基于灰色聚类法的某公路混凝土桥梁耐久性评估

任忠英+李晓钟

摘要：基于灰色聚类评估理论，建立某公路混凝土桥梁的耐久性评估模型。依据《公路桥梁技术状况评定标准》选取了蜂窝麻面、剥落掉角、混凝土保护层厚度等十个参数作为综合评价指标，采用相似系数法确定指标的客观权重，根据《公路桥涵养护规范》，将耐久性划分为3个等级，然后构建白化权函数并结合实际观测值，通过对灰色聚类系数的计算，再得出某公路混凝土桥梁各跨梁体耐久性等级的评价结果。

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

关键词：灰色聚类法；公路混凝土桥梁；耐久性

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

中图分类号：U447 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）33-0213-03

0 引言

目前，混凝土结构是桥梁工程中应用最广泛的一种结构。随着桥梁运营时间的累积，桥梁结构受到外部自然环境、交通量的日益增长及河流的侵蚀等因素的影响，致使梁体抗力的衰减程度增大，耐久性会不断降低，甚至会影响到桥梁的安全性问题。国内外学者就混凝土桥梁的耐久性评估做了大量的研究，元成方、牛荻涛[1]建立了钢筋混凝土连续梁桥的层次结构模型，采用层次分析法确定评价指标的权重值，根据模糊数学的基本理论建立了桥梁耐久性指标的隶属函数。陈晶[2]等利用改进的三标度层次分析法及模糊可拓理论，建立了基于模糊可拓层次分析法的在役混凝土桥梁耐久性评估模型。李静斌[3]将变权理论与模糊综合评估方法相结合，评估混凝土桥梁耐久性。刘均利[4]等提出了一个基于灰色关联度和变权理论的评估方法，对在役双曲拱桥的耐久性技术状态进行了评估。本文在这些研究的基础上，采用了相似权法确定评价指标的权重，并且在灰色聚类理论的基础上对兰州某在役公路混凝土桥梁的耐久性进行评估。

1 灰色聚类评价模型

1.1 建立评价模型

1.3 评价指标权重的确定

用相似权法来确定评价指标的权重，相似权[7-8]是建立在单指标评价向量与综合指标评价向量相近程度的基础上确立的，能够更加客观的反映指标的权重。利用相似系数求权重的步骤如下。

2 确定桥梁耐久性评价指标体系

根据《公路桥梁技术状况评定标准》[9]中钢筋混凝土梁式桥上部承重构件和上部一般构件评定标准确定评价指标及界限值。

在表1中有4個定性指标X4、X6、X9、X10，其中X4、X6分为4类，通过专家打分法进行赋值：Ⅰ类（90～100），Ⅱ类（75～90），Ⅲ类（60～75），Ⅳ类（≤60），同理对X9、X10 进行赋值：Ⅰ类（95～100），Ⅱ类（85～95），Ⅲ类（65～85），Ⅳ类（45～65），Ⅴ类（≤45）。

3 实例分析

兰州城关黄河大桥是一座预应力钢筋混凝土连续箱梁桥，孔跨布置47m+3*70m+47m。现已该桥为例，取中间3跨梁体为样本进行研究，各评价指标实测值及定性指标得分如表1所示，对其进行耐久性等级评定。

参照现行《公路桥涵养护规范》[10]中桥梁技术状况评定等级标准，并且根据规范将混凝土桥梁结构耐久性评价分为3个灰类等级，E={e1，e2，e3}{Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ}。

3.1 建立3个样本的单指标白化权系数评价矩阵

则样本M1、M2、M3的等级得分为Q1=2.326，Q2=2.533，Q3=2.544，故样本M1、M2、M3的灰类等级为Ⅰ类，且3个样本的优劣顺序为M3，M2，M1。

4 结论

由于样本M1这一跨的梁体耐久性最差，所以在后期桥梁维护与检修过程中应当作为首要工作，其次是样本M2，最后是样本M3。

在综合相关文献研究的基础上，本文主要对兰州城关黄河大桥其中3跨梁体的耐久性作了一般性的理论分析，其结果是找出耐久性比较薄弱的桥跨梁体，然后用于指导后期桥梁的维护与检修。

参考文献：

[1]元成方，牛荻涛.基于AHP法和模糊综合评价的钢筋混凝土桥梁耐久性评估[J].西安建筑科技大学学报（自然科学版），2010.

[2]陈晶，鲍学英，赵延龙.基于模糊可拓层次分析法的在役混凝土桥梁耐久性评估[J].安全与环境学报，2015（4）：16-20.

[3]李静斌，张军锋，陈淮.考虑变权的桥梁模糊综合评定方法研究[J].河南科学，2010.

[4]刘均利，方志.基于灰色关联度的在役双曲拱桥耐久性综合评估[J].湖南大学学报（自科版），2010，37（9）：1-6.

[5]刘思峰等灰色系统理论及其应用[M].科学出版社，2010.

[6]刘思峰，谢乃明.基于改进三角白化权函数的灰评估新方法[J].系统工程学报，2011.

[7]晋民杰，王快，范英，等.一种基于相似系数的权重确定方法[J].太原科技大学学报，2015（1）：60-64.

[8]庞彦军，刘开第，张博文.综合评价系统客观性指标权重的确定方法[J].系统工程理论与实践，2001，21（8）：37-42.

[9]交通运输部公路科学研究院.公路桥梁技术状况评定标准[S].人民交通出版社，2011.

[10]陕西省公路局.公路桥涵养护规范[S].人民交通出版社，2004.

[11]鲍学英，王起才.灰色聚类法在再生混凝土粗骨骨料质量等级评价中的应用[J].土木建筑与环境工程，2014（03）：112-117.endprint