預應力混凝土簡支箱梁的多級模糊綜合評定方法

黃桂 林范宇

預應力混凝土簡支箱梁的多級模糊綜合評定方法

黃桂 林范宇

預應力簡支箱梁的分項工程驗收特定標準和規范對其描述得較少。但因其外觀簡潔，輕便省材且施工難度小，被廣泛利用。但在近些年的工程當中，箱梁的質量，尤其是外觀出現很多問題。以哈爾濱地區某高架橋為例，對影響預應力簡支箱梁的各組成材料的形態、外觀，采用模糊數學的理論，做出了一套完整的多級模糊綜合評價方法，利用系統模糊理論建立了預應力混凝土簡支箱梁的綜合評價體系。該評定方法不僅考慮了天氣的因素，并且兼顧了經濟等主要部分，簡化了錯綜復雜的預應力簡支箱梁的評估工作，科學而實用。

預應力簡支箱梁 多級模糊綜合評價方法 系統模糊理論 評價體系

一、引言

預應力簡支箱梁因其外觀簡潔、輕便省材且施工難度較小、經濟省材，是近年來鐵路、公路、市政橋梁中普遍使用的一種橋梁上部結構形式1。預應力簡支箱梁因構件截面小，并且能利用高強材料，自重彎矩占總彎矩比重下降很多，橋梁的跨越能力得到明顯的改善。與鋼筋混凝土梁橋比較后，跨徑一般可提高30～40%。由于全預應力混凝土梁在使用荷載作用下不會出現裂縫，即便是部分預應力混凝土梁在使用荷載作用下也不明顯。因此在構件全截面工作下，梁的剛度要比通長開裂的混凝土要大。因此可顯著減少預應力梁的建筑高度，并且可以把大跨徑橋梁做得美觀2。對于預應力簡支箱梁的橋梁來說，基本性能和構造要求就越來越嚴格。由于近代橋梁工程中，預應力簡支箱梁占總工程的比重越來越大，因此，建設優質工程來說，建立一套完整的預應力簡支箱梁的綜合評價方法，提高預應力簡支箱梁的整體水平，提高預應力簡支箱梁預制的規范化、標準化具有重要作用，對于經濟方面的影響也有很大的因素。

我國地區跨度比較大，東北地區屬于季節性凍土區或是寒冷地區。環境變化和晝夜溫差較大，對于預應力簡支箱梁的要求比較高。用來防止混凝土的常規性及溫差引起的破壞。

目前預應力簡支箱梁的具體評定方法有，現場檢查，而承載能力的評定方法要通過靜載試驗來完成，是一種以試驗和計算機相結合的評定方法。但其不利之處在于獲得周期比較長，這就增加了寒冷地區預應力簡支箱梁的檢測成本和難度3。

如何評價現有寒區預應力簡支箱梁的結構性能和承載能力，已經引起普遍關注。準確評定其性能和承載能力，對于寒區預應力簡支箱梁來說變得很重要。本文采用的系統模糊性評定是對寒區預應力簡支箱梁的性能和承載能力用數學的方法來研究和處理，使評定結果更為客觀準確4。

二、預應力簡支箱梁的評定方法

預應力簡支箱梁在預制和安裝過程，會出現不同的病害或者強度不足，為了確定預應力簡支箱梁的各部分指標，首先對影響因素進行權重的劃分，然后根據專家給出的經驗，對各組成部分進行權重的劃分，接著根據專家經驗，應對各單項指標給出評分，最后綜合各個部分來評定5。

（一）單項因素評價指標的權重確定

影響預應力箱梁的單項因素評價指標可分為兩大類，即外觀形態指標、材質形態指標。單項因素指標的權重值，可由預應力簡支箱梁各部分變化的影響來確定。通過對比分析，影響預應力箱梁的外觀和形態兩大指標的權重值如表1。

表1 單項因素評價指標權重值表

（二）單項指標的評分值確定

單項指標的評分值確定是對預應力簡支箱梁各檢驗部分的量化，是最終確定預應力簡支箱梁各組成部分的依據。對于位于寒區的預應力簡支箱梁的各部分的評分值可參考表2、表3。

表2 外觀形態類指標評分一覽表

表3 材質形態類指標評分一覽表

（三）各組成構件的確定

由于構件的外觀形態參數和材質形態參數是相互獨立的，因此在評判預應力簡支箱梁的過程中，將預應力簡支箱梁的某部分與兩類參數相應的評分值相乘，就得到該部分的評分值6。

式中：Fj—表示為某部分的評分；

EAi/EBi—分別表示外觀形態類和材質性態類某單項指標評分；

WAi/WBi—分別表示外觀形態類和材質性態類單項評價指標所對應的權重；

三、預應力簡支箱梁的綜合評定方法

首先按照箱梁的檢測的基本順序（如梁端部、粱中部、梁頂）的各構件形態構造出評價矩陣，然后用各構件的權重集求得相應的評判結果，評判結果求出后，再構造出評判矩陣，從而得到預應力簡支箱梁的評價程度7。評判圖框如圖1所示。代表影響因素權重集，代表影響因素評判矩陣，代表評判的結論，下標表示影響因素的層次關系。

圖1 預應力簡支箱梁綜合評判框圖

（一）各組成部分評價指標的權重確定

在詳細地分析了寒區預應力簡支箱梁一些指標的影響因素后，根據各部分的組成情況，及檢測標準，依據相關工程質量驗收規范，確定各組成部分對預應力簡支箱梁評價指標的權重8。

對于預應力簡支箱梁的評價體系而言，判斷箱梁結構的程度，梁端部和梁中部比梁頂要重要的多，可近似取預應力簡支箱梁各部分的權重集A~=｛0.4，0.4，0.2｝。

在圖1中，A

表4 預應力簡支箱梁各組成部分評價指標權重一覽表

（二）預應力簡支箱梁分項模糊判定

首先對檢測的預應力簡支箱梁各組成部分的權重確定，然后運用分層模糊評判來確定各分部結構的程度，具體計算步驟如下：

第一步：建立因素集：XT=｛x1，x2，…xn｝（2）

元素xi表示預應力箱梁各部分的得分。

第二步：建立評價集：Y=｛y1,y2,y3｝（3）

元素yi表示參選評價指標。根據JTGF80/1—20094《公路工程質量檢驗評定標準》橋梁技術狀況評定標準，按分項工程的評分值為三類，即：

y1（一類）：外觀和材質符合設計指標，合格；

y2（二類）：外觀和材質達到設計指標，需要進行保養，合格；

y3（三類）：外觀和材質比設計降低10%以上，需要進行中修，為不合格9。

第三步：建立評價矩陣：

預應力簡支箱梁各部分影響因素與評價指標的對立關系建立隸屬函數：

X→f（Y）

即：X→ri1/y1+ri2/y2+…rij/yj+rim/ym(4）

因此可確定單因素評判矩陣：

式中：n—因素項目數；

rij—表示XT中i個因素相對于第j個評價的隸屬函數。第四步：建立權重矩陣：

A=（a1,a2,…ai…an）（6）

式中：A—XT集合上的權分配模糊向量；

ai—表示XT中xi因素的權重，且權重值可按本文上述介紹選取。

第五步：計算：

運用模糊數學方程AR=B，可求得矩陣B：

則稱B*為分項評判結果。取用預應力箱梁的分項結構中最大的一個元素，根據最大隸屬度原則，可確定預應力箱梁的各部分結構的損傷程度B：

B=max(bi/b*)(i=1,2,3,4,5)（9）

（三）預應力簡支箱梁的整體模糊評定

可由預應力箱梁各組成部分作出分項評判后，進行預應力簡支箱梁的整體評判。

建立預應力箱梁的權重集：A=(a1,a2,…an)

求得的分部評判向量，然后進行綜合評判矩陣。該矩陣乘以權重向量，最后得到預應力箱梁整體折減的模糊矩陣C:

最大隸屬度的原則，可確定預應力簡支箱梁整體折減程度C：

C=max(ci)(i=1,2,…,n)（11）

最后根據預應力簡支箱梁的整體折減程度，評定結構屬于評價集Y中的哪一類。

四、評價實例

以哈爾濱地區某高架橋為例，該工程預制箱梁比較多，各分部結構的評定方法如上所述，下面介紹下各級的評判：

1.一級（各組成部分）評判。根據實驗測得的數據，用模糊數學分析得到的構件評分如：

各組成部分的權重可按照預應力箱梁的各分項組成部位相對比值，得到其不同部分的權重集如：

2.二級（預應力簡支箱梁各分部結構）評判。根據梁端鋼筋銹蝕、梁端截面尺寸、梁中部混凝土強度等一級評判結果可以構造出預應力簡支箱梁結構的評判矩陣：

上述方法與傳統方法比較，結果完全一致。

五、小結

本文在充分利用現場試驗數據、理論分析的理論，對預應力簡支箱梁各組成構件評分的基礎上，利用模糊數學的方法從諸多因素對嚴寒地區的預應力箱梁進行綜合評估。將此評定方法應用到預應力簡支箱梁的驗收和評定工作中去，此方法與JTGF80/1—2004《公路工程質量檢驗評定標準》預應力簡支箱梁的驗收方法相對比，其評定結果完全一致。因此該方法既能節約成本，縮短了評定周期，而且也滿足了預應力箱梁的復雜評估要求，能客觀地評估了預應力簡支箱梁的實際狀況。

注釋：

1周鵬程.后張法預應力橋梁施工技術[J].北京：交通世界（建養、機械），2012（11）

1姜瑋蔚.現代預應力技術在橋梁結構中的應用[J].科技風，2010.

3高宇.在用混凝土橋梁構件耐久性指標體系的研究[D].重慶交通大學，2012.

4賀拴海，王凌波.在役預應力梁橋殘余承載力評估方法研究[D].長安大學，2011.5.

5王宗林，盛可鑒.簡支轉連續梁橋的幾個關鍵問題的研究[D].哈爾濱工業大學，2013.1.

6項貽強，龔世康.簡支連續小箱梁橋施工質量與影響因素分析[D].浙江大學，2007.5.

7季文玉，張彥玲.鋼筋混凝土組合梁負彎矩區受力性能及開裂控制的試驗及理論研究[D].北京交通大學，2009.6.

8郝培峰，于松廷.基于多因素評價的管理系統[D].東北大學，2010.5

9孫全勝，常繼峰.公路橋梁承載能力多級模糊綜合評定方法[J].交通運輸系統工程與信息，2007.6.

（作者單位：東北林業大學 黑龍江哈爾濱 150040；黃桂林，博士，副教授，碩士生導師；范宇，在讀碩士）

（責編：若佳）

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1004-4914（2014）10-287-03