系统工程在及其理论基础在土木工程中的应用.doc

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系统工程在及其理论基础在土木工程中的应用

系统工程在及其理论基础在土木工程中的应用 层次分析法在桥梁评估中的应用 摘要:钢筋混凝土在其服役期间,因内外因素的影响,会造成混凝土桥梁不同程度的损伤。一般而言,服役期越长,其损伤就越严重。20世纪80年代以来,国内外学者对桥梁结构的安全性评价进行了广泛深入的研究,提出了层次分析法、神经网络分析法、灰色理论评价法、模糊综合评判法等。本文参考南宁市邕江一桥检测结果,阐述层次分析法在桥梁评估中的应用,并将之与其他评估方法进行比较。 关键词:混凝土桥梁;桥梁检测;层次分析法;评估;性能。 一.层次分析法理论介绍 层次分析法(Analytic Hierarchy Process,简称AHP) 图Ⅰ 评估指标层次结构示意图 判断 判断是确定指标评价体系中不可再分解的指标评语,即指标的的状态,包含以下两个问题。 (1)评价的等级确定 评价的等级确定,即对应于构件的某个状态划入哪个级别,例如,构件在达到何种状态时,该构件需要加固、大修等。这需要事先制定一个标准,工程师在对桥梁进行检测时,将拿构件的实际状态与这个标准相对比,以确定构件所属的状态。大型桥梁由于其构件繁多,不同的构件需要制定不同的等级标准,标准的制定时一个复杂的问题。 (2)用什么样的方法来量化等级标准 用什么样的方法来量化等级标准,即如何把语言表述转换为数字量。不同的评价方法需要的数字表达方式不同。评价等级的确定也以作为一个单独的工作拿出来研究,本案例不与探讨,仅提出一种等级划分模型(表1)。 层次分析法的一个重要特点是尽可能地将定性指标标准化,最大限度地削弱主观随意性的影响,这也是本案例运用层次分析法解决桥梁综合性能评定问题的出发点。根据桥梁的具体状况,将各项评价指标依重要程度定为9级标度,通常取1、3、5、7、9的分析标准,若有折衷,则取相邻两个表读的中间值。 表1 等级划分表 等级 优 良 中 差 劣 分值 7—10 6—7 5—6 3—5 0—3 3.综合 综合是计算各层元素对系统的合成权重,将单一准则下的权重进行合成,并逐层进行总的判断一致性检验。假定已经算出第K-1层上的nk-1个元素对于总目标的排序权重向量Wk-1,第K层上的nk个元素对第K-1层上所有元素为准则的排序权重向量Pk,那么第K层上元素对于总目标的合成排序权向量Wk由下列式给出: =PkWk-1 计算得出评判模型合成权重: 4.桥梁综合性能指标 桥梁安全性评价等级为了使指标系中的指标的不同状态具有衡量标准,需要给指标体系中的指标划分等级,实现给定等级标准,使不同工程之间具有可比性。 本案例把桥梁的安全性评价等级分为A、B、C、D、E五级:A级为优,表示符合安全及正常使用;C级为中,表示中度影响安全或正常使用;D级为差,表示严重不符国家现行的规范要求,已严重影响安全或正常使用;E级为劣,表示严重不符国家现行的规范的要求,已危及安全或不能正常使用,必须立即采取措施。各评价等级的涵义如表2所示。 综合性能指标: 式中: H——桥聊综合性能指标; n——影响因素的个数; Qi——各个影象因素的实际评分值,1≤Qi≤9,参考本节相关内容; Ui——各个影响因素的权重值。 表2 桥梁评定等级 评定等级 等级值 指标表达 养护措施 优 A 7≤H≤10 正常养护 良 B 6≤H?7 局部修补 中 C 5≤H?6 局部修复,加强监测 差 D 3≤H?5 中修,局部加固 劣 E H?3 暂停使用,经过专家进一步鉴定后做出相应的处理措施 用层次分析法对邕江一桥进行评估 1.邕江一桥概况 南宁市邕江大桥是一座悬臂式钢筋混凝土箱型薄壁结构桥梁,共分为七孔。桥梁全长365米,包括南北桥台主桥全长394.6米。车道净宽18米,两边人行道各宽3米,桥面总宽24米。桥梁下部结构设置两台六墩,北为埋式桥台,南为U形桥台,桥墩为钢筋混凝土双柱式,墩基础为分离式的钢筋混凝土圆形薄壁沉井。 1969年开始对裂缝全面调查,至1980年已发现4000余条长短大小不一的裂缝。1995年及1998年两次对全桥裂缝全面调查,裂缝数目、宽度仍在增长,共有裂缝5000余条,其中超过容许宽度0.3㎜‰,为了保证桥梁的安全,南宁市市政管理处委托广西大学土木建筑工程学院土木工程试验检查中心于2005年5月—10月对南宁市邕江一桥进行全面检测。 2.构造判断矩阵并计算权重 影响桥梁工作状态等级评定因素的重要性各不同,需要确定其权重,为此在建立递阶层次结构后,根据上下层次之间的隶属关系构造判断矩阵。即通过两两比较下一层次诸因素对上一层次某元素的相对重

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