基于灰關聯分析的西藏橋梁病害與自然因素相關性研究

何明星，解玉俠，韓記明

(重慶長壽經濟技術開發區開發投資集團有限公司 重慶市 400000)

0 引言

做好橋梁運行安全監測工作并提出有針對性的處理建議非常重要，在西藏特殊的自然環境因素下，橋梁不僅僅承受車輛等動載影響，大部分時間遭受當地嚴峻的自然環境因素考驗，所以很有必要對特殊自然環境條件下的橋梁承載能力、病害與惡劣的自然因素進行相關性分析，對于具體區域采取有針對性的處理方法。通過對西藏22個區域的橋梁病害與自然因素[1-2]的相關性分析，具體分析出影響橋梁不同部位的自然因素重要性排序，有助于在橋梁的日常保養及加固方案有的放矢，節約投資。

1 基于灰關聯分析理論的評估方法

應用灰關聯分析方法[3-6]對西藏橋梁不同部位與自然環境因素進行相關性分析，通過最終計算結果可以得出影響橋梁不同部位的自然因素排序，根據排序結果可以對排序靠前影響性大的因素采取從設計階段考慮專門抵抗特定自然因素的材料配合比及施工工藝，從根本上減弱及消除自然因素對橋梁的影響。

1.1 評價指標選取

(1)選取橋梁部位指標

對影響橋梁使用功能、安全性能的重要指標作為本次的選擇重點，重點選擇的橋梁部位病害指標為橋面系、橋臺和橋墩、基礎、上部承重結構和其他部位(伸縮縫、欄桿、照明等)。

(2)選取自然環境因素指標

查詢相關資料，對西藏地區的自然因素進行篩選，根據常年的自然因素數據選擇的8個自然環境指標為高寒、高溫差、太陽輻射、日照長、降雨量、空氣濕度、凍土和大風，這幾個指標能完全反應出當地的惡劣氣候條件。

選擇相關指標后，應用灰關聯分析方法對橋梁數據與自然環境因素建立相關性分析，下面具體介紹一下該方法的計算步驟。

1.2 灰關聯分析方法計算步驟

1.2.1無量綱處理

因為每個數據單位不一樣，數據的大小對計算結果的準確性影響很大，所以在進行該方法分析前必須進行無量綱處理，保證計算結果準確性。應用式(1)、式(2)對數據進行無量綱處理：

(1)

式中，Yi為各子因素對均值化數列，Xi(k)為子因素序列。

(2)

式中，Yo為各母因素對均值化數列，Xo(k)為母因素序列。

1.2.2關聯系數的計算公式

ξi(k)=

(3)

式中，α為分辨系數,一般在0～1之間，大多數情況下取0.5。

1.2.3灰關聯度的計算公式

3……m

(4)

式中，ri為曲線Yi對Yo的關聯度，關聯度ri構成的序列r1

2 實例應用

通過統計西藏22個區域的自然環境因素(表1)，選取對橋梁部位有很大影響的代表性因素，結合橋梁不同部位病害數目(表2)，建立關聯度。

表1 西藏22個養護段的自然環境狀況

表2 22個公路段的不同橋梁病害的數目

根據式(3)、式(4)分別得出橋梁各部位與自然因素的灰關聯度數據如表3～表7所示。

表3 橋面系與自然因素的灰關聯度

表4 橋臺、橋墩與自然因素的灰關聯度

表5 基礎與自然因素的灰關聯度

表6 上部承重結構與自然因素的灰關聯度

表7 其他部位與自然因素的灰關聯度

從數據分析來看，橋面系的病害與大風、高寒、空氣濕度、降雨量、日照長等自然因素密切相關，符合實際情況，橋面的瀝青路面在長久的冷熱交替、干濕反復的環境下更容易產生橋面開裂、滲水等病害，建議橋面設計、施工時要考慮耐候、耐濕冷的材料，及時排水，保證橋面的清潔，防止病害產生。橋臺、橋墩、基礎、上部承重結構與大風、高寒、降雨量、凍土等自然因素密切相關，大風會增加橫向力，橋梁施工及運行過程中都會有偏心力影響，高寒、降雨、凍土等自然因素反復作用下會造成基礎沉降、混凝土開裂及鋼筋腐蝕等影響，對橋梁的安全運行造成很大的安全隱患，應該從設計上采用一些防開裂性能好、變形較好的材料，基礎設計采用筏板基礎或者擴大基礎等受凍融環境影響較小的基礎形式，平時加強日常養護工作，及時清理污泥、修復混凝土破裂部位及鋼筋的防腐處理。其它的病害(比如防撞墩、照明設施和伸縮縫等)與自然因素相關性比較大的有大風、降雨量等因素，大風帶來的塵土、垃圾等堵塞伸縮縫，加上降雨量的影響會對照明產生影響，平時加強維修更換即可，采用密封性能較好的路燈能起到事半功倍的效果。

3 結論

應用灰關聯分析方法對西藏自然環境與橋梁病害相關性進行分析，得出影響橋梁各結構部位的自然因素排序情況，可以針對橋梁具體部位提出具體的自然因素處理方案，有利于節約投資。此方法是一種能很好解決相關問題的實用性方法。