基于状态感知数据的城市桥梁技术状况评定方法-论文.pdf

'第40卷第l8期山西建筑Vo1．40No．18·178·2014年6月SHANXIARCHITECTUREJun．2014文章编号：1009—6825(2014)l8-0178—03基于状态感知数据的城市桥梁技术状况评定方法★李捷张建升王建民(北京中交华联科技发展有限公司，北京100101)摘要：采用层次分析法确定权重系数，提出了一种以状态感知数据为基础的城市桥梁技术状况评定方法，根据城市桥梁状态感知特点，构建了技术状况评定的递阶层次结构，建立了群组决策权重矩阵的确定方法，给出了技术状况综合评定方式。关键词：桥梁，状态感知数据，技术状况，评定中图分类号：U442文献标识码：A0引言梁技术状况评定成为一个急需解决的问题。以状态感知数据为基础进行城市桥梁技术状况评定，主要有城市桥梁作为城市交通路网的关键节点，其技术状况的好坏三个方面的问题需要解决，一是评定层次结构的划分；二是各层不仅影响到结构自身的安全使用性能及耐久性，也影响到区域交次指标权重的确定；三是指标评分值的制定和总体技术状况评定通经济效益的发挥。由于受到使用环境、有害物质的侵蚀，车辆、划分。为此，本文针对这三个方面的问题进行逐一研究，给出一风、地震、疲劳、人为等作用，再加上材料自身性能随着运营时间种基于状态感知数据的技术状况评定方法。的增加不断退化，往往会导致结构各部分在远没有达到设计使用年限之前就产生不同程度的损伤和劣化；这些损伤如果不能及时1城市桥梁技术状况评定层次结构模型得到检(监)测、评定和维修，轻则影响行车安全和缩短使用寿命，建立城市桥梁技术状况分层评定模型是进行评定的基础工重则导致桥梁的突然破坏甚至倒塌。作，层次设置是否科学合理，直接影响评价结果的准确性；对于城在整个城市桥梁养护管理环节中，客观评定桥梁结构的技术市桥梁状态感知技术状况，评定层次的划分常依照感知部位、感状况对确保城市道路通畅和国民经济顺利发展有着极其重要的知参数、感知具体指标进行设定。理论和现实意义。当前，无论是城市市政工程行业还是公路工程在进行结构评定时，一般将评定的预定目标或结果作为最高行业，对桥梁结构的技术状况评定主要是采用定期检查来进行，层，也称为目标层；将目标层所涉及的中间环节中需要考虑的准具体的行业标准为JTGH11—2004公路桥涵养护规范⋯、JTGH21-则作为中间层，中间层有准则和子准则之分，称为准则层；将实现2011公路桥梁技术状况等级评定标准和CJJ99-2003城市桥梁目标可供选择的各种措施、决策方案等作为最底层，称为指标养护技术规范；定期检查的一个重要不足之处在于无法实时进层。以城市桥梁基于状态感知数据的技术状况评定为目标层，行桥梁结构状态的识别判定，以至于对结构的技术状况变异现象根据感知参数的类别，其下可设置四个准则层——变形类、应力难以及时掌握进而采用处治对策。近几年来，相关专业人员及城类、开裂类、振动响应类参数的评定，各准则层下依据不同感知部市桥梁养管单位开始采用实时状态感知的方法来及时了解桥梁位分若干子准则层，各子准则层下设置若干与之关联的具体的感的技术状况，在这个方法体系中如何应用感知的数据进行城市桥知指标，进而构成了系统的桥梁技术状况评定递阶层次结构。城市桥梁基于状态感知数据的技术状况评定__纳豳应力类J『开裂类『l振动响应类混凝lf幅撅土藿Il应力fl颦}l值力一-矫宴图1基于状态感知数据的城市桥梁技术状况评定层次结构图1为典型的城市桥梁结构在以状态感知数据为基础进行较判断矩阵为：技术状况评定时的层次结构划分模型。A=(％)⋯(1)2各层次中各因素指标权重的确定其中，o为第i与第元素的重要性的度量。1)构造两两比较判断矩阵。2)单一准则下元素相对权重的计算以及判断矩阵的一致性在城市桥梁技术状况评定递阶层次结构中，设上一层元素C检验。为准则，所支配的下一层元素为“，，，⋯，对于准则c相对重求“，u：，⋯，对于准则C的相对权重，∞，⋯，∞，写成要性即权重M]。n个元素之间相对重要性的比较得到一个两两比向量形式即为W=(。，，⋯，∞)。收稿日期：2014-04—15★：基于物联网的城市道路桥梁状态感知与评价分析关键技术研究，交通运输部信息化科技项目(项目编号：2012—364一X06—113)作者简介：李捷(1987一)，男，工程师；张建升(1967．)，男，高级工程师；王建民(1977一)，男，副研究员 爹o1荤李捷等：基于状态感知数据的城市桥梁技术状况评定方法·179·将判断矩阵A的n个行向量归一化后的算术平均值，近似作大值；为评估指标在区域范围内的最小值；为评估值范围参为权重向量，即：数，对于百分制，A=100；B为性状参数，B=0时即为线性处理方法。1刍(2)对于测试指标为负值的情况，或者正负区间范围内的情况，一般可用绝对值法进行分值评价。在计算单准则下权重向量时，还必须进行一致性检验。在判3．2总体技术状况等级划分断矩阵的构造中，并不要求判断具有传递性和一致性，即不要求参照JTG／TH21-2011公路桥梁技术状况评定标准，将桥梁技a·=aik严格成立，这是由客观事物的复杂性与人的认识的多术状况根据不同的评分值D划分为5个评定等级，具体见表2。样性所决定的；但要求判断矩阵满足大体上的一致性是应该的。表2桥梁总体技术状况分类界限对判断矩阵的一致性进行检验，具体步骤如下：状况评分技术状况等级Da．计算一致性指标C．(ConsistencyIndex)。1类2类3类l4类5类D[95，100)[80，95)[60，80)l[4o，60)[0，40)c．：(3)n—l4评定实例b．查找相应的平均随机一致性指标R．(RandomIndex)。以一城市道路钢筋混凝土梁式桥结构为例，该桥共布设3个表1给出了1阶～15阶正互反矩阵计算1000次得到的平均挠度感知测点、2个位移感知测点、6个混凝土应变感知测点、2个随机一致性指标。钢筋应变感知测点、2个混凝土裂缝感知测点、2个加速度感知测表1平均随机一致性指标尼I点(其中一个用于感知桥梁自振频率、一个用于感知加速度幅矩阵阶数l2345678值)；根据各感知测点指标的评分值，采用等权重方式进行准则层00O．52O．891．121．261．361．41．的评分，结果见表3。矩阵阶数91O1l12131415R|．1．461．491．521．541．561．581．59表3各准则层评分值e．计算一致性比例c．．(ConsistencyRatio)。序号指标评分值1变形83．6，C·R·(4)2应变78．43裂缝74．5712461326153当C．R．<0．1时，认为判断矩阵的一致性是可以接受的；当4振动81．5c．R．I>0．1时，应该对判断矩阵做适当修正。为了讨论一致性，，，，准则层指标的权重确定时，以对相关专家问卷调查的判断矩需要计算矩阵最大特征根A，除特征根方法外，也可用式(5)来阵为基础进行，对6位专家调查的准则层指标的判断矩阵曰。一曰52●45●32进行计算：如下：：窆：Bl=B2=，i=1骞㈥愿●3)群组决策方法统计权重。5l338l436152若通过对判断矩阵的分析，各位专家的判断均满足一致性要4●44●求，那么就采用群组决策的加权几何平均综合排序向量法计算权B3=B4重。设各专家的判断能力相等，则可按照如下公式进行综合权重，4／313／312／31计算，：：L(6)，．B5=B6=，』=(wj1。⋯’’)(7)其中，s为专家个数。根据式(2)计算各指标权重，见表4。3指标评分值的制定和总体技术状况评定等级划分表4准则层指标权重表3．1指标评分值的制定指标专家1专家2专家3专家4专家5专家6变形o．57800．56150．53460．56750．5221O．5844对于城市桥梁状态感知系统，基于各类状态感知参数的技术应力0．06900．O7210．07360．05520．06490．0596状况评价，其评价指标属于量化实测值范畴。在感知系统中即使开裂0．19940．23290．28680．24Il0．2662O．2458为同一类指标，如应变，不同感知部位对其进行评价的内涵也不振动0．1536O．13350．10500．1361O．14670．1102尽相同，因而对指标评价值的量化是一一个比较复杂的问题。由式(5)，一致性检验最大值为4．2518，满足A⋯<4．267，一然而，通过对各基层指标的分析，总体上可以通过正常效应致性满足要求。值之间的范围来进行评分，在桥梁感知指标工程量化评估时，对由式(6)和式(7)，确定准则层群组决策方法的权重值见表5。于指标实测值通常可采用如下的评分模型：表5各准则层指标权重值r0，~Xn)2应变0．0656一m3裂缝0．24474振动0．13O1其中，为评估指标数值；为评估指标在区域范围内的最 第40卷第18期山西建筑Vo1．40No．18·180·2014年6月SHANXIARCHITECTUREJun．2014文章编号：1009—6825(2014)18-0180—03桥梁全寿命设计理论在预应力混凝土梁桥中应用王敏(广东省城乡规划设计研究院，广东广州510290)摘要：在简要介绍桥梁全寿命设计理论的基础上，以新疆喀什特区某大桥为设计实例，初步探讨和呈现了该理论在增加桥梁使用寿命和减少全寿命成本等方面的积极作用，为今后的预应力混凝土梁桥设计提供了参考。关键词：全寿命设计理论，桥梁设计，预应力混凝土梁桥中图分类号：U446．1文献标识码：A0引言较它多出了一个可行性研究，这就意味着全寿命理论设计方法是从桥梁规划就已经开始进入设计阶段，比起传统设计方法更为提病害严重是我国众多桥梁共同面临的重大问题之一，如何确保桥梁使用寿命，保障其在使用年限内的安全性和经济性是桥梁前，因此考虑也更为周全。设计师面临的挑战和亟待解决的问题。本文从设计实例人手，以利用全寿命理论进行桥梁设计需要考虑六个方面：桥梁使用桥梁全寿命设计理论为基础和理论依据，初步探讨该理论在预应寿命、结构性能、桥梁管养、生态保护、美学研究和全寿命成本等。力混凝土桥梁中的应用。每个设计方面都是设计总体的组成部分，它们之间相互影响、相互渗透，因此需要综合考虑，通过不同方案的讨论选择保证桥梁1桥梁全寿命设计理论满足这六个方面的要求，获得合格的生命周期质量。本文主要1．1桥梁全寿命设计理论的概念和区别探讨初步设计阶段的使用寿命设计、性能设计、管养设计以及成桥梁全寿命设计是指在桥梁设计中，针对规划、设计、施工、本分析。运营、管养、拆除或回收再利用的全过程，实现桥梁全寿命周期内1)使用寿命设计。总体性能(功能、成本、人文、环境等)最优的设计。桥梁结构使用寿命设计的思路为：以桥梁生命周期的各类需全寿命理论桥梁设计方法与传统方法的最大的区别在于，传统桥梁设计方法仅考虑桥梁的“成桥状态”，而基于全寿命的桥梁求为基础，明确桥梁在生命周期内的使用要求，综合考虑造型、性设计是针对桥梁的整个生命周期而言，考虑桥梁的所有方面。能、管养和生态设计，把成本最小化作为控制目标，确定桥梁整体1．2全寿命理论桥梁运用的理论和设计步骤或构件结构。利用全寿命理论进行桥梁设计包括三个阶段：1)工程可行性桥梁(结构／构件)使用寿命建议值的计算公式如下：研究阶段；2)初步设计阶段；3)施工图设计阶段。与传统方法比LS=LSo×G1×C2×C(1)⋯，⋯，⋯】⋯】⋯，】⋯’⋯’由表3和表5得，计算技术状况评分值如下：评定方法。D=0．5596×83．6+0．0656×78．4+参考文献：0．2447×74．5+0．1301×81．5=80．76。[1]JTGH11-2004，公路桥涵养护规范[s]．由表2可知，该桥技术状况等级为2类。[2]JTGH21—2011，公路桥梁技术状况等级评定标准[s]．5结语[3]CJJ99-2003，城市桥梁养护技术规范[s]．本文通过建立城市桥梁以状态感知数据为依据的递阶层次[4]赵大亮，李爱群．既有公路桥梁评估方法研究现状[J]．工程评定结构，分别用层次分析法确定各层在评定体系中的权重，通抗震与加固改造，2007，29(1)：72-78．过数学运算合成各准则层在结构技术状况评定的权重。[5]禹智涛，韩大建．既有桥梁可靠性的综合评估方法[J]．中南结合群组决策权重和各因素指标评分值，得到反映结构总体公路工程，2003，28(3)：8-12．技术状况的评分值，进而确定技术状况等级，应用结果表明这种[6]陆亚兴，殷建军，姚祖康．桥梁缺损状况评价方法[J]．中国方法是一种切实可行的城市桥梁以感知数据为基础的技术状况公路学报，1999(3)：55-61．Theevaluationmethodofcitybridgetechnicalconditionbasedonstateawaredata★LIJieZHANGJian-shengWANGJian·min(BeringZhongjiaoHualianTechnicalCo．，Ltd，Beijing100101，China)Abstract：UsingtheAHPtodeterminetheweightcoefficient，thispaperpresentedaevaluationmethodofcitybridgetechnicalconditionbasedonstateawaredata，accordingtothestateawarecharacteristicsofcitybridge，constructedthehierarchicalstructureoftechnicalconditionevalu—ation，establishedthedeterminationmethodofgroupdecision—makingweightmatrix，gavethecomprehensiveevaluationmethodoftechnologycondition．Keywords：bridge，stateawaredata，technicalcondition，evaluation收稿日期：2014—04—14作者简介：王敏(1985一)，男，硕士'