基于多級(jí)模糊綜合理論的橋梁抗震安全性評(píng)價(jià)

丁加亮，李松長，喻鯤鵬，張海行

(中鐵隧道集團(tuán)三處有限公司，廣東 深圳 518000)

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基于多級(jí)模糊綜合理論的橋梁抗震安全性評(píng)價(jià)

丁加亮，李松長，喻鯤鵬，張海行

(中鐵隧道集團(tuán)三處有限公司，廣東 深圳 518000)

摘要:在對(duì)影響橋梁抗震性能的因素進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，選取了26項(xiàng)對(duì)橋梁抗震安全性影響較大的子因素作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，從橋梁結(jié)構(gòu)、基坑設(shè)計(jì)、維修養(yǎng)護(hù)、抗震設(shè)備和場地條件等5個(gè)方面，建立了橋梁抗震多級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)體系，并對(duì)廣州市某一特大橋抗震安全性的進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，多級(jí)模糊綜合理論評(píng)價(jià)方法的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際橋梁服役情況相符合，維修養(yǎng)護(hù)是此橋梁抗震安全性的薄弱環(huán)節(jié)，多級(jí)模糊綜合理論的評(píng)價(jià)方法為建筑及其他工程抗震防災(zāi)方面的提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞:橋梁；權(quán)重；模糊評(píng)判；抗震

隨著我國交通運(yùn)輸事業(yè)的快速發(fā)展，橋梁的建設(shè)取也取得了舉世矚目的成就，截至2013年年底，我國公路橋梁總量為731 021座，共計(jì)39 106 440 m。隨著地震災(zāi)害的頻繁發(fā)生，尤其是汶川8.0級(jí)地震使許多橋梁受到嚴(yán)重破壞。

已有許多學(xué)者對(duì)橋梁抗震安全性評(píng)價(jià)做了一些研究，馬亞麗[1]等人采用多級(jí)模糊綜合評(píng)判的方法建立了橋梁的健康評(píng)判模型，分析了健康狀況；楊則英[2]等人采用模糊綜合評(píng)判和層次分析法建立了橋梁安全性評(píng)價(jià)模型，分析橋梁的安全狀況。劉沐宇[3]等人采用多級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)方法分析了橋梁生命周期環(huán)境影響；孫穎[4]等人采用模糊層次分析法建立震害評(píng)估模型，預(yù)測在地震作用下橋梁可能出現(xiàn)的破壞情況。楊偉軍[5]等人采用云理論模型分析了橋梁施工安全風(fēng)險(xiǎn)；陳江[6-8]，張彬[9]等人采用模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)的方法分析了山嶺隧道抗震安全性，并得出影響山嶺隧道抗震的重要因素。本文通過建立多級(jí)模糊綜合評(píng)判模型，確定權(quán)重和隸屬度，從而得出一般橋梁抗震性能的評(píng)價(jià)方法，并采用某橋梁實(shí)例的評(píng)價(jià)來加以說明。

1建立綜合評(píng)價(jià)體系

我國對(duì)橋梁制定了相關(guān)的抗震防災(zāi)規(guī)范，依據(jù)《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》(JTG/TB02-01-2008)，針對(duì)全國各地地震發(fā)生、分布的特點(diǎn)，運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)的方法，從抗震設(shè)計(jì)、抗震設(shè)備、場地條件、橋梁結(jié)構(gòu)和維修養(yǎng)護(hù)等5個(gè)方面對(duì)廣州市某特大橋抗震安全性進(jìn)行了定性評(píng)價(jià)[6-8]，如表1所示。

1.1　建立影響因素集

將影響橋梁抗震安全性狀況的各因素用因素集A表述，A中因素按其不同性質(zhì)劃分為5類，即A中有5個(gè)子集：

A={A1,A2,…,A5}。

(1)

設(shè)每個(gè)子集包括n個(gè)因素，在本文的評(píng)判中，因素集取為A={抗震設(shè)計(jì)、抗震設(shè)備、場地條件、橋梁結(jié)構(gòu)、維修養(yǎng)護(hù)}，建立因素集及其子集An的基本模型見表1[8-9]。

1.2　評(píng)判集的建立

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況和借鑒國內(nèi)外相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，把橋梁抗震安全性分為非常安全、安全、一般、較危險(xiǎn)和危險(xiǎn)5個(gè)等級(jí)，向量表示為V=(v1,v2,v3,v4,v5)，橋梁抗震安全性 等級(jí)“非常安全”的得分范圍為 [100,90]，等級(jí)“安全”的得分范圍為(90,75]，等級(jí)“一般”的得分范圍為(75,65]，等級(jí)“較危險(xiǎn)”的得分范圍為(65,50]，等級(jí)“危險(xiǎn)”的得分范圍為<50[8-9]。

1.3　評(píng)價(jià)權(quán)重和隸屬度的確定

采用模糊統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行隸屬度rnm的確定。統(tǒng)計(jì)計(jì)算結(jié)果可表示為：

表1　廣州市某橋梁抗震性能評(píng)價(jià)因素和處理結(jié)果

(2)

子因素權(quán)重系數(shù)和因素權(quán)重系數(shù)A由專家調(diào)查法進(jìn)行確定。

1.4　多級(jí)模糊綜合評(píng)判模型的建立

建立橋梁抗震安全性評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)計(jì)算模型[9]：

(3)

最后根據(jù)橋梁抗震安全性等級(jí)V計(jì)算得出的總分為：

C=V·BT。

(4)

2實(shí)例評(píng)價(jià)

為了對(duì)橋梁的抗震安全性進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，本文對(duì)廣州市某特大橋從抗震設(shè)計(jì)、抗震設(shè)備、場地條件、橋梁結(jié)構(gòu)和維修養(yǎng)護(hù)等5個(gè)方面26子因素進(jìn)行計(jì)算和分析．通過對(duì)橋梁方面相關(guān)專家和橋梁設(shè)計(jì)人員的統(tǒng)計(jì)分析處理，確定本實(shí)例的隸屬度和權(quán)重系數(shù)。

A1=(0.45,0.23,0.32)；

A2=(0.28,0.23,0.16,0.19,0.14)；

A3=(0.12,0.23,0.24,0.14,0.27)；

A4=(0.13,0.08,0.06,0.09,0.15,0.08,0.10)；

A5=(0.27,0.23,0.21,0.29)；

A=(0.27,0.16,0.18,0.25,0.14)；

一級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為：

表2　橋梁抗震安全性評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)劃分

表3　廣州市某橋梁抗震安全性評(píng)價(jià)的一級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)計(jì)算結(jié)果

B1=A1·S1=(0.209,0.213,0.268,0.187,0.123);

B2=A2·S2=(0.179,0.221,0.268,0.183,0.149);

B3=A3·S3=(0.237,0.153,0.253,0.170,0.187);

B4=A4·S4=(0.201,0.209,0.284,0.196,0.110);

B5=A5·S5=(0.179,0.265,0.289,0.077,0.167)。

一級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)矩陣可以表示為：

橋梁抗震安全性的評(píng)價(jià)等級(jí)(見表2)，即V=(100, 90, 75, 65, 50)，則一級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)計(jì)算模型為Ci=Bi·VT，如表3所示。

二級(jí)綜合模糊評(píng)價(jià)計(jì)算結(jié)果：

B=A·R=(0.203 00.209 80.272 20.170 20.141 6)。

則模糊綜合評(píng)判C為：

C=B·VT=77.74。

(5)

即該橋梁抗震安全性評(píng)判總分為77.74，抗震安全性等級(jí)為安全等級(jí)。

3結(jié)論

(1)由表3可知，從抗震設(shè)計(jì)、抗震設(shè)備、場地條件、橋梁結(jié)構(gòu)等因素看，該橋梁的抗震安全性等級(jí)達(dá)到了安全水平(分?jǐn)?shù)大于75)。其中抗震設(shè)計(jì)的得分最高為81.475，維修養(yǎng)護(hù)得分最低為77.235，但是維修養(yǎng)護(hù)為73.780 (分?jǐn)?shù)小于75)只達(dá)到一般水平，所以應(yīng)加強(qiáng)橋梁的維修養(yǎng)護(hù)，從而進(jìn)一步提高橋梁抗震能力和延長橋梁的使用壽命。

(2)采用多級(jí)模糊綜合理論的評(píng)價(jià)方法對(duì)橋梁抗震安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)，可以將各種影響橋梁抗震性因素包括在內(nèi)。在本文實(shí)例中，維修養(yǎng)護(hù)是一項(xiàng)影響橋梁抗震安全的主要因素。該多級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)模型也可用于建筑及基坑等工程。

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Anti-seismic Assessment for Bridge Based on Multi-level Fuzzy Comprehensive Evaluation

Ding Jialiang, Li Songchang, Yu Kunpeng and Zhang Haihang

(ChinaRailwayTunnelGroupSANCHUCO.,LTD,Shenzhen518000,China)

Abstract:Through the analysis of the factors which affect bridge anti-seismic, 26 sub-factors are selected, and evaluation index system is set up for bridge seismic from bridge structure, seismic design, repair maintenance, seismic equipment and site condition five aspects, a bridge seismic safety is analyzed in Guangzhou city. The results show that the conclusion of multi-level fuzzy comprehensive evaluation is consistent with the actual situation, and repair maintenance is the weakest link, multi-level fuzzy comprehensive evaluation method can provide reference for the prevention of building and other projects.

Key words:bridge; weight; fuzzy evaluation; anti-seismic

作者簡介：丁加亮(1983-)，男，江蘇淮安人，高級(jí)工程師，主要從事土木工程方面的施工與管理工作. E-mail: 981750161@qq.com

基金項(xiàng)目：中國中鐵股份有限公司科技開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2012-19)

收稿日期：2015-07-03修回日期：2015-09-07

中圖分類號(hào)：U446.3；X43

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1000-811X(2016)01-0022-03

doi:10.3969/j.issn.1000-811X.2016.01.005