鋼筋混凝土結構耐久性評估的研究

張 凝(甘肅農業大學基建處，甘肅 蘭州 730070)

1 引言

目前混凝土結構耐久性評估方法主要可以分為3 類：①根據結構檢測和監測結果，由有經驗的技術人員作出評估，這就是所謂的傳統經驗法：②隨著基礎科學和計算機學科的發展，借助于模糊數學、神經網絡等人工智能手段的綜合評估方法∶③基于可靠度理論的混凝土結構耐久性評估法。概括來說就是思想方法上的四個結合，可以將其稱為定性定量相結合的綜合集成方法。即在思想方法上做到∶①多學科知識結合∶②定性研究和定量研究結合∶③科學理論知識與經驗知識結合：④宏觀性研究與微觀性研究結合。

對已有的各種結構耐久性評估方法進行研究和分析的基礎上，擬將評估等級分為5個等級，給出服從梯形或半梯形分布的隸屬函數，來確定構件耐久性影響因素對各個等級的隸屬度；運用層次分析法確定初始權重后，將提出根據影響因素實際檢測結果進行權重修正的更加合理確定權重的方法；把變權原理引入到評估中，對模糊綜合評估結果進行分析處理，再根據最大隸屬度確定被評估對象的等級歸屬；建立既有鋼筋混凝上橋梁結構耐久性的模糊綜合評估模型。

對既有鋼筋混凝土耐久性評估大致分為實際調查、耐久性檢測和進行耐久性評估3個部分。

2 模糊綜合評估模型

基于層次性原則，參照現行《危險房屋鑒定標準》，將結構劃分成上部結構、下部結構、房面及附屬設施2個組成部分。如圖1 所示。

圖1 混凝土模糊評估模型

由于影響鋼筋混凝土橋梁結構耐久性的因素很多，而且各個因素之間又相互影響。如果將所有因素放在同一層次進行考慮，采用單級模糊評估，則難以比較既有橋梁結構各構件層次之間的優劣次序，得不出有意義的評估結果。因此對既有橋梁結構這種復雜系統來說，要對其耐久性做出綜合評估，應根據混凝土結構的特點和耐久性綜合評估的要求，將混凝土結構系統和其影響因素進行細分歸類，形成一種條理清晰、相互關聯的有序多層次的綜合評估模型，從而對既有橋梁結構的耐久性做出符合實際的綜合評估。

3 鋼筋混凝土結構模糊綜合評估步驟

由于影響既有鋼筋混凝土結構耐久性的因素很多，而且各個因素之間有相互影響。如果將所有因素放在同一層次進行考慮，采用單級模糊評估，則難以比較既有結構各構件層次之間的優劣次序，得不出有意義的評估結果。因此對既有結構這種復雜系統來說，要對其耐久性做出綜合評估，應根據既有結構的特點和耐久性綜合評估的要求，將既有結構系統和其影響因素進行細分歸類，形成一種條理清晰、相互關聯的有序多層次的綜合評估模型，從而對既有結構的耐久性做出符合實際的綜合評估。

影響既有鋼筋混凝土結構耐久性的因素很多，因此，在對既有鋼筋混凝土結構耐久性進行模糊綜合評估時，采用多級模糊綜合評估比較合適。

第一級評估∶依據各影響因素，對結構的構件進行耐久性評估。

第二級評估∶在對構件進行評估的基礎上，對結構的組成部分進行耐久性評估。

第三級評估∶在對組成部分進行評估的基礎上，對整體結構進行耐久性評估。

（1）確定橋梁評估對象各個層次的因素集

對被評估的結構進行分析，將既有橋梁結構分為I個組成部分，每個組成部分分為m個構件，每個構件有n個影響因素，即：

根據圖1 所示的模糊綜合評估模型，建立模糊綜合評估的因素集。

其中調治構造物是指為引導或改變水流方向，使水流平順地通過橋孔以減緩水流對橋位附近河床、河岸的沖刷而修建的水工構造物。如∶導流堤、梨形壩、長堤、丁壩、川頁壩、截水壩等。將其歸入下部結構。

（2）確定橋梁耐久性等級的評估集

無論評估層次和影響因素有多少個，其所引起的評估集只有一個集合，因此對結構、組成部分、構件以及影響因素來說，其評估集都是相同的。根據混凝土結構的耐久性差異，可將既有結構的耐久性分為良好、較好、較差、差、危險5個等級.

（3）建立因素權重集

在模糊綜合評估中，因素的權重至關重要，尤其像混凝土系統耐久性，影響因素多，同層次之間、各個影響因素之間的相對重要程度，往往難以把握，即使依賴專家經驗，也難以排除人為因素的影響。已反映了各個因素在綜合評估中所占有的地位或所起的作用，直接影響綜合評估的結果。

運用層次分析法確定初始權重后，提出了對第一級評估權重根據影響因素實際檢測結果進行修正的更加合理確定權重的方法。對第三級評估權重，把變權原理引入到評估中，對模糊綜合評估結果進行分析處理，再根據最大隸屬度確定被評估對象的等級歸屬。對第二級的權重未加處理，采用專家給出的初始權重。

（4）模糊綜合評估

這是對既有橋梁結構各構件層次的模糊綜合評估，也是既有橋梁結構耐久性綜合評估的最基木、最重要的部分。由于對既有橋梁結構耐久性的三級模糊綜合評估是按影響因素、構件、組成部分、整體結構的層次順序由下向上逐級進行的。

前一級模糊綜合評估的結果是后一級綜合評估的輸入數據，即后一級綜合評估的結果正確與否是由前一級模糊綜合評估決定的，因此最底層因素的模糊綜合評估是對既有橋梁耐久性模糊綜合評估的基礎，已有的評估結果正確與否對整個既有橋梁耐久性的最終評估起著至關重要的作用。

（5）耐久性整體損傷值

由于影響結構耐久性因素的多樣性、復雜性、不確定性，目前耐久性研究大多基于模糊數學等理論，所以評估的結果是一個向量而非一個點值。這就為如何由評估的結果向量確定出橋梁耐久性的整體損傷值提出了問題。 采用加權平均法把評估結果向量轉化為確定的量值。對各個評估等級進行加權平均，取此平均值作為評估結果，即整體損傷值。

對于既有鋼筋混凝土橋梁結構，在定期進行檢測后，根據模糊綜合評估結果，即可獲得既有橋梁按定期時間間隔的耐久性整體損傷值序列，然后用基于灰色動態系統理論的剩余使用壽命預測理論進行既有鋼筋混凝土橋梁結構剩余使用壽命的預測。

通過對模糊綜合評估結果進行分析處理，從而最終確定被評估對象的等級歸屬。模糊綜合評估結果為一個模糊子集，是與評估等級集對應的一組隸屬度數值，它可以反映出該結構耐久性在評估等級集中所處的等級情況，通常在各個級別中可能都有一分值分布，這些分值反映了該結構耐久性隸屬于各個級別的程度大小。

實際上，人腦對客觀事物進行評估時所運用的并不是常權。在一個評估過程中，人們對客觀事物的評估要隨著過程的具體變化而不斷變化。以可行性和重要性而論，當可行性程度很低時，“重要性”的權重也要相應降低，同時當一件事情的重要性很低，即使再容易做到，也不應該去做，即“可行性”權重應降低。兩者的權重會隨著兩者的變化而變化，這就是一種變權。

變權綜合與常權綜合的不同之處就在于，變權綜合僅考慮了對各目標相對重要性的偏好，而且考慮了目標對均衡程度的偏好。一般情況下，目標越均衡越好。

4 結語

隨著當前大量既有鋼筋混凝土橋梁結構耐久性問題越來越突出，對耐久性評估方法的研究已引起行業內和工程界的普遍關注。在總結目前國內外混凝土評估研究成果的基礎上，對既有鋼筋混凝土橋梁結構耐久性評估和剩余使用壽命預測進行了研究，具有普遍的實用性。

[1]金偉良，趙羽習，混凝上結構耐久性[M]，北京∶科學出版社，2002,1-9.

[2 牛荻濤，混凝上結構耐久性與壽命預測[M]，北京∶科學出版社，2003,164-179.

[3]金偉良，趙羽習，混凝上結構耐久性研究的回顧與發展，浙江大學學報，2002,36(4)∶371-380.

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

[5]莊鎖法，基于層次分析法的綜合評價模型，合肥土業大學學報，2000,23 (4)