裂缝对耐久性的影响较为复杂，后文将单独作补充规定；对于结构性裂缝，可以根据裂缝数量、宽度、长度、间距和深度来描述其发展程度，在这些因素中，裂缝宽度最能反映裂[8]缝对结构耐久性和安全性的影响，规范对钢筋混凝土梁的裂缝宽度有严格限制，[7]参考规范主梁裂缝等级分为5类，但由于不同裂缝限值不同，可以以裂缝实测宽度和限制宽度的比值来评定其状态等级，并做以下几点补充：Ⅰ.如果缝宽未超限，可根据裂缝数量多少，将耐久性中裂缝指标评定类别降低一类或两类；Ⅱ.如果缝宽超限，且数量较多，或大多贯通加固截面，考虑结构安全性和耐久性要求，直接将安全性和耐久性指标中裂缝一项评为5类。Ⅲ.应加强缝深、缝长的检测，如果裂缝深度大于加固结构厚度，或裂缝已延伸至原结构，那么在评价裂缝病害时，在构件原结构和加固结构中应当分别评定。加固结构中，裂缝等级标准见表4.34。表4.34混凝土裂缝限值结构类型裂缝种类允许最大缝宽（mm）其他要求主筋附近竖向裂缝0.25腹板斜向裂缝0.30钢筋混凝土梁组合梁结合面0.50不允许贯通截面横隔板与梁体端部0.30支座垫石0.5076 第四章加固后混凝土梁桥技术状态评定指标体系研究表4.35混凝土网状裂缝等级标准网状裂缝混凝土状态评定等级0完好1类0~6局部出现网状裂缝2类6~13较大范围出现网状裂缝3类13~20出现较多较宽裂缝，缝宽超限4类≥20出现大量裂缝，缝宽超限5类表4.36混凝土裂缝等级标准实测缝宽/缝宽限值混凝土状态评定等级0完好1类0.0~0.5出现少量轻微裂缝，缝宽未超限2类0.5~1.0出现较多较宽裂缝，缝宽未超限3类1.0~1.5出现较多较宽裂缝，缝宽超限4类≥1.5出现大量裂缝，缝宽超限5类7)界面状态根据第2章分析，采用增大截面法加固的构件，其界面可能发生滑移，并可能出现裂缝，新旧结构结合面裂缝参考4.34和4.36分为5类，界面裂缝等级分类标准见表4.37。表4.37界面裂缝等级标准界面裂缝（mm）界面状态评定等级0完好1类0.1~0.2界面出现少量轻微裂缝，缝宽未超限2类0.3~0.4界面出现较多较宽裂缝，缝宽未超限3类0.5~0.75界面出现较多较宽裂缝，缝宽超限4类≥0.75界面出现大量裂缝，缝宽超限5类②粘贴钢板法指标等级粘贴钢板法加固后，加固结构指标包括标钢板锈蚀，防腐涂料失效、钢板脱空、界面状态和锚固状态。1)防腐涂料失效[7-8]根据规范,在防腐涂料失效累计面积达到构件面积的50%以上时，可以认为已达到严重失效的程度，防腐涂料失效等级分类标准见表4.38。表4.38防腐涂料失效等级标准失效面积（%）防腐涂料失效状态评定等级0完好1类0~16防腐涂料出现轻微起皱、粉化、起皮、脱落现象2类16~33防腐涂料小范围出现起皱、粉化、起皮、脱落现象3类防腐涂料较大范围出现起皱、粉化、起皮、脱落现33~504类象≥50防腐涂料大范围出现起皱、粉化、起皮、脱落现象5类77 重庆交通大学硕士毕业论文2)钢板锈蚀[7]根据规范,在钢板锈蚀累计面积达到构件面积的15%以上时，可以认为已达到严重锈蚀的程度，钢板锈蚀等级分类标准见表4.39。表4.39钢板锈蚀等级标准锈蚀面积（%）钢板状态评定等级0完好1类0~5钢板表面发生轻微锈蚀，部分涂料剥落2类钢板表面部分位置发生锈蚀，涂料较大面积剥落或5~103类可以刮除板表面较大面积发生较严重锈蚀，涂料大面积剥落10~154类或可以刮除，有锈蚀成洞现象板表大面发生严重锈蚀，涂料层全面剥落，钢板有≥155类锈蚀成洞现象3)钢板脱空根据第2章分析，粘贴钢板加固后，由于施工不当、胶体老化或荷载过大等原因，钢板和混凝土出现剥离而导致的脱空，将影响加固后构件的整体性和承载能力，检测时可以采用锤击法，按其脱空程度分为以下5类。表4.40钢板脱空等级标准钢板状态评定等级完好1类较好，钢板存在轻微脱空2类钢板部分脱空，加固效果受一定明显影响3类钢板较大部分脱空或剥离，对加固效果产生较大影响4类钢板大部分脱空或剥离，导致加固失效5类4)界面状态粘贴钢板法的界面状态受胶体性能及钢板脱空影响，根据第2章分析，由于环境和时变效应，粘结胶体可能发生老化，导致性能可能发生衰减，直接影响到粘贴钢板加固后构件的整体性，进而影响其承载能力，检测时可以根据胶体开裂和脆化程度判断胶体的老化程度，而钢板脱空导致有效粘结面积减小，粘结效果变差，还可能导致界面上局部应力变大，使界面处于不利状态，按照缺损程度分为以下5类。表4.41界面状态等级标准界面状态评定等级完好1类胶体边缘有个别细微裂缝，粘结能力轻微衰减2类胶体边缘有少量裂缝，粘结能力有所衰减，或较大部分脱空，导致截3类面状态较差，加固效果受一定影响胶体边缘有较多裂缝，较严重脆化，或大部分脱空，导致大面积粘结4类失效，对加固效果产生较大影响78 第四章加固后混凝土梁桥技术状态评定指标体系研究胶体边缘有大量裂缝，脆化非常严重，或脱空面积极大，已导致加固5类失效5)锚固状态根据第2章分析，粘贴钢板加固中，锚固螺栓或U形钢板箍可以防止钢板过早剥离，按照锚固结构的损坏状态，将锚固状态分为以下5类。表4.42锚固状态等级标准锚固状态评定等级完好1类锚固螺栓或U形钢板箍个别损坏、松动或脱落2类锚固螺栓或U形钢板箍部分损坏、松动或脱落3类锚固螺栓或U形钢板箍较大部分损坏、松动或脱落4类锚固螺栓或U形钢板箍大部分损坏、松动或脱落5类③粘贴纤维复合材料法指标等级粘贴纤维复合材料法加固后，加固结构指标包括防护涂料失效、纤维复合材料破损、材料剥离、界面状态和锚固状态。1)防护涂料失效[52]纤维复合材料表面的防护涂料一般具有耐高温、耐磨、耐老化性，因此可以增强纤维复合材料的耐火、耐撞击和粘结胶体的耐久性。防护涂料的失效将影响纤维复合材料及其粘结胶体的耐久性，按失效程度的不同，分为以下5类。表4.43防护涂料等级标准防护涂料状态评定等级完好1类防护涂料轻微缺损2类防护涂料局部出现缺损或脱落3类防护涂料出现较大面积缺损或脱落4类防护涂料出现大面积缺损或脱落5类2)纤维复合材料破损由于施工不当、火灾、碰撞及其他人为或自然因素，导致纤维复合材料发生破损，按照破损程度不同，分为以下5类。表4.44纤维复合材料破损等级标准纤维复合材料状态评定等级完好1类纤维复合材料有轻微破损2类纤维复合材料有局部破损，加固效果未受明显影响3类纤维复合材料有较大面积破损，对加固效果产生较大影响4类纤维复合材料有大面积破损，可能导致加固失效5类3)材料空鼓根据第2章分析，粘贴纤维复合材料加固后，由于施工不当、胶体老化或荷79 重庆交通大学硕士毕业论文载过大等原因，纤维复合材料和混凝土产生剥离，出现空鼓，空鼓程度将影响加固后构件的整体性和承载能力，按其空鼓程度分为以下5类。表4.45材料空鼓等级标准纤维复合材料状态评定等级完好1类较好，个别位置有气泡2类纤维复合材料局部出现剥离，加固效果受到一定影响3类纤维复合材料较大范围出现剥离、空鼓，对加固效果产生较4类大影响纤维复合材料大范围剥离、空鼓，导致加固失效5类4)界面状态粘贴纤维复合材料法的截面状态受胶体性能和纤维复合材料破损、空鼓的影响，根据第2章分析，由于环境和时变效应，粘结胶体性能可能发生衰减，直接影响到粘贴纤维复合材料加固后构件的整体性，也可能由于大面积破损、空鼓，导致有效粘结面积减小，粘结效果变差，进而影响结构承载能力，还可能导致界面上局部应力变大，使界面处于不利状态，检测时可以根据胶体开裂和脆化程度判断胶体的老化程度。按照缺损程度分为以下5类。表4.46界面状态等级标准界面状态评定等级完好1类胶体边缘有个别细微裂缝，粘结能力轻微衰减2类胶体边缘有少量裂缝，粘结能力有所衰减，或存在较大面积空鼓或破3类损，导致界面状态较差，加固效果受到一定影响胶体边缘有较多裂缝，较严重脆化，或存在大面积空鼓或破损，导致4类大量胶体失效，加固效果明显降低胶体边缘有大量裂缝，脆化非常严重，或空鼓或破损面积极大，已导5类致加固失效5)锚固状态根据第2章分析，粘贴纤维复合材料加固中，锚固螺栓、U形箍或锚具可以防止纤维复合材料过早剥离，按照锚固结构的损坏状态，将锚固状态分为以下5类。表4.47锚固状态等级标准锚固状态评定等级完好1类锚固螺栓或U形箍或锚具个别损坏、松动或脱落2类锚固螺栓或U形箍或锚具部分损坏、松动或脱落3类锚固螺栓或U形箍或锚具较大部分损坏、松动或脱落4类锚固螺栓或U形箍或锚具大部分损坏、松动或脱落5类80 第四章加固后混凝土梁桥技术状态评定指标体系研究4.4评定指标评价向量的确定[7]对于加固梁桥原结构的指标等级，直接对照4.3.2节或规范中各个指标的技术状态评定表评定即可。而对于加固结构部分，由于采取的是模糊综合评定，那么需要确定各个指标对评价集的各个等级的隶属度。4.4.1定性指标评价向量的确定本章概述中提到，定性指标可采用类比的方法确定其对各个评价等级的隶属度，进而确定其评价向量。由4.3.3节可以知道，定性指标包括增大截面法中的截面状态等指标；粘贴钢板加固法中的钢板剥离、界面状态和锚固状态等指标；粘贴纤维复合材料加固法中的表面缺陷、防护涂料失效、纤维复合材料破损、纤维复合材料剥离、界面状态、锚固状态等指标。各个定性指标分为5类，可按“完全不符合”“不太符合”“有些符合”“基本符合”“完全符合”，并据此分别赋予隶属度为：0，0.25，0.5，0.75，1，或是通过专家投票确定指标等级，当完全属于某一类时，其评定等级和评价向量的对应关系如表4.48所示。表4.48定性指标各等级评定向量评定等级评价向量1类(1,0,0,0,0)2类(0,1,0,0,0)3类(0,0,1,0,0)4类(0,0,0,1,0)5类(0,0,0,0,1)4.4.2定量指标评价向量的确定本章概述中提到，定量指标可以通过隶属函数确定其评价向量，定量指标包括增大截面法中的混凝土损伤、混凝土强度、钢筋锈蚀、氯离子含量、混凝土电阻率、保护层厚度和碳化深度、混凝土裂缝、结构性裂缝等指标；粘贴钢板加固法中的钢板锈蚀，防腐涂料失效等指标。下面将根据4.3.3节中各个指标等级的划分，按照梯形分布隶属函数的形式，给出各个定量指标的隶属函数，其中各个隶属函数中x表示各个指标的实测值。需要说明的是，隶属函数中模糊区间的确定具有一定的主观性，需要在工程实践中不断的检验和改进，本文中隶属函数的确定原则是在4.3.3中各个指标等级的划分的基础上，把每个界限值的左右侧某个范[53-54]围作为模糊区间，并尽量保证模糊区间和非模糊区间长度接近。①增大截面法加固指标等级隶属函数1)混凝土损伤81 重庆交通大学硕士毕业论文表4.49混凝土损伤等级隶属函数1类2类00xx010x0x1.51.51.5xAx0x1.5Ax11.5x4.51.57.5x0x1.54.5x7.530x7.53类4类0x4.50x11.5x4.5x11.54.5x7.511.5x14.533Ax17.5x11.5Ax114.5x18.514.5x21.5x11.5x14.518.5x21.5330x14.50x21.55类0x18.5x18.5Ax18.5x21.531x21.51.02类3类4类5类1类01.54.57.511.514.518.521.5混凝土损伤（%）图4-21混凝土损伤等级隶属函数图82 第四章加固后混凝土梁桥技术状态评定指标体系研究2)混凝土强度混凝土强度的等级隶属函数根据其推定强度匀质系数建立。表4.50混凝土强度等级隶属函数1类2类0x0.88x0.880x0.930.88x0.920.04x0.93Ax0.93x0.97Ax10.92x0.930.040.97x1x0.970.93x0.970.040x0.973类4类0x0.780x0.68x0.78x0.680.78x0.820.68x0.720.040.04Ax10.82x0.88Ax10.72x0.780.92x0.82x0.88x0.920.78x0.820.040.040x0.920x0.825类1x0.680.72xAx0.68x0.720.040x0.721.05类4类3类2类1类00.680.720.780.820.880.920.930.97Dne/Dnd图4-22混凝土强度等级隶属函数图83 重庆交通大学硕士毕业论文3)钢筋锈蚀表4.51锈蚀电位等级隶属函数1类2类0x325x3250x225325x27550x+225Ax225x175Ax1275x22550175x1x175225x175500x1753类4类0x4250x525x+425x+525425x375525x4755050Ax1375x325Ax1475x425-275x-375x325x275425x37550500x2750x3755类1x525475xAx525x475500x4755类4类3类2类1类1.03类3类锈蚀电位(mV)-525-475-425-375-325-275-225-1750图4-23锈蚀电位等级隶属函数图84 第四章加固后混凝土梁桥技术状态评定指标体系研究表4.52氯离子含量等级隶属函数1类2类00xx0.121x0.120.12x0.180.060.18xAx0.12x0.18Ax10.18x0.340.060.46x0x0.180.34x0.460.120x0.463类4类0x0.340x0.64x0.34x0.640.34x0.460.64x0.760.120.12Ax10.46x0.64Ax10.76x0.940.76x1.06x0.64x0.760.94x1.060.120.120x0.760x1.065类0x0.94x0.94Ax0.94x1.060.061x1.061.01类2类3类4类5类00.120.180.340.460.640.760.941.06氯离子含量(%)图4-24氯离子含量等级隶属函数图85 重庆交通大学硕士毕业论文表4.53电阻率等级隶属函数1类2类0x3750x37501x37503750x625025006250xAx3750x6250Ax16250x8750250011250x0x62508750x1125025000x112503类4类0x87500x13750x8750x137508750x1125013750x1625025002500Ax111250x13750Ax116250x1875016250x21250x13750x1625018750x21250250025000x162500x212505类0x18750x18750Ax18750x2125025001x212501.01类2类3类4类5类03750625087501125013750162501875021250电阻率(Ω)5图4-25电阻率等级隶属函数图4)保护层厚度86 第四章加固后混凝土梁桥技术状态评定指标体系研究表4.54保护层厚度等级隶属函数1类2类0x0.82x0.820x0.920.82x0.880.06x0.92Ax0.92x0.98Ax10.88x0.920.060.98x1x0.980.92x0.980.060x0.983类4类0x0.670x0.52x0.67x0.520.67x0.730.52x0.580.060.06Ax10.73x0.82Ax10.58x0.670.88x0.73x0.82x0.880.67x0.730.060.060x0.880x0.735类1x0.520.58xAx0.52x0.580.060x0.581.05类4类3类2类1类0.520.580.670.730.820.880.920.98Dne/Dnd图4-26保护层厚度等级隶属函数图87 重庆交通大学硕士毕业论文5)碳化深度表4.55碳化深度等级隶属函数1类2类0x0.38x0.381x0.380.38x0.620.240.62xAx0.38x0.62Ax10.62x0.880.241.12x0x0.620.88x1.120.240x1.123类4类0x0.880x1.38x0.88x1.380.88x1.121.38x1.620.240.24Ax11.12x1.38Ax11.62x1.881.62x2.12x1.38x1.621.88x2.120.240.240x1.620x2.125类0x<1.88x1.88Ax1.88x2.120.241x2.121.01类2类3类4类5类0.380.620.881.121.381.621.882.12KC图4-27碳化深度等级隶属函数图6)混凝土裂缝混凝土裂缝包括非结构性的网状裂缝和其他结构性裂缝，根据4.3.3节中的裂缝分级，下面分别给出其隶属函数。88 第四章加固后混凝土梁桥技术状态评定指标体系研究网状裂缝的各个等级的隶属函数形式同表格4.21，不再赘述，下面给出其隶属函数图。1.02类3类4类5类1类201.54.57.511.514.518.521.5网状裂缝（m）图4-28网状裂缝等级隶属函数图结构性裂缝各等级的隶属函数和隶属函数图形如下。表4.56裂缝宽度等级隶属函数1类2类00xx010x0x0.150.150.15xAx0x0.15Ax10.15x0.350.150.65x0x0.150.35x0.650.300x0.853类4类0x0.350x0.85x0.35x0.850.35x0.650.85x1.150.300.30Ax10.65x0.85Ax11.15x1.351.15x1.65x0.85x1.151.35x1.650.300.300x1.150x1.655类0x<1.35x1.35Ax1.35x1.650.301x1.6589 重庆交通大学硕士毕业论文1.02类3类4类5类1类00.150.350.650.851.151.351.65实测缝宽/缝宽限值图4-29结构性裂缝等级隶属函数图②粘贴钢板法指标等级隶属函数1)钢板锈蚀表4.57钢板锈蚀等级隶属函数1类2类00xx010x0x1.51.51.5xAx0x1.5Ax11.5x3.51.56.5x0x1.53.5x6.53.00x6.53类4类0x3.50x0.85x3.5x0.853.5x6.50.85x1.153.00.30Ax16.5x8.5Ax111.5x13.511.5x1.65x8.5x11.51.35x1.653.00.300x11.50x1.655类0x<1.35x1.35Ax1.35x1.650.301x16.590 第四章加固后混凝土梁桥技术状态评定指标体系研究1.02类3类4类5类1类201.53.56.58.511.513.516.5锈蚀面积（m）图4-30钢板锈蚀等级隶属函数图2)防腐涂料失效表4.58防腐涂料失效等级隶属函数1类2类00xx010x04x44xAx04xAx14x12420x04x12x2080x203类4类0x120x29x12x2912x2029x3788Ax120x29Ax137x4637x54x29x3746x54880x370x545类0x<46x46Ax46x5481x5491 重庆交通大学硕士毕业论文1.02类3类4类5类1类04122029374654失效面积（%）图4-31防腐涂料失效等级隶属函数图4.5基于优化AHP的加固结构指标权重研究[7]对于加固梁桥原结构，规范中没有直接给出各个指标的权重，但是给出了通过各个指标综合计算构件得分的方法，该方法在第5章中介绍。本章重点介绍加固结构各个指标的权重、加固结构在加固后构件中所占权重以及加固后梁桥中各部件所占权重的确定方法。基于3.3节中的优化的层次分析法，加固结构指标权重的确定分为两个步骤：①通过德尔菲法确定出各个元素的重要性排序；②根据排序，由多位专家分别对各个指标的重要性进行两两对比、赋值，建立起判别矩阵群组，按3.3.2节中的六个步骤，运用最优一致矩阵求出各个指标的权重。4.5.1加固结构指标重要性排序各个指标对于其支配元素的重要性排序，通过邀请多位专家进行对各个元素进行多轮重要性赋值来实现。①增大截面法指标重要性赋值按照德尔菲法的步骤和要求，通过邀请10位专家进行三轮调查，得到各个元素对其上层元素的重要性赋值汇总、分析表，见表4.59。以M作为最终的评价结j果，V表示离散程度。j1)B层指标重要性赋值其中A=B,B=安全性，耐久性，12表4.59增大截面法耐久性和安全性重要性赋值统计赋值次数赋值B1B230250871099092 第四章加固后混凝土梁桥技术状态评定指标体系研究M8.84.6jV0.070.18j2)C层指标重要性赋值增大截面法耐久性B1=C1,C2,C3,C4,C5,C6混凝土损伤，混凝土强度，钢筋锈蚀，保护层厚度，碳化深度，混凝土裂缝，表4.60增大截面法耐久性指标重要性赋值统计赋值次数赋值C1C2C3C4C5C610000003020000568080074022869008024M6.23.48.65.47.47.8jV0.170.250.100.160.110.13j增大截面法安全性B2=C7,C8结构性裂缝，界面状态表4.61增大截面法安全性指标重要性排序赋值次数赋值C7C87079103M97.6jV0.000.13j钢筋锈蚀C3C31,C32,C33=钢筋锈蚀电位，氯离子含量，混凝土电阻率表4.62钢筋锈蚀子指标重要性排序赋值次数赋值C31C32C333004500678309270M7.48.43.8jV0.110.120.27j②粘贴钢板法指标重要性赋值粘贴钢板法指标D=E1,E2,E3,E4,E5涂料失效，钢板锈蚀，钢板脱空，界面状态，锚固状态93 重庆交通大学硕士毕业论文表4.63粘贴钢板法指标重要性排序赋值次数赋值E1E2E3E4E5370000533008707242900860M3.66.48.485.4jV0.270.150.120.130.16j③粘贴纤维复合材料法指标重要性赋值粘贴碳纤维材料法指标F=G1,G2,G3,G4,G5涂料失效，材料破损，材料空鼓，界面状态，锚固状态表4.64粘贴纤维复合材料法指标重要性排序赋值次数赋值G1G2G3G4G5380000520002702248908860M3.48.48.486.6jV0.250.120.120.130.13j4.5.2加固结构指标权重计算根据已经得到的重要性赋值平均值，确定各个元素的重要性序列，重要性序列和重要性均值作为专家建立评定矩阵的参考依据。原则上，建立评判矩阵的专家应当从参与赋值的专家中挑选，而且数量也不宜过少，由于篇幅限制，本文从参与赋值的专家组中选取6位专家建立两两判断矩阵组。在下面的计算中，按max照公式nAW1i(4.4)maxnWi1i近似求解，为方便计算，矩阵中各个元素按重要性从高到低排列。①增大截面法指标权重计算1)B层指标权重计算根据排序值，对于增大截面法，安全性B2耐久性B1，6位专家建立的评判矩阵如下：表4.65AB判断矩阵专家1C2C1专家2C2C1专家3C2C1C21.004.00C21.003.00C21.004.0094 第四章加固后混凝土梁桥技术状态评定指标体系研究C10.251.00C10.331.00C10.251.00检验λmax=2，CI=0检验λmax=2，CI=0检验λmax=2，CI=0指标RI=0，CR=0指标RI=0，CR=0指标RI=0，CR=0专家4C2C1专家5C2C1专家6C2C1C21.003.00C21.004.00C21.004.00C10.331.00C10.251.00C10.251.00检验λmax=2，CI=0检验λmax=2，CI=0检验λmax=2，CI=0指标RI=0，CR=0指标RI=0，CR=0指标RI=0，CR=0由于只有两个指标，故各个评判矩阵都满足一致性要求，按照3.3.2节所述方法，通过编程计算，由最优传递矩阵得到综合判断矩阵及其向量如下：1.00003.63420.78*，*AW0.27521.00000.22故AB1,B2=0.22,0.78。2)C层指标权重计算根据排序值，钢筋锈蚀C3>混凝土裂缝C6>碳化深度C5>混凝土损伤C1>保护层厚度C4>混凝土强度C2，6位专家建立的评判矩阵如下：表4.66B1-C判断矩阵专家专家C3C6C5C1C4C2C3C6C5C1C4C212C31.001.003.003.004.006.00C31.002.002.003.005.006.00C61.001.001.002.003.005.00C60.501.002.002.003.004.00C50.331.001.002.003.004.00C50.500.501.002.003.004.00C10.330.500.501.002.003.00C10.330.500.501.002.003.00C40.250.330.330.501.002.00C40.200.330.330.501.003.00C20.170.200.250.330.501C20.170.250.250.330.331检验检验λmax=6.12，CI=0.02，RI=1.26，CR=0.02λmax=6.16，CI=0.03，RI=1.26，CR=0.03指标指标专家专家C3C6C5C1C4C2C3C6C5C1C4C234C31.002.002.003.004.007.00C31.001.002.004.004.006.00C60.501.001.003.003.005.00C61.001.001.003.003.006.00C50.331.001.003.003.005.00C50.501.001.003.003.004.00C10.330.330.331.001.004.00C10.250.330.331.002.004.00C40.250.330.331.001.003.00C40.250.330.330.501.003.00C20.140.200.200.250.331C20.170.170.250.250.331检验检验λmax=6.13，CI=0.03，RI=1.26，CR=0.02λmax=6.19，CI=0.04，RI=1.26，CR=0.03指标指标专家专家C3C6C5C1C4C2C3C6C5C1C4C256C31.002.003.003.004.006.00C31.002.002.004.004.006.00C60.501.001.002.003.005.00C60.501.002.002.004.006.00C50.331.001.002.003.005.00C50.500.501.002.003.005.00C10.330.500.501.002.003.00C10.250.500.501.002.004.00C40.250.330.330.501.003.00C40.250.250.330.501.002.00C20.170.200.200.330.331C20.170.170.200.250.50195 重庆交通大学硕士毕业论文检验检验λmax=6.14，CI=0.03，RI=1.26，CR=0.02λmax=6.13，CI=0.03，RI=1.26，CR=0.02指标指标由上表可知，各个专家的评判结果中，一致性指标CI在0.02~0.04之间，一致性比例指标CR在0.02~0.03之间，CR分布见图4.5-1所示。可见，由于预先经过重要性排序，各个专家的评判矩阵一致性较好，评判过程中没有明显的逻辑错误。图4-32一致性比例指标CR分布图将经过调查，且满足一致性要求的6位专家的评价结果由最优传递矩阵得到综合判断矩阵及其向量如下：1.00001.47921.75083.08374.48828.55640.340.67601.00001.18362.08473.03425.78450.230.57120.84491.00001.76132.56354.88720.20**A，W，0.32430.47970.56771.00001.45542.77470.110.22280.32960.39010.68711.00001.90640.080.11690.17290.20460.36040.52451.00000.04故B1=C1,C2,C3,C4,C5,C60.11,0.04,0.34,0.08,0.20,0.23。根据排序值，氯离子含量C32>钢筋锈蚀电位C33>混凝土电阻率C31，6位专家建立的评判矩阵如下：表4.67C3子指标判断矩阵专家1C32C33C31专家2C32C33C31专家3C32C33C31C321.002.005.00C321.003.004.00C321.003.005.00C330.501.003.00C330.331.003.00C330.331.003.00C310.200.331.00C310.250.331.00C310.200.331.00检验λmax=3.004,CI=0.002检验λmax=3.07,CI=0.04检验λmax=3.04,CI=0.02指标RI=0.52,CR=0.004指标RI=0.52,CR=0.07指标RI=0.52,CR=0.04专家4C32C33C31专家5C32C33C31专家6C32C33C31C321.002.004.00C321.002.004.00C321.001.004.00C330.501.004.00C330.501.003.00C331.001.002.00C310.250.251.00C310.250.331.00C310.250.501.0096 第四章加固后混凝土梁桥技术状态评定指标体系研究检验λmax=3.03,CI=0.03检验λmax=3.02,CI=0.01检验λmax=3.05,CI=0.03指标RI=0.52,CR=0.05指标RI=0.52,CR=0.02指标RI=0.52,CR=0.05由上表可知，各个专家的评判结果中，一致性指标CI在0.02~0.04之间，一致性比例指标CR在0.04~0.07之间，CR分布见图4.5-2所示。各个专家的评判矩阵一致性较好，评判过程中没有明显的逻辑错误。图4-33一致性比例指标CR分布图将经过调查，且满足一致性要求的6位专家的评价结果由最优传递矩阵得到综合判断矩阵及其向量如下：1.00001.82654.81160.57**A0.54751.00002.6343，W0.310.20780.37961.00000.12故C3=C31,C32,C330.12,0.57,0.31。便于模糊综合计算，求出第四层C3子指标相对于C3元素的合成权重，即：由于B1=C1,C2,C3,C4,C5,C60.11,0.04,0.34,0.08,0.20,0.23，那么B1=C1,C2,C31,C32,C33,C4,C5,C60.11,0.04,0.04,0.19,0.11,0.08,0.20,0.23。根据排序值，对于增大截面法，结构性裂缝C7界面状态C8，6位专家建立的评判矩阵如下：表4.68B2-C判断矩阵专家1C7C8专家2C7C8专家3C7C8C71.002.00C71.003.00C71.003.00C80.501.00C80.331.00C80.331.00检验λmax=2，CI=0检验λmax=2，CI=0检验λmax=2，CI=0指标RI=0，CR=0指标RI=0，CR=0指标RI=0，CR=0专家4C2C1专家5C2C1专家6C2C1C71.002.00C71.002.00C71.002.00C80.501.00C80.501.00C80.501.00检验λmax=2，CI=0检验λmax=2，CI=0检验λmax=2，CI=0指标RI=0，CR=0指标RI=0，CR=0指标RI=0，CR=097 重庆交通大学硕士毕业论文由于只有两个指标，故各个评判矩阵都满足一致性要求，按照3.3.2节所述方法，通过编程计算，由最优传递矩阵得到综合判断矩阵及其向量如下：1.00002.28940.70**A，W0.43681.00000.30故BC7,C8=0.70.3，。3)整体一致性检验和权重修正按一般的AHP的思路，且当层数h3，应该计算第k3kh层对于目标层A层合成权重，在模糊综合评定中采用M,模型，由最底层指标，通过多级模糊评定逐步得到顶层目标的评定向量的过程，其实也就是权重的合成过程，由于在权重的合成过程中，各层的不一致性会逐渐累积，为使整个层次模型在局部和整体上都具有良好的一致性，需要对第kk3层指标的判断矩阵做相对于整个层次模型的一致性进行检验。根据第3.3.3节方法，结合前述权重计算结果可知：2B层元素相对A层权重向量：a0.22,0.78那么第3层相应的检验指标为：3T在B1支配下的第3层元素权重向量：b0.11,0.04,0.34,0.08,0.20,0.23,0,013T在B2支配下的第3层元素权重向量：b0,0,0,0,0,0,0.7,0.32333若Bb,b12则第3层元素对于总目标权重向量：33232TaBaBa0.02,0.01,0.07,0.02,0.04,0.05,0.55,0.23第3层相对于整体的检验指标：0.22CI0.04,00.008830.780.22RI1.26,00.277230.780.0066CR00.0320.1，满足整体一致性检验。30.2772故在通过综合矩阵求第3层权重时，6位专家的评判矩阵均可采用。第4层相对于整体的检验指标：98 第四章加固后混凝土梁桥技术状态评定指标体系研究0.020.010.070.02CI0,0,0.04,0,0,0,0,00.002840.040.050.550.230.020.010.070.02RI0,0,0.52,0,0,0,0,00.036440.040.050.550.230.0028CR0.0320.110.1，不满足整体一致性检验；40.0364取6位专家中第二大CI值进行检验，0.020.010.070.02CI0,0,0.03,0,0,0,0,00.002140.040.050.550.230.020.010.070.02RI0,0,0.52,0,0,0,0,00.036440.040.050.550.230.0021CR0.0320.090.1，满足整体一致性检验。40.0364故在通过综合矩阵求第4层权重时（C3子指标层），应当先去掉第二位专家99 重庆交通大学硕士毕业论文（CI=0.04）的评判矩阵，由剩下5位专家的评判矩阵均综合得到新的综合矩阵：1.00001.74584.73000.56**A0.57281.00002.7093，W0.320.21140.36911.00000.12故修正的C3=C31,C32,C330.12,0.56,0.32，相应的B1=C1,C2,C31,C32,C33,C4,C5,C60.11,0.04,0.04,0.19,0.11,0.08,0.20,0.23②粘贴钢板法指标权重计算根据排序值，钢板脱空E3>界面状态E4>钢板锈蚀E2>锚固状态E5>涂料失效E1，6位专家建立的评判矩阵如下：表4.69D-E判断矩阵专家1E3E4E2E5E1专家2E3E4E2E5E1E31.001.003.005.006.00E31.001.003.005.006.00E41.001.003.004.005.00E41.001.003.004.005.00E50.330.331.003.004.00E50.330.331.002.004.00E20.200.250.331.003.00E20.200.250.501.003.00E10.170.200.250.331.00E10.170.200.250.331.00检验λmax=5.19，CI=0.05，检验λmax=5.13，CI=0.03，指标RI=1.12，CR=0.04指标RI=1.12，CR=0.02专家3E3E4E2E5E1专家4E3E4E2E5E1E31.002.004.005.006.00E31.001.003.004.006.00E40.501.003.004.005.00E41.001.002.004.005.00E50.250.331.003.004.00E50.330.501.002.004.00E20.200.250.331.003.00E20.250.250.501.003.00E10.170.200.250.331.00E10.170.200.250.331.00检验λmax=5.25，CI=0.06，检验λmax=5.10，CI=0.02，指标RI=1.12，CR=0.06指标RI=1.12，CR=0.02专家5E3E4E2E5E1专家6E3E4E2E5E1E31.001.003.005.006.00E31.001.003.004.006.00E41.001.003.004.004.00E41.001.003.003.005.00E50.330.331.002.003.00E50.330.331.003.003.00E20.200.250.501.003.00E20.250.330.331.003.00E10.170.250.330.331.00E10.170.200.330.331.00检验λmax=5.15，CI=0.04，检验λmax=5.18，CI=0.05，指标RI=1.12，CR=0.03指标RI=1.12，CR=0.04由上表可知，各个专家的评判结果中，一致性指标CI在0.02~0.06之间，一致性比例指标CR在0.02~0.06之间，CR分布见图4.5-3所示。各个专家的评判矩阵一致性较好，评判过程中没有明显的逻辑错误。100 第四章加固后混凝土梁桥技术状态评定指标体系研究图4-34一致性比例指标CR分布图将经过调查，且满足一致性要求的6位专家的评价结果由最优传递矩阵得到综合判断矩阵及其向量如下：1.00001.16482.49944.27137.91200.380.85851.00002.14573.66696.79250.33**A0.40010.46601.00001.70893.1656，W0.150.23410.27270.58521.00001.85240.090.12640.14720.31590.53981.00000.05故D=E1,E2,E3,E4,E50.05,0.15,0.38,0.33,0.09。③粘贴纤维复合材料法指标权重计算根据排序值，材料破损G2=材料空鼓G3>界面状态G4>锚固状态G5>涂料失效G1，6位专家建立的评判矩阵如下：表4.70F-G判断矩阵专家1G2G3G4G5G1专家2G2G3G4G5G1G21.001.002.004.006.00G21.001.001.003.006.00G31.001.002.004.006.00G31.001.001.003.006.00G40.500.501.003.005.00G41.001.001.003.004.00G50.250.250.331.003.00G50.330.330.331.004.00G10.170.170.200.331.00G10.170.170.250.251.00检验λmax=5.09，CI=0.02，检验λmax=5.10，CI=0.03，指标RI=1.12，CR=0.02指标RI=1.26，CR=0.02专家3G2G3G4G5G1专家4G2G3G4G5G1G21.001.002.005.006.00G21.001.001.004.005.00G31.001.002.005.006.00G31.001.001.004.005.00G40.500.501.004.005.00G41.001.001.003.005.00G50.200.200.251.004.00G50.250.250.331.003.00G10.170.170.200.251.00G10.200.200.200.331.00检验λmax=5.21，CI=0.05，检验λmax=5.08，CI=0.02，指标RI=1.26，CR=0.05指标RI=1.26，CR=0.02101 重庆交通大学硕士毕业论文专家5G2G3G4G5G1专家6G2G3G4G5G1G21.001.002.004.006.00G21.001.002.005.006.00G31.001.002.004.006.00G31.001.002.005.006.00G40.500.501.003.004.00G40.500.501.003.004.00G50.250.250.331.004.00G50.200.200.331.003.00G10.170.170.250.251.00G10.170.170.250.331.00检验λmax=5.15，CI=0.04，检验λmax=5.10，CI=0.03，指标RI=1.26，CR=0.03指标RI=1.26，CR=0.02由上表可知，各个专家的评判结果中，一致性指标CI在0.02~0.05之间，一致性比例指标CR在0.02~0.05之间，CR分布见图4-35所示。各个专家的评判矩阵一致性较好，评判过程中没有明显的逻辑错误。图4-35一致性比例指标CR分布图将经过调查，且满足一致性要求的6位专家的评价结果由最优传递矩阵得到综合判断矩阵及其向量如下：1.00001.00001.46703.57217.24170.321.00001.00001.46703.57217.24170.32**A0.68170.68171.00002.43504.9365，W0.220.27990.27990.41071.00002.02730.090.13810.13810.20260.49331.00000.05故F=G1,G2,G3,G4,G50.05,0.32,0.32,0.22,0.09。4.6本章小结本章通过相关规范，结合第二章节中总结出的加固结构常见病害，确定了加固梁桥原结构和加固结构的评价指标体系，并着重介绍了加固结构的指标等级评定方法，指标评价向量确定方法，以及通过优化的AHP法得到了不同加固方法中各个指标的权重，为后文加固后梁桥的综合评定奠定基础。102 第五章加固后混凝土梁桥技术状态评定方法研究第五章加固后混凝土梁桥技术状态评定方法研究5.1概述加固后梁桥技术状态的评定，建立在对加固梁桥原结构和加固结构技术状态的基础上，加固梁桥原结构的技术状态评定值可以按照现有桥梁技术状态评定规范直接得到，而其加固结构的技术状态评定，则需要在上一章利用改进AHP建立的指标体系的基础上，利用模糊综合评定方法得到。在评定过程中，首先通过桥梁检测结果，根据底层指标的等级评定标准和评价向量的确定方法，得到底层指标的评价结果，再通过规范方法或模糊综合评定方法就可以得到原结构和加固结构的评定值，通过进一步加权，就可以得到加固后构件的评定值。5.2加固后构件评定方法5.2.1加固后构件原结构评定方法加固后梁桥中，未经加固的构件、加固后构件原结构、以及新增的构件都按[7]照规范中桥梁构件评定方法评定，公式为kPMCIBMCIl(l或DMCIl)100Ux(5.1)x1当x=1时UDP1il当x≥2时DPx1ijUxy(100U)(其中jx)(5.2)100xy1PMCI——上部结构原结构第i类部件l构件得分，值域为0~100分；lBMCI——下部结构原结构第i类部件l构件得分，值域为0~100分；lDMCI——桥梁桥面系第i类部件l构件的得分，值域为0~100；lU、x、y——引入的变量i——部件类别，例如i表示上部承重结构原构件、支座或桥墩等部件；j——第i类部件的第j类检测指标，例如桥面；k——指标种类数，表示第i类部件l构件的扣分种类数量；DP——桥梁原结构第i类部件l构件的第j类检测指标扣分值；ij上述构件扣分值根据构件各种指标扣分值进行计算，扣分值按表5.1规定取值。103 重庆交通大学硕士毕业论文表5.1构件各检测指标扣分值检测指标所能达到的指标类别最高等级类别1类2类3类4类5类3类02035——4类0254050—5类0354560100例如，某连续梁桥某片梁存在蜂窝麻面和裂缝两种病害，如图5-1和5-2所示：图5-1蜂窝麻面图5-2梁底纵向裂缝根据图片和检测资料可知所示，该梁梁侧局部存在蜂窝麻面，梁底有两条纵向裂缝，缝长1.2m，缝宽0.15mm。通过检测指标得到构件评分值的步骤如下:[7]①确定指标等级。按照规范，蜂窝麻面评为2类，裂缝病害评为2类。②确定扣分值。根据上一步确定的等级指标，参考表4.5-1和表4.3-5可知，蜂窝麻面扣分值DP20，裂缝扣分值DP35。i1i2③计算U。首先对扣分值排序，由于DPDP，故xii21UDP3512i1DP25i2UU2(100y)(10035)11.51002y11002从结果可见，这种算法实际是突出了扣分最大的指标。k④计算PMCIl。PMCIlx100U1003511.553.5x15.2.2加固后构件加固结构评定方法加固后构件中加固结构的评定方法按照模糊综合评定，首先根据加固设计图纸、施工图纸或是现场检测结果确定桥梁的加固部位以及采用的加固方法，然后通过现场检测结果，根据底层指标的等级评定标准和评价向量的确定方法确定底层指标的评价向量。根据加固方法的不同，综合评定时选用一级模糊综合评定或者二级模糊综合评定方法。第3章中对一级或多级模糊综合评定方法做了系统的104 第五章加固后混凝土梁桥技术状态评定方法研究介绍，本节将结合示例，做进一步说明①一级模糊综合评定方法对于粘贴钢板或者粘贴纤维复合材料加固的方法，由于只有一层指标，采用一级模糊综合评定的方法即可。下面根据第3章所述方法，以粘贴钢板法加固结构的评定为例说明：1)建立因素集。Uuu1,2,uu3,4,u5涂料失效，钢板锈蚀，钢板脱空，界面状态，锚固状态。2)建立权重集。根据加固方法的，权重集也不同，根据第4章中加固梁桥加固结构指层次结构，Aaa,,a,a,a0.05,0.15,0.38,0.33,0.09。123453)建立备择集。V1类,2类,3类,4类,5类，在进行加权平均计算时，取V97.5,90,70,50,20作为各个等级的代表值向量。4)进行单因素评定。即根据场检测结果，按第4章中底层指标的等级评定标准和评价向量的确定方法，得到每个底层指标的单因素评价向量，将所有单因素评价向量组成评价矩阵，例如：00.830.170000.750.2500Rrij00.60.400550.10.750.15000.150.650.2005)进行一级模糊综合评判。对目标层而言，由于第一层各个因素的重要性不同，故需要通过模糊合成得到目标层的评价值。对于不同的模糊模型，根据第3章分析，桥梁评估中采用M,模型较好，即先相乘，再以上限为1求和：BAR00.830.170000.750.25000.05,0.15,0.38,0.33,0.0900.60.4000.10.750.15000.150.650.2000.05,0.69,0.27,0,06)评价结果处理。按照最大隶属度法或不对称贴近度法可知加固结构的技术状态为2类，但为了便于和桥梁原结构加权得到加固后构件评定值，这里采用加权平均法。根据第3章评定等级的划分，各评定等级代表值可以用V97.5,90,70,50,20表示，则，TTVlBV0.05,0.69,0.27,0,097.5,90,70,50,2085.9105 重庆交通大学硕士毕业论文V表示l构件加固结构综合评定值，按照表4.3-4的等级分类，属于第2类，l可见与按最大隶属度或不对称贴近度法结果是一致的。②二级模糊综合评定方法对于采用增大截面法加固的加固结构，由于其指标层次结构较为复杂，需要用到二级模糊综合评定方法，二级模糊综合评定方法建立在一级模糊综合评定方法的基础上，下面直接以增大截面法加固结构的评定为例，说明二级模糊综合评定过程。1)建立因素集。第一层因素：Uuu12,安全性，耐久性；第二层因素：uu,u,u,u,u,u,u,u{混凝土损伤，混凝土强度，混凝土电阻率，11112131415161718氯离子含量，钢筋锈蚀电位，保护层厚度，碳化深度，混凝土裂缝}u2u21,,u22结构性裂缝界面状态；2)建立权重集。第一层权重：A0.22,0.78第二层权重：A0.11,0.04,0.04,0.19,0.11,0.08,0.20,0.231A0.70.3，23)建立备择集。和一级模糊综合评定方法相同，V1类,2类,3类,4类,5类，在进行加权平均计算时，取V97.5,90,70,50,20作为各个等级的代表值向量。4)进行单因素评定。先根据检测结果，按照本文定性和定量指标评价向量的确定方法，得到各个底层指标的评价向量，由所有指标单因素评价向量组成评价矩阵，假设根据检测结果的评价矩阵为：010000.150.8500000.80.20010000Rr11=，ij850.30.700010000010000.10.90005)进行一级模糊综合评判，方法和一级综合评定方法相同。106 第五章加固后混凝土梁桥技术状态评定方法研究BAR111010000.150.8500000.80.200100000.11,0.04,0.04,0.19,0.11,0.08,0.20,0.230.30.700010000010000.10.90000.332,0.660,0.008,0,0BAR2220.20.80.70.3，0.150.850.140,0.605,0.255,0,06)进行二级模糊综合评判。二级综合评判以一级综合评定的结果作为关系矩阵，它表示第二层各个指标对评价集各个等级的隶属度关系是由第三层（底层）指标评价结果决定的，即B0.332,0.660,0.008,0,01RB20.140,0.605,0.255,0,0那么，BAR0.332,0.660,0.008,0,00.220.78，0.140,0.605,0.255,0,00.18,0.62,0.2,0,0按照最大隶属度法或不对称贴近度法可知加固结构的技术状态为2类，采用加权平均法计算，TTVtBV0.18,0.62,0.2,0,097.5,90,70,50,2087.35V表示l构件加固结构综合评定值，按照表4.3-4的等级分类，属于第2类，l可见与按最大隶属度或不对称贴近度法结果是一致的。5.2.3加固后构件综合评定方法由于本文将加固后构件分为了原结构和加固结构两部分分别评价，在综合评价之前必然面临确定加固部分该在综合评定中占多少权重的问题，而对于这个问题，现在还无规范可参考，本文的思路是主要依据桥梁加固目和加固效果，结合107 重庆交通大学硕士毕业论文专家经验修正，最终得出加固部分所占权重。加固规范提到，桥梁加固是采用增强、局部更换或调整内力等措施，使桥梁的主要结构、构件及其相关部分满足现行设计规范的过程，本文涉及的三种加固[55,56]方法，常用于加固梁桥的梁、墩等的重要构件，根据文献，经过加固后梁桥在安全性、耐久性和适用性方面都有所提升，安全性方面体现在承载能力的提升、横向联系的增强或横向分布系数改善，耐久性方面体现在裂缝改善、截面损失率的改善或者钢筋锈蚀的改善，适用性方面体现在结构刚度的改善、行走性能的改善或者通行能力的改善上，三者中安全性是桥梁加固和桥梁检测的一个重点，加固效果的评价可以综合这几个方面的各个因素来评价，但本文认为不宜直接用这些元素的综合改善率作为加固梁桥中加固结构所占权重，一方面因为综合各因素的结果不能反映出主要因素，可能因为综合了适用性和耐久性因素，导致对安全性估计过低，而使结果偏于不安全；另一方面，加固设计的主要依据是承载能力，桥梁加固的直接作用也是提高了原结构的承载能力，以承载能力的增量来计算加固结构在加固后构件中所占权重符合设计思想。所以，本文认为，应当根据加固构件的受力特性和加固目的，以安全性的提升作为建立加固结构权重的基础。但是，考虑到除承载能力外的其他因素的影响，采用多位专家建立评判矩阵群组的方法对结果进行一定修正。[4,50]根据规范，对于公路旧桥的承载能力应该基于桥梁检测结果进行折减，并给出了的折减的承载能力评定公式：01SRfd,cadc,sadsZ1e(5.3)——为结构重要性系数；0S——荷载效应函数；R——抗力效应函数；f——材料强度设计值；da——构件混凝土几何参数值；dca——构件钢筋几何参数值；dsZ——承载能力检算系数；1——承载能力恶化系数；e——配筋混凝土的截面折减系数；c——钢筋的截面折减系数。s加固计算时应根据桥梁现状对材料和几何等参数进行取值，故应按照实测强度和截面尺寸计算抗力。若通过计算，某构件的承载能力设计值为R，那么通过d检算系数Z、截面折减系数（、）和承载能力恶化系数就可得到折减后的1cse抗力R，若记q108 第五章加固后混凝土梁桥技术状态评定方法研究Rq(5.4)1Rd那么就可以表示承载能力的综合折减系数，加固前折减后的承载能力为1[4]RR，根据规范，计算得到加固后的构件承载能力值R，类似地若记qd1hRh(5.5)2Rd那么就可以表示加固后构件相对于原构件能力的提升程度，加固后折减后2的承载能力为RR，那么相对于原构件，加固后构件的承载力提高了hd2RRRR(5.5)hq21dd这部分承载能力就是加固结构对加固后构件的承载能力贡献，那么加固结构相对于原结构的重要性可以表示为：RR21dd21(5.6)RRqd11按照层次分析方法确定权重的思想，建立如下判别矩阵：2111(5.7)1121若在加固后构件中，采用方根法求得加固结构和原结构所占权重，并分别用w1和w表示，那么2aa21wa12(5.8)wa21a2那么加固结构在加固后构件中所占权重aa21ww(5.9)1a2这就表示出了基于承载力提高程度的加固结构的权重表达方式。从该式可以看出，在原构件承载力较弱（a较小）或加固效果好（a较大）的情况下，加固12结构在加固后构件中所占权重较大。考虑到其他的一些因素，比如加固除能提高承载能力外，还可能对刚度、挠度、耐久性和整体性的也有改善，也可能由于加固施工质量影响，加固设计目标的实现不好的情况，或是某些桥梁修建较早，施工图难以搜集，只能按类似工程近似计算承载力等情况，在评定时，以加固前后的荷载试验报告，加固设计资料，加固施工资料等资料为背景资料，由10~50位专家通过前文改进的AHP法确定出加固结构在加固后构件中所占权重w，再根据实际情况通过系数加权得到加固109 重庆交通大学硕士毕业论文结构的主观修正权重，记为：*w1ww(5.10)*w是考虑主客因素后得到的加固结构在加固后构件中所占权重，为专家经验在权重确定中的重要性系数，越大，结果越依赖于专家经验和判断。得到加固结构在加固后构件中所占权重，根据加固构件的原结构和加固结构缺损值，得到加固后结构的综合缺损值，进而可得到加固后构件的评定值，表达为：**PMCIlwVl1wPMCIl(5.11)**BMCIlwVl1wBMCIl其中，PMCI——上部结构l构件原结构评定值；lBMCI——下部结构l构件原结构评定值；lPMCI——上部结构l构件评定值；lBMCI——下部结构l构件评定值；lV——l构件加固结构评定值；l*w——加固构件加固结构权值；偏于保守考虑，取加固后构件最终评定值为PMCIBMCIminPMCIBMCI,PMCIBMCI具体而言，若原构件评定值和加固后评定值相同，取两者中任意值作为加固后构件评定值；若两者不同，则：当PMCIBMCIPMCIBMCI时，取加固后构件的综合评定值PMCIBMCI为最终评定值。可以理解为：在加固结构存在较严重缺损时，可能因考虑了加固结构缺损状态使得加固后构件整体评定值较仅考虑原结构时的评定值有所降低。此时，取加固后构件的综合评定值作为最终评定值更能反映出加固后构件的实际状态。当PMCIBMCIPMCIBMCI时，取加固后构件的最终评定值为其原结构评定值PMCIBMCI。可以理解为：当加固后构件原结构存在病害时，由于加固结构占有了一定权重，那原结构所占权重必然就有所降低，如果加固结构状态良好、评分值较高，那么原结构和加固结构的加权结果就可能高于单独考虑原结构的评定值。这种情况下，虽然原结构存在一定病害，但是由于加固结构状态良好，还能较好地对原结构起到加强作用，故同样病害下，原结构的技术状态要比没有加固结构的情况下要好。偏于安全考虑，本文取加固后构件的原结构评定值作为其最终评定值。由于实际结构受力和加固目的和形式的不同，下面将按构件的受力特点和加110 第五章加固后混凝土梁桥技术状态评定方法研究固方式讨论加固结构权重的确定方法：①对于梁而言，通过加固主要可以改善其抗弯能力、抗剪能力和刚度，加固的直接目的往往是提高构件的承载能力和安全性。对于刚度因素，可将加固过后开裂构件的抗弯刚度、挠度和基频的改善，作为专家评定的重要参考资料。而对于为了增强抗弯能力和抗剪能力加固，则主要以其承载能力的提升作为加固结构权重客观部分，同时结合加固前后的桥梁检测报告，由专家根据桥梁整体性能的改善情况对权重进行修正，按不同加固方法或形式，分以下几种情况：1)对于增大截面法，如果采用的在桥面板上增加一层钢筋混凝土，那么不单独评价；如果采用的在梁底或侧面增加补强钢筋和混凝土，则根据加固前桥梁原构件验算结果，确定主要加固目标，以主要加固目的为基础确定加固结构在加固后构件中所占权重：加固前抗弯能力不足，以增强抗弯能力为目的时，取抗弯承载能力增量M作为计算客观权重的依据；加固前抗剪能力不足时，以增强抗剪u能力为主要目的时，取抗剪承载能力增量V作为计算客观权重的依据；加固前抗u弯能力和抗剪能力均不足时，以同时增强抗弯能力和抗剪能力为目的时，取抗弯能力M和抗剪承载能力增量V计算客观权重的依据，结合加固后的总承载力uu分别计算加固结构权重，再对比取其中最大值作为加固结构客观权重部分。2)对于粘贴钢板法，钢板粘贴位置和加固目的相关，如果是贴在负弯矩区为了增强抗弯能力，那么取负弯矩抵抗能力增量M作为计算客观权重的依据；如u果是U型箍、L型箍或斜向钢板主要为增强抗剪能力的加固形式，那么取抗剪承载能力增量V作为计算客观权重的依据；如果是贴在梁底或梁侧受拉区的钢板，u那么取正弯矩抵抗能力增量M作为计算客观权重的依据。u3)对于粘贴纤维复合材料法，如果是U型箍、L型箍或斜向纤维板主要为增强抗剪能力的加固形式，那么取抗剪承载能力增量V作为计算客观权重的依据；u如果是贴在梁底或梁侧受拉区，由于其一般较薄，对刚度影响不大，一般为增强正弯矩抵抗能力，那么取正弯矩抵抗能力增量M作为计算客观权重的依据。u②对于受压为主的构件，如对于墩柱而言，主要通过加固改善其抗压承载能力，通过计算加固后墩柱的正截面受压承载能力的增量，结合加固后构件的总的承载能力，确定出加固结构在加固后构件中所占权重。对墩柱而言，可能通过粘贴封闭式纤维复合材料改善其延性，提高墩柱的抗震性能，计算时一般将环向围束等效为附加箍筋，计算加固后的箍筋体积含筋率增量，评定时将增量反馈给V专家，作为专家评判的背景资料。③对于横隔板或铰缝而言，一般采用粘贴钢板进行加强，其作用主要是增强[7]了结构的横向联系，考虑到规范中上部一般承重构件所占权重不大，对此类加固结构的权重，主要根据加固前横隔板或铰缝的缺损状况，以及加固后的修复状况，111 重庆交通大学硕士毕业论文以及桥梁横向联系的改善状况等作为背景资料，由本文的专家建立评判矩阵组的方法得到其加固结构所占权重。加固前后各片梁的实际横向分布系数可以按以下公式计算：fi(5.12)minfii1其中，m为第i偏离跨中实测横向分布系数，f为第i片梁跨中实测挠度，nii为梁总数。④其他情况下，比如，由于施工图纸或加固图纸缺失，或不能准确计算加固前后承载力变化，或不以提高承载能力为主要目的的情况下，主要由专家根据加固前后的桥梁外观检测报告和荷载试验报告以及其他相关资料，确定出桥梁加固过后桥梁的修复或加强情况，通过建立评判矩阵组确定加固结构在加固构件中所占权重。⑤在加固设计中可能同时存在多种加固目的和形式的加固结构，那么可以按相对加固后构件缺损最严重的加固结构评定。照以下步骤得到加固结构技术状态评分：1)按单种加固方法或加固形式分别确定其加固结构对于加固后构件的权值向量，记为Ttt,,,t。例如同时存在梁底增强抗弯的钢板或纤维复合材料和梁12n侧存在增强抗剪的钢板时，分别按单种加固方法确定承载能力增量，再由加固后总的承载能力确定加固结构所占权重。2)分别计算出单种加固方法或形式的加固结构的得分值Vvv,,,v，进12n而得到缺损值Vv,v,,v，通过加权得到每种加固形式的加固结构最终缺12n损值，加权后的缺损值越大，说明加固结构相对加固后构件而言越不利，故取最大值作为某加固后构件的加固结构缺损值，即VlmaxTVmaxtvii(5.13)11inin其中“”表示哈达玛乘积，为向量对应元素相乘。3)若加固结构中第i种加固结构加权缺损值最大，其对应的权重值为t，那么i在公式（5.9）中取wt得到加固结构所占权重，加固后构件中原结构权重取为i*1w。其中，*w1ww(5.14)[7]4)按照规范得到加固后构件原结构评定值PMCIllBMCI，结合3）步中求出的权重，得到加固后构件评分值：112 第五章加固后混凝土梁桥技术状态评定方法研究**PMCIlwVl1wPMCIl(5.15)**BMCIlwVl1wBMCIl同样，偏于保守考虑，取加固后构件最终评定值为PMCIBMCIminPMCIBMCI,PMCIBMCI上式中，各个符号意义同式5.11。例如，某梁同时采用了梁底和梁侧粘贴纤维复合材料加固，经计算两者在加固后构件中所权重分别为0.35和0.20，加固结构评分分别为75和70，构件原结构评分为80。计算过程如下：1)由已知可知，T0.35,0.2，V25,302)分别计算出单种加固方法或形式的加固结构的加权得分，并取最小值作为加固后构件的结构的缺损值：VlmaxTVmax8.75,68.7511inin3)故取i=1，wt10.35，假设0.3，w0.4，那么*4)w1ww0.375)加固后构件评分值为：**PMCIlwVl1wPMCIl0.3775+0.6370=71.85<80故PMCI71.85。l[4][57]有两点需要说明：①以上加固形式和目的，是根据规范文献总结的一些不同加固方法和形式的加固结构的权重确定方法，具体的加固前后承载力或刚度计[4,55]算，可参照其中方法，由于篇幅原因，这里不再介绍；②根据规范，对于梁，抗弯能力M取弯矩最不利截面，一般为跨中（正弯矩区加固）或支点（负弯矩区u加固）截面进行计算；抗剪能力V一般取支点邻近截面计算；而抗弯刚度和挠度u一般取跨中截面进行计算。5.3加固后混凝土梁桥综合评定方法5.3.1基于规范的综合评定方法在得到所有构件的评定结果的基础上，再通过进一步的综合评定，得到加固后梁桥部件及总体评定值。*为便于符号统一，把未经加固的或新增构的件构件认为是w0的情况，那么加固混凝土梁桥构件可以统一用PMCIBMCI或DMCI表示。[7]基于规范，加固梁桥的部件评定按如下公式进行：113 重庆交通大学硕士毕业论文PCCIPMCI(100PMCI)/timinBCCIBMCI(100BMCI)/t(5.16)iminDCCIDMCI(100DMCI)/timin式中：PCCI——加固梁桥上部结构第i类部件的综合得分，值域为0~100分；当上i部结构中的主要部件的某一构件评分值PMCI或者某一构件原结构评分值lPMCI在[0,40)区间时，其相应的部件评分值PCCIPMCIPMCI;lillPMCI——加固梁桥上部结构第i类部件原构件和加固后构件得分平均值，值i域为0~100分；BCCI——加固梁桥下部结构第i类部件的综合得分，值域为0~100分；当下i部结构中的主要部件的某一构件评分值BMCI或者某一构件原结构评分值lBMCI在[0,40)区间时，其相应的部件评分值BCCIBMCIBMCI;lillBMCI——加固梁桥下部结构第i类部件原构件和加固后构件的得分平均值，i值域为0~100分；DCCI——桥面系第i类部件的综合得分，值域为0~100分；iDMCI——桥面系第i类部件各构件的得分平均值，值域为0~100分；iPMCI——加固梁桥上部结构第i类部件中分值最低的构件得分值；minBMCI——加固梁桥下部结构第i类部件所有构件中分值最低的构件得分min值；DCCI——桥面系第i类部件所有构件中分值最低的构件得分值；mint——随构件的数量而变化的系数，见表5.2。表5.2t值n（构件数）tn（构件数）t1∞206.6210216.8439.7226.3649.5236.2459.2246.1268.9256.0078.7265.8888.5275.7698.3285.64108.1295.52117.9305.4127.7404.9137.5504.4114 第五章加固后混凝土梁桥技术状态评定方法研究147.3604.0157.2703.6167.08803.2176.96902.8186.841002.5196.72≥2002.3注：①n为第i类部件的构件总数。②表中未列出的t值采用内插法计算。在得到部件评分后，根据各部件权重，进行进一步加权求和，得到加固梁桥上部结构、下部结构、桥面系的技术状态评分值，公式如下：mSPCIPCCIiiW1mSBCIBCCIiiW(5.17)1mBDCIBDCIiiW1式中，SPCI——加固梁桥上部结构技术状况评分，值域为0~100分；SBCI——加固梁桥下部结构技术状况评分，值域为0~100分；BDCI——桥面系技术状况评分，值域为0~100分；m——上部结构、下部结构或桥面系的部件种类数；Wi——第i类部件的权重，按表5.3取值；对于桥梁中未设置的部件，应根据此部件的隶属关系，将其权重值分配给各既有部件，分配原则按照各既有部件权重在全部既有部件权重中占比例进行分配；表5.3桥梁各部件权重值部位类别i评价部件权重1上部承重构件（主梁、挂梁）0.78上部结构2上部一般构件0.183支座0.124翼墙、耳墙0.025锥坡、护坡0.016桥墩0.3下部结构7桥台0.38墩台基础0.289河床0.0710调治构造物0.0211桥面铺装0.412伸缩缝装置0.25桥面系13人行道0.114栏杆、护栏0.1115 重庆交通大学硕士毕业论文15排水系统0.116照明、标志0.05桥梁整体技术状态评分值，按照如下公式计算：DBDCIWSPCIWSBCIW(5.18)rDSPSB式中：Dr——加固梁桥总体技术状况评分，值域为0~100分；WD——桥面系在全桥中的权重，按表5.3规定取值；WSP——上部结构在全桥中的权重，按表5.3规定取值；WSB——下部结构在全桥中的权重，按表5.3规定取值；表5.4桥梁结构组成权重值桥梁部位权重上部结构0.40下部结构0.40桥面系0.20得到加固梁桥总体评分D后即可对照表5.4得到加固梁桥的技术等级。r在评定时需要做几点补充：①对于加固结构完好的加固后构件可只进行原构件评定，并取其原结构评定值作为加固后构件最终评定值。本方法对加固结构存在损伤的加固后构件分别进行原结构和加固结构损伤评定，目的是避免因忽视加固结构的损伤导致桥梁出现不安全状态；对于加固结构完好的情况，偏于安全考虑，将加固结构视为桥梁构件的安全储备。②加固结构评定中，当重要指标达到5类时，可能引起加固失效，故认为此时加固结构达到5类。重要指标包括：混凝土结构性裂缝、钢板锈蚀、钢板脱空、界面状态、纤维复合材料破损、材料空鼓。[7]③加固后梁桥的主要部件的划分与规范相同，例如对于加固后梁式桥，主要部件包括上部承重构件、桥墩、桥台、基础、支座。[7]④符合规范中14项5类桥梁技术状态单项指标时之一时，直接评为5类；⑤当D40,60（4类），桥面系技术状态等级为4类，但上部部结构、下r部结构技术状态等级为3类时，加固后梁桥技术状态等级评为3级；⑥对于重要部件的加固后构件，偏于安全考虑，当加固构件的原结构达到5类时（得分<40），加固构件即评为5类，进而按缺损最严重构件得到部件等级为5类。⑦当加固后梁桥主要部件达到4类或5类并且影响到桥梁安全时，可以按缺损状况最严重的部件等级评定全桥技术状态等级。116 第五章加固后混凝土梁桥技术状态评定方法研究5.3.2基于变权原理的综合评定方法由于采用规范方法评定的过程中，大量采用了加权平均的处理方法，这种方法能够综合考虑各个因素相对重要性的影响，但是存在不均衡性，即得到的结果往往受权重较大的元素影响很大，而容易忽视权重较小的元素的缺损状态，所以桥梁技术状态综合得分可能并不能很好地反映各个部件、构件的状态，例如当上部结构、下部结构、桥面系的评分分别为80、80、80分时，D80，而当各部r分评分为95、95、20时，也有D80，两种情况下综合评分相同，但后一种情r况下桥面系明显存在严重病害，基本已经不能使用，只按第二类进行小修明显存在不合理，故D并不能充分反映桥梁各部分的实际状态。为了改善这种状况，本r文引入变权公式，使桥梁整体评分以及各部分结构评分都具有更好的均衡性。变权综合评定是相对常权综合评定而言的，常权法指在综合评估中权值不变。若对某一指标，通过分析评价得到其评价值为x，那么常权法可表示为：jmV0wxjj(5.19)j1其中，mwj——表示第j个指标对应的权重，且满足wj=1；j1V——常权法评定值；0x——表示第j个指标评价值。j类似地，变权法的一般形式可以表示如下：mVWjx1,,xm,wj,…,wjxj(5.20)j1其中，w，Vo，和x意义同常权法，jjV——变权法评定值；W——表示第j个指标对应的权重经过变权后的权重；j[58,62]文献指出，对于m维的变权函数包含激励型和惩罚型两类：惩罚型变权的公理化定义包括以下三条：m①归一性：即Wjm(x1,…,x=1；j1②连续性：Wx,…,xj1,,m关于每个变元连续；jm1③惩罚性：Wx,…,xj1,,m关于变元x单调下降。jm1j[60]文献指出，③可以进一步强化，表述为：③′：惩罚性：Wx,…,xj1,,m关于变元xij的减函数而为jm1jxij的增函数。j激励型变权的公理化定义包括以下三条：117 重庆交通大学硕士毕业论文m①归一性：即Wjmx1,…,x=1；j1②连续性：Wx,…,xj1,,m关于每个变元连续；jm1③激励性：Wx,…,xj1,,m关于变元x单调上升。jm1j类似地，对第三条可以进一步强化为：③′激励性：Wx,…,xj1,,m为关于变元x的增函数而为xij的jm1ji减函数。[61]文献中指出，惩罚型变权和激励型变权是两种相对的策略，评价者在评价过程中选用何种形式的变权策略，将直接影响到评价结果的有效性。在常权法中，评价者对各个指标的评价值不敏感，即对各个指标状况的优劣持无所谓的态度；在变权方中，则根据变权形式的不同，反映了评价者对评价值优劣的态度的不同。具体而言，惩罚型变权中，评价者在指标评价值发生变化时，更重视状指标态变差的情况，其评价策略是在某指标状态变差时加大其状态权重（即惩罚），而减小其他指标的状态权重。在激励型中，评价者在指标评价值发生变化时，更重视状指标态变好的情况，其评价策略是在某指标状态变好时加大其状态权重（即激励），而减小其他指标的状态权重。明显，两种权重策略中，惩罚型变权更注重均衡性，能使综合评定值更好地反映各个元素的缺损状况，适宜用来改进加固梁桥技术状态的综合评定中的不均衡问题。[58]对于惩罚型变权，文献指出，变权向量WX用常权向量W和状态变权向量SX的归一化的哈达玛（Hardarmard）乘积。即wS11X,,wSmmXWSXWX(5.21)mmwSkkXwSkkXkk11其中，Xx,,x，WXWX,,WX，SSX,,SX，1m1mXm1Ww,,w，W为因素常权向量，S是状态变权向量，是为了避免常权法中1mx因只重视元素相对重要性而忽视元素的状态变化而出现的不均衡问题，而在按权重加权的同时对元素的状态也进行加权，而由于状态权重又是根据实际状态的不同而变化的变权，故称之为状态变权向量。[62]文献指出，S是某个m维实函数（称为均衡函数）Bx,,…x的梯度向量，x1m记为gradBx,,…xS(5.22)1mxB也即SX，那么jxj118 第五章加固后混凝土梁桥技术状态评定方法研究Bwjxi(5.23)WXjmBwkk1xk对于惩罚性变权，S一般要满足下面三个条件：x①Sx,…,xSx,…,x；ij11mm②xx,Sx,…,xSx,…,x；iji11mjm③Sx,,…x对每个变元连续jm1,2,,。jm1Bx,,…x的一般形式为1mxxp1m1Bx,…,xx,,1mmxxmm其中为任意连续可微函数。[60]根据文献，常见的均衡函数有型和型，对应的变权综合函数也有两种模式，两种类型均衡函数分别定义如下：①型m11在式5.24中取P，0为实数，y1,,ymj1y，j1mm11x11jBx1,…,xmxm1xj(5.24)jj11xmB那么，SXx，则当xx时，jjijxjSXxxiiiSXxxjjjSXxii又对于惩罚性变权，有1，由于1，故0，即。此时SXjxjBwj1xwxjjjWX(5.25)jmmB1wkwxkkkj11xk[60]文献证明了当0时，WX关于x单调下降。jj相应地，得到变权综合模式Ⅰ：mmwxjjVⅠWjjXxm(5.26)jj111wxkkj1②型119 重庆交通大学硕士毕业论文m1在式5.24中取Pm，且0为实数，y1,,ymjy，j1mmmx11mmj那么Bx1,,…xmxmxjjj11xmB1那么，SXxxxxx，则当xx时，i1j1jj1mijxiSXixixjxj1SXxxxjiji故0时满足惩罚性变权状态加权向量定义，此时，wxxxxwj1jkmjWX(5.27)jmm11x1xjxkxmxjwxkkkj11[60]文献证明了当0时，WX关于x单调下降。jj相应地，得到变权综合模式Ⅱ：mmwjVⅡWjjXxmjj111(5.28)wxkkj1对比两种的变权综合模式可以发现，在V中取0，有VV；而在V中取ⅠⅠⅡⅠ1时，VV。也即V代表了惩罚性变权的一种更为普遍的模式，V模式和常Ⅰ0ⅠⅡ权模式分别代表V模式的两个极端：当1时，变权综合函数退变为常权综合函Ⅰ数，评价中只重视元素相对重要性而忽视了元素状态，忽视了评价的均衡性；当0时，则为变权综合函数，权重受元素状态影响最大，因此最注重评价的均衡性。结合上面提到的例子，当各部分评分为95、95、25时，在不同的值下，得到各个元素变权后权重以及综合评分，统计表见5.5，趋势图见图5-3和5-4。可见从1减小到0的过程中，综合评定的均衡性逐渐增大，缺损较严重的桥面系的权重逐渐增大，而状态相对较好的上、下部结构权重相对减小，在最重视均衡性的情况下，由于状态权重的影响，桥面系的权重反而远大于上、下部结构的权重。所以，在桥梁评定过程中，过度的注重均衡性会导致评定结果可能受次要构件缺损状态影响过大，这就使结果不能充分反映出相对重要性高的元素的状态，可能在主要构件状态良好的情况下，作出过于悲观的评定，如表5.5所示，在上、下部结构状态良好的情况下，由于桥面状态差，总分被评为了54分，明显这也不符合实际。综上分析，值太大会由于对均衡性考虑不足而使结果不能正确反映各个部、构件的缺损状态；太小会导致过度考虑均衡性而忽视元素重要性，最终导致[63]评定失效，但取多大值最好并无定论，文献认为取0.75时较为适宜，文献120 第五章加固后混凝土梁桥技术状态评定方法研究[64]认为0.5时对各个因素的均衡性考虑就比较多，0.5则比较能容忍某指标缺陷，或者说对指标状态考虑比较少，又根据图5.5和5.6可知，和元素权重的变化是一种近似线性的关系，那么可以近似认为0.5是中等的均衡性程度，小于这一值就有可能因为过度考虑均衡性而导致评定失效。而我们知道0时是均衡性最差的状态，为了在的合理范围内尽可能合理地得到评定值，按照最小二乘优化的思想，建立目标函数如下：22FDDVDV(5.29)rr0.5r1那么在的合理区间内最优的D值能够使得FD最小，也即rrFDr0(5.30)Dr可以得到VVD0.51(5.31)r2例如，上面的例子中，在合理范围内的最优评价值为：VV53.470D0.5174.580r22按照规范标准，评为3类，进行中修，酌情进行交通管制，比较符合实际情况。可见，通过变权综合方法，能够改善综合评定值的均衡性，能够使综合评定值能更好地反映桥梁各部件、构件的实际缺损状态。表5.5不同值的变权结果桥梁结构上部结构下部结构桥面系评价值959520原始权重0.40.40.2=0权重0.230.230.54=1/4权重0.280.280.45=1/2权重0.320.320.35=3/4权重0.370.370.27=1权重0.400.400.20=0=0.25=0.5=0.75=1综合评分5462697580121 重庆交通大学硕士毕业论文图5-3不同下各部分权值趋势图5-4不同下综合评分趋势5.4本章小结本章重点构建了加固梁桥中加固构件的技术状态评定方法，将加固后构件分为原结构和加固结构分别评定，再通过以承载能力提高为基础的加固结构权重确定方法，确立了加固后梁桥加固构件的评定方法，再结合规范中部件和整体的评价方法，利用变权方法改善了规范方法的均衡性，构建起了加固后梁桥技术状态评定方法体系。122 第六章加固后混凝土梁桥技术状态评定实例第六章加固后混凝土梁桥技术状态评定实例6.1工程背景武黄桐城铺互通式立交跨线桥全长56m，桥梁上部为二孔20m装配式钢筋混凝土T梁，下部为重力式墩台。桥面宽1.50m（人行道）＋12m（行车道）＋1.50m（人行道）。设计荷载为汽车－20级，挂车－100，人群3.5kN/m。该桥于1988年修建完成至今，已服役21余年。本桥在2007年进行了主梁底板与腹板粘贴碳纤维、横隔梁连接处加钢板、更换钢筋混凝土桥面铺装等方式的加固。图6-1桐城铺互通式立交立面图图6-2桐城铺互通式立交平面图6.2加固前后外观检测结果6.2.1加固前外观检测结果根据桥梁加固文件和桥梁基本状况卡片，桐城铺互通式立在2007年的外观检测结果如下：123 重庆交通大学硕士毕业论文①路面不平麻面现象严重，部分桥面混凝土脱落。人行道板多处破损，栏杆多处断裂；②由于弯矩作用，第二跨主梁腹板于主梁1/4跨径至3/4跨径范围内出现了竖向裂缝，1~9号梁跨中位置腹板两侧均有多条竖向裂缝，长度为60~100cm，宽度0.06~0.20mm；由于剪力作用，支点附近出现了主梁裂缝；③在车辆荷载作用下，桥面铺装出现不规则的纵横向裂缝；④该桥主梁横隔梁联系处均存在不同程度的断裂及破损，主梁横向联系薄弱，因桥面铺装损坏严重梁间铰缝失效；⑤桥台上部分混凝土被压坏；⑥抽检局部区域进行进行超声回弹测试，混凝土强度，结果显示与设计值C30混凝土较为接近；6.2.2加固后外观检测结果根据桥梁荷载试验报告和桥梁定期检查数据，桐城铺互通式立在2007年的外观检测结果如下：表6.1桐城铺互通式立交跨线桥2007年外观检测结果缺损状况部件号部件名称缺损位置照片（类型、性质、范围、程度）翼墙1耳墙锥坡2护坡①左、右幅桥台①渗水，桥台搭板破损严重桥台及3②右幅黄石侧墙②砼破损长0.5*5m图6-6，6-9~6-10基础③左幅武汉侧侧墙③横向破损0.5*5m桥墩及4基础5地基冲刷6支座老化①行车道、超车道净空不够碳纤①左幅第1~3#梁维擦伤上部主要承7②右幅第4~7片梁②扰度过大，翼板错位，横向连图6-3~6-.6重构件③左幅第4片梁板接断裂；③混凝土剥落0.8m*0.2m①纹缝、渗水严重；横隔梁联系处均存在不同程度破损，4-5号上部一般承8①T梁间梁间原加固钢板螺栓脱落；4-5重构建号梁间及6-7号梁间翼缘接缝与横隔板开裂桥面铺装有两条纵向裂缝，桥面9桥面铺装桥面图6-7~6-8中线接缝处混凝土破损10桥头跳车①右幅伸缩缝①损坏5m，存在老化现象11伸缩缝图6-11-6-12②左幅伸缩缝②淤塞12人行道人行道牛腿露筋,砼剥落图6-1313栏杆桥面护栏缺失124 第六章加固后混凝土梁桥技术状态评定实例护栏照明14标志15排水设施调治16构造物17其他图6-3上部承重构件缺损状态图6-4梁间铰缝与横隔板开裂图6.-5横隔板加固钢板螺栓脱落图6-6桥台背墙破损、开裂图6-7桥面铺装裂缝及中线处破损图6-8桥面铺装接缝处破损125 重庆交通大学硕士毕业论文图6-9右侧桥台搭板破损图6-10左侧桥台搭板破损图6-11右侧伸缩缝破损、堵塞图6-12左侧伸缩缝破损、堵塞图6-13人行道牛腿破损、露筋6.3加固前后荷载试验结果桐城铺互通式立交为2×20m简支T梁，T梁底梁底板与腹板粘贴碳纤维、横隔梁连接处加钢板，荷载试验对跨武汉至黄石方向一跨（第二跨）进行了静荷载试验。2007年的试验荷载采用2辆重约30t的东风牌汽车，试验工况及各工况荷载126 第六章加固后混凝土梁桥技术状态评定实例效率系数如下表6.2静载试验各工况及测试内容工况测试部位控制项目主要测试内容加载方式工况1跨中最大正弯矩弯曲正应力、挠度黄石侧偏载工况2跨中最大正弯矩弯曲正应力、挠度对称表6.3静载试验各工况静载系效率数工况试验车数量（台）效率系数工况120.81工况220.812009年采用了2辆33t双后轴重型汽车，使用的试验工况及各工况荷载效率系数如下表6.4静载试验各工况及测试内容工况测试部位控制项目主要测试内容加载方式工况1跨中最大正弯矩弯曲正应力、挠度黄石侧偏载工况2跨中最大正弯矩弯曲正应力、挠度对称工况3跨中最大正弯矩弯曲正应力、挠度武汉侧偏载各工况的荷载效率系数见表6.5所示。表6.5静载试验各工况静载系效率数工况试验车数量（台）效率系数工况120.86工况220.86工况320.86试验理论分析采用大型专业软件MIDAS/CIVIL，针对简支梁桥的受力特点采用三维空间梁模型，见图6-14所示。考虑到梁板结构，正交异性板作用明显，采用梁格法进行分析，图中纵梁、横梁、行车道虚拟梁等均采用梁单元，梁端左端支座节点释放绕Y轴转动自由度（RY），右端释放沿X轴平动自由度（DX）和绕Y轴转动自由度（RY），很好地模拟了简支梁的受力特性。图6-14分析模型127 重庆交通大学硕士毕业论文6.3.1加固前荷载试验结果①受拉钢筋应力钢筋混凝土桥梁作为受拉构件，在正常使用状态下处于第二工作阶段，即开裂后弹性阶段。由平截面假定，钢筋与统一水平线的混凝土应变相等，从而得到钢筋的应力。表6.6各工况实测应力汇总表单位：MPa相对残余工况测试截面测点号实测值计算值校验系数残余应力应力145.637.71.2100.00288.643.42.040.20.00334.646.00.7500.00440.8跨中截面532.01偏心647.218.22.5914.60.31加载77.88.60.91-2-0.2580.81.80.44-0.8-1.09-1.8-3.20.5600平均值31.825.01.27//12.43.80.6300224.615.61.570.80.03319.830.20.6600440.0跨中截面545.02对称679.840.01.996.40.08加载757.830.41.9000820.115.81.3300904.0000平均值29.424.81.17//注：1.应力以受拉为正2.实验过程中，4、5号梁粘贴应变片的区域出现了新增裂缝，造成应变测试明显失误。图6-15、图6-16示出了测点应力理论值和实测值之间的关系。128 第六章加固后混凝土梁桥技术状态评定实例图6-15偏载下测点钢筋应力对比图图6-16中载下测点钢筋应力对比②挠度变形表6.7示出了各工况下挠度测点的挠度汇总。表6.7各工况实测挠度汇总表单位：mm相对残余工况测试截面测点号实测值计算值校验系数残余挠度挠度16.758.480.800.010.0028.279.440.880.400.0539.369.710.960.330.04410.018.761.140.390.04跨中截面57.246.801.060.040.011偏心63.294.270.770.100.03加载70.972.080.47-0.17-0.1880.090.420.21-0.06-0.679-0.66-0.900.7300平均值5.045.450.922跨中10.420.930.450.040.10129 重庆交通大学硕士毕业论文截面23.063.680.830.030.01对称36.036.500.930.030.01加载48.958.611.040.080.01512.39.461.300.490.0469.768.641.130.380.0476.386.540.980.190.0383.003.720.810.140.059-0.030.96-0.030.000.00平均值5.545.491.02//注：挠度以下挠为正图6-17和6-18示出了测点挠度理论值与实测值之间的关系。图6-17偏载下测点挠度对比图图6-18中载下测点挠度对比图③裂缝观测在中载实验工况荷载作用下，4号梁底出现竖向裂缝，主梁腹板裂缝在偏载、中载下宽度均略有增宽，荷载结束后，裂缝宽度复原。130 第六章加固后混凝土梁桥技术状态评定实例④加固前荷载试验结果分析通过静载实验、挠度、理论分析可以得到以下结论：1)在荷载试验中，有7片梁得到了有效应力值。中载和偏载下，第三片、四片梁的校验系数大于1，单片梁最大校验系数为偏载下为2.59、中载下为1.99，7[50]片梁的平均校验系数偏载下为1.27，中载下为1.17。大于规范中钢筋混凝土桥梁应力校验系数0.40~0.80的常值范围。2)试验荷载下，9片梁均测得了有效挠度值。挠度值单梁最大校验系数下为1.14、中载下为1.30，9片梁平均校验系数在偏载下为0.92，中载下为1.02.大于规[50]范中钢筋混凝土桥梁挠度校验系数0.5~0.9的常值范围，说明结构刚度已经不满足设计及使用要求，多数梁刚度偏小。3)实验过程中，除偏载工况下6号梁钢筋应力相对残余值为0.31外，各片梁应力及挠度相对残余值均未达到《大跨径混凝土桥梁的实验方法》（试行）规定的最大相对残余值0.20，表明结果总体处于良好的弹性工作范围内，个别弹性工作性能略有不足。4)经理论计算，同等荷载下单片梁承载时最大应变为285，最大挠度为11.73mm，偏载和中载工况下最大应变均大于单片梁承载时产生的挠度值。故除横向联系薄弱外，主梁的刚度也偏弱。5)按承载能力极限状态估算主梁跨中正截面抗弯承载力Mu=2030kN.m；实际承载时按单梁计算，考虑铺装层、主梁自重及车种作用组合，计入荷载组合系[50]数，得到主梁跨中截面实际产生的弯矩Mj=2030.4kN.m。按照的检算方法，取检算系数Z2=0.95，则Mj>Z2×Mu，主梁承载能力偏小。6)经计算，当主梁横向联系完全断开，由但片梁承载荷载试验所加荷载（即一辆车单侧轮完全作用于一片梁）时钢筋应力为93.49MPa，挠度为16.98mm，实测应力最大值为88.6MPa和实测挠度最大值12.30mm，与之较为接近，表面梁的单梁作用明显。7)通过荷载试验表明，经过19年的运营，该桥在强度和刚度方面，都不符合设计规范和使用的要求，在荷载作用下，主梁腹板出现新的受弯裂缝且原来裂缝有所扩展，表面该桥的安全性和耐久性日益变差。因此建议重新焊接搭接钢板加强主梁横向联系、对裂缝进行封闭处理，对主梁采用粘贴钢板或碳纤维进行补强，并翻新混凝土桥面铺装。6.3.2加固后荷载试验结果①应变本次检测由于应变片布置于碳纤维片材上，所测应变实际为碳纤维应变，考131 重庆交通大学硕士毕业论文虑到碳纤维片材与混凝土协调变形，可认为所测应变为混凝土平均应变。表6.8示出了各工况下测点的应变汇总。表6.8各工况实测应变汇总表单位：με相对残余工况测试截面测点号实测值计算值校验系数残余应变应变1-327-0.1100218520.3500跨中347770.6100截面4551050.520052031391.46120.061黄石侧62831651.7200偏心加载72771861.4980.0382612001.3040.0291372080.6620.01平均值1421291.10//1161110.14002731210.6020.03跨中31851341.3820.01截面42271451.5720.0153191492.1320.012对称62581451.79140.05加载71611341.20100.068821210.6880.109-2111-0.0200平均值1471301.13//11802080.8740.0221932000.9680.04跨中32971861.60110.04截面42671651.6290.0351541391.1130.023武汉侧6721050.6800.00偏心加载740770.5210.03814520.2710.079027000平均值1351291.05//注：应变以受拉为正图6-19～6-21示出了测点应变理论值与实测值之间的关系。132 第六章加固后混凝土梁桥技术状态评定实例实测值计算值300250)200με150100应变(500-50123456789梁号图6-19黄石侧偏载下测点应变对比图实测值计算值400300)200με100应变(0123456789-100梁号图6-20中载下测点应变对比图实测值计算值350300)250με200150应变(100500123456789梁号图6-21武汉侧偏载下测点应变对比图②挠度变形133 重庆交通大学硕士毕业论文表6.9示出了各工况下挠度测点的挠度汇总。表6.9各工况实测挠度汇总表单位：mm相对残余工况测试截面测点号实测值计算值校验系数残余挠度挠度1-0.421.98-0.210020.392.910.1300跨中31.393.840.3600截面42.624.790.550056.945.741.210.310.041黄石侧68.906.631.340.110.01偏心加载79.067.451.220.100.0187.248.210.880.090.0195.368.930.600.090.02平均值4.615.610.82//10.625.330.120.040.0623.055.500.550.040.01跨中35.855.671.030.040.01截面48.325.811.430.080.01510.415.861.780.310.032对称67.805.811.340.110.01加载74.945.670.870.110.0282.275.500.410.060.039-0.115.33-0.0200平均值4.795.610.85//16.098.930.680.180.0327.388.210.900.060.01跨中38.647.451.160.120.01截面48.996.631.360.080.0155.095.740.890.090.021武汉侧62.514.790.5200偏心加载70.833.840.220080.162.910.06009-0.461.98-0.2300平均值4.365.610.78//注：挠度以下挠为正图6-22～6-24示出了测点挠度理论值与实测值之间的关系。134 第六章加固后混凝土梁桥技术状态评定实例实测值计算值10.008.006.004.00挠度(mm)2.000.00123456789-2.00梁号图6-22黄石侧偏载下测点挠度对比图实测值计算值1210864挠度(mm)20-2123456789梁号图6-23中载下测点挠度对比图实测值计算值10864挠度(mm)20-2123456789梁号图6-24武汉侧偏载下测点挠度对比图③裂缝观测135 重庆交通大学硕士毕业论文在各工况试验荷载作用下，没有出现新裂缝。④荷载试验结果分析1)试验荷载作用下，应变结果分析：黄石侧偏载工况下5、6、7、8号梁应变的校验系数大于1.0，分别为1.46、1.72、1.49和1.30，应变平均值的校验系数为1.10；中载工况下3、4、5、6、7号梁应变的校验系数大于1.0，分别为1.38、1.57、2.13、1.79和1.20，应变平均值的校验系数为1.13；武汉侧偏载工况下3、4、5号梁应变的校验系数大于1.0，分别为1.60、1.62和1.11，应变平均值的校验系数为1.05，超过了《公路旧桥承载能力鉴定方法》（试行）中校验系数不能大于1.0的规定。2)试验荷载作用下，挠度结果分析：黄石侧偏载工况下5、6、7号梁挠度的校验系数大于1.0，分别为1.21、1.34和1.22，挠度平均值的校验系数为0.82；中载工况下4、5、6号梁挠度的校验系数大于1.0，分别为1.43、1.78和1.34，挠度平均值的校验系数为0.85；武汉侧偏载工况下3、4号梁挠度的校验系数大于1.0，分别为1.16和1.36，挠度平均值的校验系数为0.78。三种工况试验荷载作用下，挠度的平均校验系数处于《公路旧桥承载能力鉴定方法》（试行）中推荐的钢筋混凝土梁桥挠度校验系数0.50～0.90的常值范围。主梁横向联系较差、部分主梁挠度偏大。3)试验荷载作用下，各梁应变及挠度相对残余值均小于《公路旧桥承载能力鉴定方法》（试行）规定的最大相对残余值0.20，表明结构弹性工作状况尚好。4)本桥在2007年进行了主梁底板与腹板粘贴碳纤维、横隔梁连接处加钢板、更换钢筋混凝土桥面铺装等方式的加固。维修加固虽然加强了主梁的横向联系、提高了主梁的承载能力，但是从现场调查情况可以看出：在大量超重车荷载的作用下桥面铺装沿T梁翼缘板接缝处重新开裂、横隔板连接处加固钢板螺栓松动，主梁的横向联系变差。加载车辆轮子所压主梁应变及挠度明显比未压主梁大，汽车荷载未能有效的经横向联接传递到各片梁上，结果造成被轮压主梁承受了过大的荷载导致应变及挠度过大。特别是第二跨4-5号梁间及6-7号梁间翼缘板铰缝开裂，而且与桥面铺装纵向裂缝对应。在三种工况试验荷载作用下，5号与6号梁的校验系数偏大或超过规定值。5)2007年加固前对本桥进行过荷载试验，两次试验结果相比较，桥梁经过加固后的校验系数平均值比加固前有一定的提高,但是本次试验测试的应变校验系数平均值仍略超过1.0。经荷载试验表明，该桥不能完全满足汽－20、挂－100荷载等级要求。建议进一步对主梁补强，对桥面铺装、搭板、伸缩缝等进行维修，并加强桥梁横向联系，136 第六章加固后混凝土梁桥技术状态评定实例提高桥梁整体承载能力。6.4基于规范方法的评价6.4.1指标等级的确定首先，根据6.2.2节加固后梁桥外观检测结果，得到各个构件的指标等级，具体如下：表6.10桥梁上部结构构件缺损状况类别评价构件名称缺损类型缺损状况评定类别扣分值i部件横向联结构件松动，纵向结构变位3454#梁接缝开裂较大上部承剥落局部混凝土剥落2251重构件横向联结构件松动，纵向5~7#梁结构变位345接缝开裂较大其他完好完好104~5#,6~7#梁破损铰缝存在破损225间铰缝上部一24~5#,6~7#梁般构件开裂横隔板破损、开裂340间横隔板其他破损存在一定程度破损2253支座橡胶支座老化存在老化235表6.11桥梁下部结构评定表类别评价构件名称缺损类型缺损状况评定类别扣分值i部件翼墙1无此构件////耳墙锥坡2锥坡护坡完好完好10护坡墩身完好完好103桥墩盖梁完好完好10破损混凝土局部破损225左右幅台桥头跳车桥头搭板破损225台身4桥台台背排水台背排水不良，渗水225左右幅台完好完好10台帽左右幅台墩台完好完好105基础基础桥墩基础完好完好106河床无此构件////调治构7无此构件////造物表6.12桥面系评定表类别评价构件名称缺损类型缺损状况评定类别扣分值i部件接缝破损接缝存在破损225桥面第1跨1局部接缝存在浅层边角铺装铺装层剥落225剥落137 重庆交通大学硕士毕业论文有两条纵向裂缝，裂缝225未贯通接缝破损接缝存在破损225第2跨局部接缝存在浅层边角铺装层剥落225剥落伸缩缝1~2#锚固区缺陷锚固区存在破损2252装置伸缩缝失效伸缩缝存在堵塞225左右侧3人行道破损局部存在破损、露筋225人行道栏杆左右侧4缺失局部存在缺失225护栏护栏排水5泄水孔完好完好10系统照明6标志牌完好完好10标志6.4.2桥梁综合评定[7]根据规范，桥梁各部分评分公式计算如下：①构件评分公式：kPMCIBMCIl(l或DMCIl)100Uxx1当x=1时UDP1il当x≥2时DPx1ijUxy(100U)(其中jx)100xy1当DP100时，PMCIBMCI(或DMCI)0；ijlll②部件评分公式：PCCIPMCI(100PMCI)/timinBCCIBMCI(100BMCI)/timinDCCIDMCI(100DMCI)/timin③结构评分公式：mSPCISBCI(或BDCI)PCCIBCCIi(i或DCCIi)Wii1④整体评分公式：DBDCIWSPCIWSBCIWrDSPSB按照如上公式，各构件和部件评分结果如下：表6.13桥梁上部结构评定表评价类别i构件名称数量构件得分部件得分部件权重SPCI部件上部承4#梁145.3181.50.7075.0重构件5~7#梁355.0138 第六章加固后混凝土梁桥技术状态评定实例其他14100.04~5#,6~7#梁275.0间铰缝上部一24~5#,6~7#梁61.00.18般构件260.0间横隔板其他2875.03支座橡胶支座3665.058.10.12表6.14桥梁下部结构评定表评价类别i构件名称数量构件得分部件得分部件权重SPCI部件翼墙1无此构件////耳墙锥坡2锥坡护坡4100.01000.01护坡墩身2100.03桥墩1000.34盖梁1100.0左幅台152.8台身右幅台4桥台152.871.40.3490.4台身左右幅台2100.0台帽左右幅台墩台2100.05基础100.00.31基础桥墩基础1100.06河床无此构件////调治构7无此构件////造物表6.15桥面系评定表评价类别i构件名称数量构件得分部件得分部件权重SPCI部件第1跨152.8桥面铺装层0.40159.2铺装第2跨175.0铺装层伸缩缝1~2#2261.757.90.25装置伸缩缝左右侧3人行道275.075.00.1067.7人行道栏杆左右侧4275.075.00.10护栏护栏排水5泄水孔1100.01000.10系统照明6标志牌1100.01000.05标志Dr＝SPCI×0.4+SBCI×0.4+BDCI×0.2＝75.0×0.4＋90.4×0.4＋67.7×0.2＝79.7[7]根据规范，该桥技术状态等级评定为3类，即有中等缺损，尚能维持正常的139 重庆交通大学硕士毕业论文使用功能。6.5基于本文评定方法的评价根据背景资料，该桥采用了主梁底板与腹板粘贴碳纤维、横隔梁连接处加钢板、更换钢筋混凝土桥面铺装等方式进行加固。根据本文评定方法，更换后的桥面铺装不单独评定，直接按原构件方法评定，而对主梁上的碳纤维材料和横隔板上的钢板需要单独进行评定。6.5.1指标等级的确定根据第4章，破损和界面状态缺损指标全为定性指标，根据6.2.2节加固后梁桥外观检测结果，列出加固结构存在的缺损状态，并得到各个构件中加固结构的指标等级：表6.16桥梁上部结构加固结构缺损状况类别加固加固部位缺损类型缺损状况评定向量i结构破损净空不够碳纤维擦伤(0,0,0.25,0.75,0)碳纤维左幅1~3#梁1由于破损，导致部有效粘结面积材料底界面状态(0,0,1,0,0)减小，粘结效果受到一定影响脱空加固钢板存在较大面积脱空(0,0,0,1,0)加固4~5#梁间横因脱空导致有效粘结面积减小，2界面状态(0,0.25,75,0,0)钢板隔板粘结效果受到一定影响锚固失效锚栓存在松动、脱落状况(0,0,1,0,0)[7]根据规范，一跨内两片间的横隔板可视作一个构件，根据检测结果，4~5#梁横隔板加固钢板存在较严重脱空，并导致脱空部位的胶体失效，界面状态较差，并存在锚固螺栓脱落、松动情况。而左幅1~3#梁底碳纤维存在部分擦伤、破损情况。按照模糊类比的方法，得到加固结构各个指标的评价向量如上表6.16所示。6.5.2加固结构权重的确定①加固钢板权重确定根据第4章所述，加固横隔板的加固结构主要根据本文的改进的层次分析方法，由专家建立判别矩阵组来确定。根据加固前后桥梁检测资料，可以知道该桥横向联系加固前后的缺损状况，如表6.17所示：表6.17桥梁加固前后横向联系缺损状况该桥主梁横隔梁联系处均存在不同程度的断裂及破损，主梁横向联系薄弱，加固前桥梁横向梁间铰缝失效联系存在纹缝、渗水现象；横隔梁联系处均存在不同程度破损，4-5号梁间原加固加固后钢板螺栓脱落又根据加固前后的荷载试验结果可以得到加固前后的挠度，根据公式5.12横向分布系数实测值和理论值对比可知加固前后的横向联系状况，如表6.18~6.19所140 第六章加固后混凝土梁桥技术状态评定实例示，表6.18加固前后实测横向分布系数对比表测点荷载布置123456789中载加固前0.010.060.120.180.250.200.130.060.00工况加固后0.010.070.140.190.240.180.110.050.00偏载加固前0.150.180.210.220.160.070.020.00-0.01工况加固后0.160.190.220.230.130.060.020.00-0.01表6.19加固后横向分布系数对比表测点荷载布置123456789中载实测值0.010.070.140.190.240.180.110.050.00工况理论值0.110.110.110.120.120.120.110.110.11偏载实测值0.160.190.220.230.130.060.020.00-0.01工况理论值0.180.160.150.130.110.090.080.060.04加固后通过加固前后实测横向分布系数情况可知，加固过后横向分布系数更为均匀，最大横向分布系数有所减小，横向联系情况有所改善；但通过加固后理论值和实测值的比较可知，横向分布系数和理论值相差还较大，分布较理论值分布更不均匀，结合加固前后荷载试验结果，说明加固后横向刚度虽有所改善，但改善程度有限。通过加固前后的缺损状况和横向联系改善状况对比，利用本文改进的AHP法，通过多位专家共同评判，确定横隔板和加固钢板的权重。首先，按照第三章中的重要性排序方法进行重要性赋值，统计结果如下：表6.20横隔板和加固钢板重要性排序赋值次数赋值横隔板加固钢板303537770M6.44.4jV0.150.22j然后，根据排序结果，邀请其中6位专家进一步建立判别矩阵，得到判别矩阵群组，为节省篇幅，只表示出矩阵的各个元素的范围，具体如下：12,3A13,121将经过调查，且满足一致性要求的6位专家的评价结果由最优传递矩阵得到综合判断矩阵及其向量如下：141 重庆交通大学硕士毕业论文1.00002.28940.70*，*AW0.43681.00000.30故w0.30，加固钢板在加固后构件中权重为*w1ww0w10.300.30②加固碳纤维材料权重确定该桥中，在主梁底面和侧面分别粘贴了碳纤维材料以增强抗弯能力和抗剪能力，属于多种加固目的的情况，但从检测结果来看，抗剪部分的碳纤维材料无缺损，根据按缺损最大的结构进行评判的思想，加固结构评定部分只需考虑梁底的碳纤维材料状态。由于梁底碳纤维材料主要目的是增强主梁的抗弯能力，故以加固前后单梁承载能力的实际提升值作为计算加固结构所占权重依据。该桥为装配式钢筋混凝土T梁，截面见图6-25,根据桥梁检测资料，原构件采用C30混凝土，由于该桥修建较早，未搜集到施工图资料，按照类似工程取截2面钢筋为HRB335级钢筋，受拉钢筋面积选用8B32+2B16（A=6837mm），1类s环境条件，根据加固设计资料，采用在梁底粘贴两层宽度为180mm高强度碳纤维5布进行加固，单层碳纤维布厚度t0.167mm，弹性模量E2.310，抗拉强度ff标准值为3400MPa。根据桥梁检测报告，材料强度无需折减。利用MIDAS/CIVIL软件，采用梁格法建模分析，具体方法和6.3节类似，模型如图6-26，计算得到第一阶段（加固前）自重作用下跨中最大弯矩为435.1kN•m，弯矩图见图6-27，组合设计值：MM1.21.2435.1522.12d1GK图6-25截面尺寸示意图142 第六章加固后混凝土梁桥技术状态评定实例图6-26简支T梁模型图6-27自重作用下弯矩图4根据已知信息，fcd13.8Mpa，fsd280Mpa，Ec2.810Mpa，5E210Mpa，0.56，0.0033。sbcuEs6.67EsEc梁底碳纤维面积：A20.16718060.12mm2f①原截面抗弯承载能力设计值计算80140取翼缘板平均厚度：h110mmf2内梁翼缘板有效宽度：1//3L：1/3L=19500/3=6500mm相邻梁平均间距：1600mmb2b12h18020121101500mmhf取三者中最小值作为内梁有效翼缘宽度，即1500mm外梁翼缘有效宽度：b=0.5b0.5b6h0.515000.518061101500mmf外f内f故取有效翼缘宽度b1500mmf143 重庆交通大学硕士毕业论文钢筋重心到梁底距离：643433235.840233435.80.518.4a109.4s6837截面有效高度：h1300109.41190.6mm0假定xhf，受压区高度为fAsdsxh92.5ffbcdf故假设正确。正截面抗弯承载能力为xMufbxhcdf02190kN•m2该承载力与2007年荷载试验中单梁承载能力取值2030KN·m接近，故可按上述配筋近似计算其承载力。②加固前折减的抗弯承载力计算[50]依据规范的承载能力评定方法，承载能力极限状态验算应满足下式要求：01SRfd,cadc,sadsZ1e基于桥梁结构或构件外观检查和无损检测结果或者试验结果，确定该梁计算的检算系数Z1或Z2、恶化系数ξe、和截面折减系数ξc、ξs。1)检算系数本桥通过荷载试验确定桥梁承载能力，上述计算公式中承载能力检算系数采用Z2。加固前，本桥各工况下主梁正截面主要测点挠度和应力校验系数最大值均大于1，根据《公路桥梁承载能力评定规程》（JTG/TJ21-2011）得到该桥承载能力检算系数Z2为0.9。2)承载能力恶化系数表6.21承载能力恶化系数ξe检测指标名称权重值αj评定标定值Ej综合评定度Eξe混凝土表观缺损0.324钢筋锈蚀0.111混凝土电阻率0.0510.08（按干、湿交替、混凝土碳化深度0.2022.4冻，混凝土保护层厚度0.122无侵蚀介质）氯离子含量0.151混凝土强度0.0723)截面折减系数混凝土T梁截面折减系数ξc取值如下表所示。144 第六章加固后混凝土梁桥技术状态评定实例表6.22截面折减系数ξc结构类别检测指标名称权重值αj标度值Rj标度值ξc材料风化0.102混凝土及配筋混碳化0.3522.550.96凝土构件物理与化学损伤0.553钢筋截面折减系数：该桥主梁钢筋无锈蚀情况，因此钢筋截面折减系数ξs为1.0。根据前面计算，抗弯承载力M2190.0kN•m，基于检测结果的抗弯承载能力u为乘以以上系数的修正值，为M1740.8kN•m。u③加固后截面抗弯承载力计算1)截面受拉边缘混凝土初始应变的计算1假设开裂截面受压区高度xh，换算截面受压区高度x按如下公式计算：1f12xABA1111A1EsAsbfbhfb1121s25B12EsAsbfbhfb7.0010s2故xABA278mmh120mm1111f那么假设正确。开裂截面惯性矩32310Icrbxf1bfbx1hfEsAsh0x14.7510那么加固前第一阶段弯矩M作用下，混凝土受拉边缘初始应变为：d1Mhxd1143.75101EIccr2)的计算fb规为纤维材料达到允许拉应变和混凝土同时压坏时的界限相对受压区高度。fb576820nEt22.3100.16776820214000，故10.821，1类环fffm1428000境条件下碳纤维0.85，min,0.821。m2mm12m34000.0148fu52.31020.8210.01480.012min,0.0070.007，取0.007。fmfufuf30.80.80.0033cu0.247fb0.00330.0070.00038cuf1h0.2471300321.5mmfb3)加固后承载力计算145 重庆交通大学硕士毕业论文假设受压区高度xh110mm，xh321.5mm，求解受压区高度及碳ffb纤维材料应变为：fbxcdfcdbfbhffAsdsEffAfcuf1xh0.8cu将数据代入，并用MATLAB求解，得到0.02670.007，xh112.85110mmffuf并且2asxfbh185.8mm，表明在纤维板达到极限应变时，受压区混凝土应变尚未达到，故加固后正截面抗弯承载能力为：cuMufAsdsh00.5fbhEffAhf10.5fb2090kN•m那么，根据第5章中公式，MMuua0.795，a0.954，则12MMuuaa21w0.17a2再由专家根据相关背景资料对原结构和加固结构进行重要性赋值，统计结果如下表：表6.23主梁和加固碳纤维布重要性排序赋值次数赋值横隔板加固纤维材料303507770930M7.63.8jV0.130.22j然后，根据排序结果，邀请其中6位专家进一步建立判别矩阵，得到判别矩阵群组，只表示出矩阵的各个元素的范围，具体如下：13,4A14,131将经过调查，且满足一致性要求的6位专家的评价结果由最优传递矩阵得到综合判断矩阵及其向量如下：1.00003.23770.76**A，W0.30891.00000.24故w0.24，考虑到由于资料不全，承载力只是近似计算，故专家权重的重要性系数稍取大一些，取0.4，那么*w1ww0.60.170.40.240.20146 第六章加固后混凝土梁桥技术状态评定实例6.5.3加固后混凝土梁桥综合评定①加固结构评定根据加固结构的缺损状态，对存在缺损的加固结构按照第一级模糊综合评定方法评定。横隔板加固钢板评定过程如下：1)建立因素集。Uuu1,2,uu3,4,u5钢板锈蚀,涂料失效,钢板脱空,界面状态,锚固状态。2)建立权重集。Aaa1,2,a3,a4,a50.05,0.15,0.38,0.33,0.09。3)建立备择集。V1类,2类,3类,4类,5类，取V97.5,90,70,50,20作为各个等级的代表值向量。4)进行单因素评定。根据前述指标等级向量建立评价矩阵，1000010000Rrij000105500.250.7500001005)进行一级模糊综合评判。采用M,模型进行合成运算：BAR10000100000.05,0.15,0.38,0.33,0.090001000.250.7500001000.20,0.08,0.34,0.38,06)评价结果处理。若4~5#梁间横隔板记为4#横隔板，则TTV4BV0.20,0.08,0.34,0.38,097.5,90,70,50,2069.5梁底碳纤维布评定结果如下：1)建立因素集。Uuu1,2,uu3,4,u5涂料失效,材料破损,材料空鼓,界面状态,锚固状态。2)建立权重集。Aaa1,2,a3,a4,a50.05,0.32,0.32,0.22,0.09。建立备择集。V1类,2类,3类,4类,5类，取V97.5,90,70,50,20作为各个等级的代表值向量。3)进行单因素评定。根据前述指标等级向量建立评价矩阵，147 重庆交通大学硕士毕业论文10000000.250.750Rrij100005500100100004)进行一级模糊综合评判。采用M,模型进行合成运算：BAR10000000.250.7500.05,0.32,0.32,0.22,0.091000000100100000.46,0.00,0.30,0.24,05)评价结果处理。TTV1BV0.46,0.00,0.30,0.24,097.5,90,70,50,2077.85②加固后构件评定通过按规范方法得到的桥梁原构件评分和按模糊综合评定方法得到的加固结构评分，加权得到加固后构件评分。对于4#横隔板，综合评分结果为：**PMCI4wV41wPMCI40.3069.510.306062.960故取PMCI604对于左幅1~3#梁，综合评分结果为：**PMCIwV1wPMCI0.2077.8510.2010095.6100故取PMCI95.6③加固梁桥综合评定根据第5.3节所述方法，对于未发现病害的加固结构，将其视为桥梁的安全储备，直接以原结构评定值作为加固后构件评定值，其值和6.4节中的评定结果相同。由于本桥只进行了上部结构加固，故下部结构和桥面系评定值不变，下面只给出上部结构评定值：表6.24桥梁上部结构评定表评价序号构件名称数量构件得分部件得分部件权重SPCI′部件4#梁145.3上部承15~7#梁355.080.70.7074.5重构件1~3#梁395.6148 第六章加固后混凝土梁桥技术状态评定实例其他11100.04~5#,6~7#梁275.0间铰缝4~5#梁间上部一160.02横隔板61.00.18般构件6~7#梁间160.0横隔板其他2875.03支座橡胶支座3665.058.10.12结合上一节中规范方法的评定结果，得到Dr′＝SPCI′×0.4+SBCI′×0.4+BDCI′×0.2＝74.5×0.4＋90.4×0.4＋67.7×0.2＝79.5若从部件层次的综合评定开始使用变权方法计算，所得结果如下：表6.25对部件的变权综合结果类别评价部件结构原权重V0.5V1(V0.5+V1)/2评定值i部件得分上部承重180.70.7053.8856.4955.18构件上部上部一般74.10结构261.00.1812.0510.9811.51构件3支座58.10.127.846.977.401翼墙耳墙/////锥坡21000.010.941.000.97护坡3桥墩1000.3432.0034.0033.00下部4桥台71.40.3427.0424.2825.6689.72结构墩台51000.3229.1831.0030.09基础6河床/////调治7/////构造物桥面159.20.4025.0323.6824.36铺装伸缩缝257.90.2515.4714.4814.97装置3人行道75.00.107.047.507.27桥面系67.484栏杆护栏75.00.107.047.507.27排水51000.108.1310.009.07系统照明61000.054.075.004.53标志表6.26全桥变权综合结果类别评价部件结构原权重V0.5V1(V0.5+V1)/2Dr″i部件得分上部174.120.430.4729.6530.06结构加固下部78.77桥梁289.720.433.5235.8934.70结构3桥面系69.320.214.5313.5014.02149 重庆交通大学硕士毕业论文6.6不同方法下各层次的评价结果对比分析①构件层次结果对比在构件层次对按规范方法和按本文方法评定的结果进行对比：表6.27不同方法下构件评定结果比较评价规范方法本文方法序号构件名称数量PMCI′－PMCI部件PMCIPMCI′4#梁145.345.30上部承5~7#梁355.055.001重构件1~3#梁3100.095.9-4.1其他12100100.004~5#,6~7#梁275.075.00间铰缝4~5#梁间上部一160.060.0（62.9）0（2.9）2横隔板般构件6~7#梁间160.060.00横隔板其他2875.075.003支座橡胶支座3665.065.00结合6.5.3中计算过程，经过上表对比可以看到，考虑碳纤维材料破损后，主梁评分降低了4.1分，而4~5#梁间横隔板得分升高了2.9分，但按5.2.3节方法，偏于保守考虑忽略其增值。可见，在原结构状态较好，而加固结构存在缺损时，可能因考虑了加固结构缺损状态使加固后构件整体评定值有所降低，这种情况下本文方法比规范方法评定因素更多，也更能反映加固后梁桥的实际缺损情况。此外，在原结构存在缺损时，如果加固结构也存在较严重缺损，那么加固后构件综合评定值可能低于其原结构评定值，例如，在某些情况下，如果加固钢板脱空较为严重，加固结构评为4类，若原结构评分为62，加固结构所占权重为0.3，那么加固后构件得分为0.3500.76558.4，因为58.4<65，故取58.4作为加固后构件最终评定值，构件等级为4类，考虑加固结构的状态后更能反映出加固后构件存在危险状态。②部件层次结果对比上面从构件层次上对比了单独按规范方法和考虑加固后结构的加固梁桥评价方法的评价结果，下面将从部件层次上对比规范方法和本文方法结果差异:表6.28不同方法下部件评定结果比较类别评价规范方法本文方法结构PCCI′－PCCIi部件PCCIPCCI′上部承重181.580.7-0.8构件上部上部一般结构261.061.00.0构件3支座58.158.10由于该桥检测时距该桥距加固时间不久，加固结构整体状态还较好，仅局部150 第六章加固后混凝土梁桥技术状态评定实例存在较严重病害，但无失效情况；对整个部件而言，也没有因为加固结构失效引起的加固后构件的危险状态，因而对于整个部件而言，由加固结构缺损引起的扣分值较少，所以在加固结构缺损或扣分不严重时，本文方法和规范方法较为接近。但是在较多构件的加固结构存在较严重病害时，按本文方法和规范方法评价结果则可能差异较大。以该桥评价结果为例，在构件层次因为加固结构缺损，按本文方法和规范方法评价，结果最大相差-4.1，但是在部件层次，最大相差为-0.8，而在上部结构层次评分分别为75.0和74.5，相差-0.5，而最终全桥评定值分别为79.7和79.5，仅相差-0.2，可见加固结构状态越好，缺损结构越少，本文方法和规范方法结果越接近；反之，若加固结构状态越差，缺损结构越多，本文方法和规范方法的结果相差则可能越大。上述结果还反映出，如果缺损结构较少，那么在逐层加权的过程中，由于大部分构件状态较好，其缺损状态容易被掩盖，综合程度越高，评价值越难反映出少数缺损结构的状态，就有可能忽视局部存在的危险状态导致加固后梁桥处于不安全状态，这也体现出从构件层次开始评价加固结构的必要性。③基于变权原理的评价结果对比[7]根据规范中部件评定公式可知，由构件评定值得到部件评定值的过程是先求得各个构件平均值，然后根据状态最差构件对部件结果进行修正。而在部件层次及以上，则采用的常权评定方法。本文提出从部件层次引入变权方法，适当考虑各个元素的缺损状态，对其固有权重进行加权修正，以使结果更好地反映桥梁各部分状态。下面将对比常权方法和变权方法下的部件评定值差异：表6.29常权与变权下部件评定结果比较类别评价常权结果变权结果PCCI′*结构PCCI′i部件PCCI′*WiPCCI′*Wi′(Wi′-Wi)上部承180.756.4955.18-1.31重构件上部上部一结构261.010.9811.510.53般构件3支座58.16.977.400.43类别评价常权结果变权结果BCCI′*结构BCCI′i部件BCCI′*WiBCCI′*Wi′(Wi′-Wi)翼墙1////耳墙锥坡21001.000.96-0.04护坡3桥墩10034.0032.68-1.32下部4桥台71.424.2825.411.13结构墩台510031.0030.76-0.24基础6河床////调治7////构造物151 重庆交通大学硕士毕业论文类别评价常权结果变权结果DCCI′*结构DCCI′i部件DCCI′*WiDCCI′*Wi′(Wi′-Wi)桥面159.223.6824.50.82铺装伸缩缝257.914.4815.060.58装置3人行道75.07.507.27-0.23桥面系栏杆护475.07.507.27-0.23栏排水510010.009.11-0.89系统照明61005.004.56-0.44标志表6.30常权与变权下结构评定结果比较类别评价常权结果变权结果PCCI′*结构i结构∑PCCI′*Wi∑PCCI′*Wi′∑(Wi′-Wi)上部174.574.1-0.4结构类别评价常权结果变权结果BCCI′*i结构∑BCCI′*Wi∑BCCI′*Wi′∑(Wi′-Wi)加固下部190.489.7-0.7桥梁结构类别评价常权结果变权结果DCCI′*i结构∑DCCI′*Wi∑DCCI′*Wi′∑(Wi′-Wi)1桥面系67.767.5-0.2表6.31常权与变权下总体评定结果比较类别评价常权结果变权结果SPCI′*结构SPCI′i结构SPCI′*WiSPCI′*Wi′(Wi′-Wi)上部174.529.830.10.3结构类别评价常权结果变权结果SBCI′*SBCI′i结构SBCI′*WiSBCI′*Wi′(Wi′-Wi)加固下部桥梁290.436.134.8-1.3结构类别评价常权结果变权结果BDCI′*BDCI′i结构BDCI′*WiBDCI′*Wi′(Wi′-Wi)3桥面系67.713.514.30.8综合评定值Dr′79.578.8-0.7通过对比，可得以下结论：①上部结构中上部一般构件和支座缺损较严重，而承重构件状态相对较好，故通过状态加权，提高了一般构件和支座的权重，降低了上部承重构件的权重，使得相较常权情况而言，上部结构最终评定结果中一般构件和支座所占分值有所上升，而承重构件分值有所下降，最终使得上部结构综合评定值降低了0.4。②下部结构中，仅桥台存在缺损，其余部件完好，通过状态加权，提高了桥台的权重，降低了其余部件的权重，使得相较常权情况而言，下部结构最终评定结果中桥台所占分值有所上升，而其余完好部件分值有所下降，最终使得下部结构综合评定值降低了0.7。152 第六章加固后混凝土梁桥技术状态评定实例③桥面系中，桥面铺装和伸缩缝缺损相对严重，其余部件状态相对较好，通过状态加权，提高了桥面铺装和伸缩缝的权重，降低了其余部件的权重，使得相较常权情况而言，桥面系最终评定结果中桥面铺装和伸缩缝所占分值有所上升，而其余状态相对较好的部件分值有所下降，最终使得桥面系综合评定值降低了0.2。④桥梁结构中，上部结构和桥面系缺损相对严重，下部结构状态相对较好，通过状态加权，提高了桥面铺装和伸缩缝的权重，降低了下部结构的权重，使得相较常权情况而言，桥梁结构最终评定结果中上部结构和桥面系所占分值有所上升，而状态相对较好的下部结构分值有所下降，最终使得桥梁综合评定值降低了0.7。总的来看，从部件层次评定到加固梁桥总体评定的过程中，考虑变权后，由于状态加权的影响，评价值较低的元素加权评价值增大，评价值较高的元素的加权评价值降低，故能够一定程度上避免权重大、状态好的构件掩盖权重较小、状态较差的构件的评价结果，也就使评价更具有均衡性。同时，由于本桥无严重缺损部、构件，各类方法相差幅度不大，根据基于变权原理的加固梁桥技术状态评定方法，加固梁桥最终评定值Dr′=78.8，较规范方法79.7分和本文常权方法79.5分略低。根据第4章等级划分，属于3类，需进行中修，酌情进行交通管制，和2009年荷载试验结果相符：经荷载试验表明，该桥不能完全满足汽－20、挂－100荷载等级要求；建议进一步对主梁补强，对桥面铺装、搭板、伸缩缝等进行维修，并加强桥梁横向联系，提高桥梁整体承载能力。本文评价方法中，充分考虑了加固结构和原结构的重要性关系，以及加固结构的缺损状态，结合变权方法，相较一般桥梁评定方法而言，能够更为全面，更为均衡，且更为准确地反映出加固梁桥各部分结构和总体的实际状态，利于及时制定出适合于加固后梁桥的养护措施。并且评定结果和荷载试验结果基本一致，具有较大的合理性和现实意义。6.7本章小结本章以具体的工程实例，根据加固前后外观检测结果和荷载试验结果，以及加固设计资料，进行了规范方法的评定、常权的加固梁桥评价方法评定，以及变权的加固梁桥方法评定过程。并通过各种评价方法下的构件、部件、结构、总体评分值进行对比，进一步说明了考虑加固结构缺损状态后，评定值更能反映加固梁桥实际状态，而考虑状态加权的变权方法也更具有均衡性，两者结合能够较好地对加固后梁桥的技术状态作出评价。153 重庆交通大学硕士毕业论文154 第七章结论与展望第七章结论与展望7.1结论本文在现有规范和常用评价方法的基础上，利用改进的AHP和模糊综合评定方法，建立起了加固后梁桥的评价方法体系，利于制定出适合于加固后梁桥的养护措施，并以武黄桐城铺互通式立交跨线桥为例，对比分析了规范方法和本文方法的区别，同时结合荷载试验结果，对本文评价方法的合理性进行了验证，具体而言有以下几点结论：①通过对加固设计方法、加固施工方法和对加固后梁桥的典型病害的调查，结合相关文献，总结了不同加固方法下加固结构可能产生的病害、产生原因、特征及其发展规律的分析，结合现有桥梁评定规范中相关指标及其分级标准，确定了加固后梁桥技术状态等级标准、指标层次结构、指标等级标准和评价标准。②基于现有规范方法，将加固后梁桥分为总体、部件和构件三个层次，对加固结构存在病害的构件采用加固结构和原结构分别评定，再综合加权得到加固后构评定值的方法，从而从构件层次开始，使评定结果更好地出反映加固梁桥的技术状态。③以加固前后的构件的承载力为依据，得到加固后构件承载能力增量，以此增量在加固后构件承载能力中所占比重确定作为加固结构在加固后构件中所占权重的客观部分，再结合本文改进的AHP的方法，由专家在充分了解背景材料的基础上，得出一个相对主观的权重值，两部分权重共同组成了加固后构件中加固结构所占权重。④本文在现有的相对完善的桥梁技术状态评定规范的基础上，运用改进的层次分析方法，结合模糊综合评定方法和变权原理建立起加固后梁桥技术状态的评定方法，并运用变权原理作进一步改善，使综合评定结果更具均衡性，在一定程度上反映出次要因素的技术状态。⑤在桐城铺互通式立交跨线桥中，分别运用了一般规范方法、加固梁桥常权评价方法和加固梁桥变权评价方法进行评定，对比和分析不同方法评价结果的差异，结合加固后梁桥荷载试验结果，验证了本文评价结果的合理性。本文提出的加固后梁桥技术状态评价方法中，充分考虑了加固后梁桥特有的加固结构，提出了确定加固结构和原结构的重要性关系的方法，以及评价加固结构的缺损状态的指标体系，并结合变权原理，使评价具有一定均衡性，这样评价值就能够更为全面，更为准确第反映出加固梁桥各部分结构的实际状态，利于及时准确地制定出适合于加固后梁桥的养护措施，因此具有良好的合理性和现实意155 重庆交通大学硕士毕业论文义。7.2展望加固梁桥的技术状态评定是一个既类似于，又区别于一般桥梁技术状态评价的过程。本文将加固后梁桥从构件层次分为原结构和加固结构两部分分别评价，提出了针对不同加固方法的加固结构指标体系，并从加固设计原理出发，结合加固目的和加固效果来确定加固后构件中加固结构所占权重，而原结构则利用现有规范进行评价。同时，从部件层次开始，采用变权综合，使结果具有一定均衡性。然而，桥梁技术状态评定和桥梁加固本身就是两个十分复杂的课题，涉及这两个方面的加固后梁桥评价必定更为复杂。限于时间和篇幅，本文主要针对公路梁桥加固过程中常用的三种加固方法，在现有规范的基础上，提出了加固后梁桥的评价方法，以下方面还需作进一步研究：①本文主要针对加固后混凝土梁桥建立了评价体系，对于其他类型的桥梁，该方法的适用性还需做进一步验证和研究；②本文主要对采用增大截面法、粘贴钢板法和粘贴纤维复合材料法的加固后梁桥，建立了其加固结构指标体系，对于其他加固方法的指标层次结构，指标权重和等级标准可参照本文方法作进一步研究；③加固结构指标权重及定量指标隶属函数的具有一定的主观性，需要在实际工程运用中不断修正；④根据加固梁桥评价结果，针对不同加固方法加固的桥梁，制定更具针对性的养护措施和技术要求也是以后需研究的内容。156 致谢致谢时光荏苒，三年的研究生活转眼即将接近尾声，历时多月的论文也终于完稿。在论文的资料收集、整理和写作过程中，我得到了诸多关怀和帮助，借此机会，我将表达我最真挚的谢意。衷心地感谢我的导师邓华教授级高工和向中富教授。您们的鼓励激励我克服困难，您们的耐心教诲给予了我莫大帮助，您们对事业的孜孜追求和严谨的治学之风将如明灯般指引我在以后的生活和工作的道路上前进。同时，真心地感谢黄海东副教授，您的严格而耐心的指导，给了我很大的启发和帮助。此外，感谢在论文写作过程中帮助我的各位同窗好友，感谢我的同门和室友在资料收集、整理时的大力帮助。也感谢在背后默默支持我的家人，我的父母和姐姐，你们的鼓励和关怀也给了我最朴素的帮助。最后，也感谢参与本文评审和出席答辩的各位老师，您们的意见和建议是我审视自己、扬长避短和提高自己的机会，感谢你们百忙之中给予的指导。157 重庆交通大学硕士毕业论文158 参考文献参考文献[1]顾安邦，范立础.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社，2001.3-38[2]王春生，陈惟珍，陈艾荣.桥梁损伤安全评定与维护管理策略[J].交通运输工程学报，2002，2(4):21-28[3]周建庭，张劲泉，刘思梦.大中型桥梁加固新技术[M].北京:人民交通出版社，2010.1-11[4]中华人民共和国交通运输部．JTG/TJ22-2008公路桥梁加固设计规范[S]．北京：人民交通出版社，2008[5]中华人民共和国交通运输部．JTG/TJ23-2008公路桥梁加固施工规范[S]．北京：人民交通出版社，2008[6]中华人民共和国交通运输部．JTGF80/1-2004公路工程质量检验评定标准[S]．北京：人民交通出版社，2004[7]中华人民共和国交通运输部．JTG/TH21-2011公路桥梁技术状况评定标准[S]．北京：人民交通出版社，2011[8]中华人民共和国交通部．JTG/TH11-2004公路桥涵养护规范[S]．北京：人民交通出版社，2004[9]中华人民共和国建设部．CJJ99-2003城市桥梁养护技术规范[S]．北京：人民交通出版社，2003[10]李华.混凝土桥梁工作状态模糊综合评估研究[D]：[硕士学位论文]．西安：长安大学，2009[11]黎小刚.桥梁加固质量检验评定指标体系构建与应用研究[D]：[硕士学位论文]．重庆：重庆交通大学，2011[12]中华人民共和国交住房和城乡建设部．GB50367-2013混凝土结构加固设计规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，2014[13]]SasmalS，RamanjaneyuluK．Conditionevaluationofexistingreinforcedconcretebridgesusingfuzzybasedanalytichierarchyapproach[J]．ExpertSystemswithApplications，2008，35(3)：1430-1443[14]王磊.增大截面有粘结预应力加固钢筋混凝土梁试验研究[D]：[硕士学位论文]．山东：山东建筑大学，2012[15]杨云俊，薛伟辰.钢筋混凝土T型叠合梁静力性能试验研究[J].土木工程学报，2010(03):1-7[16]叶见署.结构设计原理[M].北京:人民交通出版社，2005.184-187[17]李文盛.粘钢加固钢筋混凝土梁的试验研究与理论分析[D]：[硕士学位论文]．武汉：武汉理工大学，2002[18]魏召兰，蒲黔辉，高玉峰.圬工拱桥承载能力评估方法研究[J].四川建筑科学研究，159 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