钢筋混凝土结构耐久性评估的研究

张 凝(甘肃农业大学基建处，甘肃 兰州 730070)

1 引言

目前混凝土结构耐久性评估方法主要可以分为3 类：①根据结构检测和监测结果，由有经验的技术人员作出评估，这就是所谓的传统经验法：②随着基础科学和计算机学科的发展，借助于模糊数学、神经网络等人工智能手段的综合评估方法∶③基于可靠度理论的混凝土结构耐久性评估法。概括来说就是思想方法上的四个结合，可以将其称为定性定量相结合的综合集成方法。即在思想方法上做到∶①多学科知识结合∶②定性研究和定量研究结合∶③科学理论知识与经验知识结合：④宏观性研究与微观性研究结合。

对已有的各种结构耐久性评估方法进行研究和分析的基础上，拟将评估等级分为5个等级，给出服从梯形或半梯形分布的隶属函数，来确定构件耐久性影响因素对各个等级的隶属度；运用层次分析法确定初始权重后，将提出根据影响因素实际检测结果进行权重修正的更加合理确定权重的方法；把变权原理引入到评估中，对模糊综合评估结果进行分析处理，再根据最大隶属度确定被评估对象的等级归属；建立既有钢筋混凝上桥梁结构耐久性的模糊综合评估模型。

对既有钢筋混凝土耐久性评估大致分为实际调查、耐久性检测和进行耐久性评估3个部分。

2 模糊综合评估模型

基于层次性原则，参照现行《危险房屋鉴定标准》，将结构划分成上部结构、下部结构、房面及附属设施2个组成部分。如图1 所示。

图1 混凝土模糊评估模型

由于影响钢筋混凝土桥梁结构耐久性的因素很多，而且各个因素之间又相互影响。如果将所有因素放在同一层次进行考虑，采用单级模糊评估，则难以比较既有桥梁结构各构件层次之间的优劣次序，得不出有意义的评估结果。因此对既有桥梁结构这种复杂系统来说，要对其耐久性做出综合评估，应根据混凝土结构的特点和耐久性综合评估的要求，将混凝土结构系统和其影响因素进行细分归类，形成一种条理清晰、相互关联的有序多层次的综合评估模型，从而对既有桥梁结构的耐久性做出符合实际的综合评估。

3 钢筋混凝土结构模糊综合评估步骤

由于影响既有钢筋混凝土结构耐久性的因素很多，而且各个因素之间有相互影响。如果将所有因素放在同一层次进行考虑，采用单级模糊评估，则难以比较既有结构各构件层次之间的优劣次序，得不出有意义的评估结果。因此对既有结构这种复杂系统来说，要对其耐久性做出综合评估，应根据既有结构的特点和耐久性综合评估的要求，将既有结构系统和其影响因素进行细分归类，形成一种条理清晰、相互关联的有序多层次的综合评估模型，从而对既有结构的耐久性做出符合实际的综合评估。

影响既有钢筋混凝土结构耐久性的因素很多，因此，在对既有钢筋混凝土结构耐久性进行模糊综合评估时，采用多级模糊综合评估比较合适。

第一级评估∶依据各影响因素，对结构的构件进行耐久性评估。

第二级评估∶在对构件进行评估的基础上，对结构的组成部分进行耐久性评估。

第三级评估∶在对组成部分进行评估的基础上，对整体结构进行耐久性评估。

（1）确定桥梁评估对象各个层次的因素集

对被评估的结构进行分析，将既有桥梁结构分为I个组成部分，每个组成部分分为m个构件，每个构件有n个影响因素，即：

根据图1 所示的模糊综合评估模型，建立模糊综合评估的因素集。

其中调治构造物是指为引导或改变水流方向，使水流平顺地通过桥孔以减缓水流对桥位附近河床、河岸的冲刷而修建的水工构造物。如∶导流堤、梨形坝、长堤、丁坝、川页坝、截水坝等。将其归入下部结构。

（2）确定桥梁耐久性等级的评估集

无论评估层次和影响因素有多少个，其所引起的评估集只有一个集合，因此对结构、组成部分、构件以及影响因素来说，其评估集都是相同的。根据混凝土结构的耐久性差异，可将既有结构的耐久性分为良好、较好、较差、差、危险5个等级.

（3）建立因素权重集

在模糊综合评估中，因素的权重至关重要，尤其像混凝土系统耐久性，影响因素多，同层次之间、各个影响因素之间的相对重要程度，往往难以把握，即使依赖专家经验，也难以排除人为因素的影响。已反映了各个因素在综合评估中所占有的地位或所起的作用，直接影响综合评估的结果。

运用层次分析法确定初始权重后，提出了对第一级评估权重根据影响因素实际检测结果进行修正的更加合理确定权重的方法。对第三级评估权重，把变权原理引入到评估中，对模糊综合评估结果进行分析处理，再根据最大隶属度确定被评估对象的等级归属。对第二级的权重未加处理，采用专家给出的初始权重。

（4）模糊综合评估

这是对既有桥梁结构各构件层次的模糊综合评估，也是既有桥梁结构耐久性综合评估的最基木、最重要的部分。由于对既有桥梁结构耐久性的三级模糊综合评估是按影响因素、构件、组成部分、整体结构的层次顺序由下向上逐级进行的。

前一级模糊综合评估的结果是后一级综合评估的输入数据，即后一级综合评估的结果正确与否是由前一级模糊综合评估决定的，因此最底层因素的模糊综合评估是对既有桥梁耐久性模糊综合评估的基础，已有的评估结果正确与否对整个既有桥梁耐久性的最终评估起着至关重要的作用。

（5）耐久性整体损伤值

由于影响结构耐久性因素的多样性、复杂性、不确定性，目前耐久性研究大多基于模糊数学等理论，所以评估的结果是一个向量而非一个点值。这就为如何由评估的结果向量确定出桥梁耐久性的整体损伤值提出了问题。 采用加权平均法把评估结果向量转化为确定的量值。对各个评估等级进行加权平均，取此平均值作为评估结果，即整体损伤值。

对于既有钢筋混凝土桥梁结构，在定期进行检测后，根据模糊综合评估结果，即可获得既有桥梁按定期时间间隔的耐久性整体损伤值序列，然后用基于灰色动态系统理论的剩余使用寿命预测理论进行既有钢筋混凝土桥梁结构剩余使用寿命的预测。

通过对模糊综合评估结果进行分析处理，从而最终确定被评估对象的等级归属。模糊综合评估结果为一个模糊子集，是与评估等级集对应的一组隶属度数值，它可以反映出该结构耐久性在评估等级集中所处的等级情况，通常在各个级别中可能都有一分值分布，这些分值反映了该结构耐久性隶属于各个级别的程度大小。

实际上，人脑对客观事物进行评估时所运用的并不是常权。在一个评估过程中，人们对客观事物的评估要随着过程的具体变化而不断变化。以可行性和重要性而论，当可行性程度很低时，“重要性”的权重也要相应降低，同时当一件事情的重要性很低，即使再容易做到，也不应该去做，即“可行性”权重应降低。两者的权重会随着两者的变化而变化，这就是一种变权。

变权综合与常权综合的不同之处就在于，变权综合仅考虑了对各目标相对重要性的偏好，而且考虑了目标对均衡程度的偏好。一般情况下，目标越均衡越好。

4 结语

随着当前大量既有钢筋混凝土桥梁结构耐久性问题越来越突出，对耐久性评估方法的研究已引起行业内和工程界的普遍关注。在总结目前国内外混凝土评估研究成果的基础上，对既有钢筋混凝土桥梁结构耐久性评估和剩余使用寿命预测进行了研究，具有普遍的实用性。

[1]金伟良，赵羽习，混凝上结构耐久性[M]，北京∶科学出版社，2002,1-9.

[2 牛荻涛，混凝上结构耐久性与寿命预测[M]，北京∶科学出版社，2003,164-179.

[3]金伟良，赵羽习，混凝上结构耐久性研究的回顾与发展，浙江大学学报，2002,36(4)∶371-380.

[4]J.Glanville,A.Neville,Prediction of Concrete Durability,London∶E&FN Spon,1997,15-42.

[5]庄锁法，基于层次分析法的综合评价模型，合肥土业大学学报，2000,23 (4)