基于不确定型层次法的中小跨径桥梁耐久性评估技术
基于非线性有限元的现役钢筋混凝土梁桥安全性评估
说明结构已无安全储备 。
表 2 各梁跨中截面最大拉应变实测值与计算值
测点位置
1# 2# 3# 4#
实测值 /mm 183 192 169 199
计算值 /mm 140 186 162 156
校验系数 ζ 1. 31 1. 03 1. 04 1. 28
图 11 荷载工况下的主应力示意图
— 76 —
土和钢筋的抗力衰减模型 , 可得出当前该桥材料特
性 , 有限元分析模型如图 6所示 。
图 7 Rüsch混凝土本构关系示意图
图 6 钢筋混凝土 T形梁桥的有限元模型示意图
图 8 钢筋本构关系示意图
2009年第 1期
杜 鑫等 : 基于非线性有限元的现役钢筋混凝土梁桥安全性评估
— 75 —
212 A n sys计算结果分析 通过非线性有限元计算 , 得出计算结果 , 与试验
图 1 钢筋混凝土简支 T梁桥横断面示意图
图 2 钢筋混凝土简支 T梁桥桥型布置示意图
112 测试项目 根据现场调查的情况以及桥梁现场的实际条件 ,
选择南岸第一跨作为试验跨 。考虑到结构的对称性 , 选取桥跨 6片 T形梁上游侧的 4 片 T形梁作为试验 梁 , 主要进行以下测试项目 :
(1) 主梁跨中截面在试验荷载下的应力 。 (2) 主梁跨中截面在试验荷载下的最大挠度 。 (3) 主梁在试验荷载下的裂缝发展情况 。 113 测点布置和加载方案 根据简支梁桥的受力特点 , 跨中截面为最不利截 面 , 因此作为测试截面 , 测点布置见图 3。试验荷载 采用试验汽车进行加载 , 荷载布设仅采用一种方式进行 加载 , 具体的车辆横向排列和纵向排列如图 4～图 5。 114 试验结果分析 静载试验得到的钢筋混凝土 T形梁桥挠度实测 结果如图 10所示 。根据挠度实测结果可得 , 最大挠 度发生在 3#梁 , f / l = 2186 /12 960 = 1 /4 531 < 1 /600, 满足设计规范要求 , 可以判断该桥整体性尚好 , 可满 足汽 —15级荷载的要求 。试验跨在荷载作用下 , 跨 中截面下缘混凝土最大拉应变的实测数据和各梁混凝 土截面应变分布曲线见图 12 ～图 13。 2#、 3#梁的裂
基于层次分析法的桥梁可靠度评估形式
法。一般使用加权算术平均计算，即为：
YC=WV+YV (6) 建立递阶层次结构的评估指标体系并确定各层次指标权重后，自
下 而上 逐层加 权 综 合，便 可由底层指 标 的状 态得到顶层目标 — —桥梁
的可靠度状态。
要对各指标进行准确的直接打分，则要求参与评估的各位专家能
够根据评估标准各指标的状况做出精确判断。由于实际问题比较复杂，
YC=W*VYV
(10)
相对常权综合方法，变权综合模式更接近专家评估的思维方式模
式，尤其更能突出指标体系中个别指标的明显变化，当桥梁个别构件出
现严重缺陷时，在总体评价结果中能有效体现出来，从而引起桥梁管理
与决策部门的重视。
4、结语
本文阐述了层次分析法的分析原理，着重讨论了层次分析法在桥
梁可靠度评估中的各种应用模式。可以看出，上述各种应用模式层次清
和评估方法两个方面对桥梁评估计算方法进行阐述。
2、层次分析法判断矩阵的构造
构造判断矩阵的方法有确定型判断矩阵和不确定型判断矩阵。
2.1确定型判断矩阵
建立递阶层次结构以后，上下层指标之间的隶属关系就被确定了。
以图1中C—V层次为例，通过下一层次指标V1、V2、…、Vn对上层次指标
C的重要性的两两比较，构造判断矩阵，以获得下层指标的权重。
这样对准则C，n个被比较指标构成了一个两两比较判断矩阵A=(ɑij)nn。 显然，判断矩阵V具有下述性质：
ɑij>0，ɑji=1/ɑij，ɑii=1。 以“和法”计算权向量，就是用C—V判断矩阵中n个列向量的算术
平均值作为权重：
∑ ∑ Wi
=
1 n
n j =1
aij
n
akj
桥梁健康评估模糊层次分析法的应用_罗阳青
以改正约束条件 w k > 0. 000 1。
根据实测情况和桥型特点 , 建立评估模型如图
1,模糊成对判断矩阵为对多位专家询问调查给出 ,
实测数据依据相关标准整理为评分 , 构造模糊判断 矩阵如下 (B 1 、 B 2 直接给出 ) :
[ 1, 1 ] [ 1 / 3, 1 / 2 ] [ 1, 1 ] [ 1 / 7, 1 / 5 ] [ 1, 3 ] [ 1, 1 ] [ 1 / 3, 1 ] [ 3, 5 ] [ 5, 7 ] [ 1, 1 ] [ 2, 3 ] [ 1, 3 ] [ 1, 1 ]
99
应用遗传算法 , 其中矩阵 U1 求得最优权向量为 W 1 = ( 0. 487, 0. 312, 0. 201 ) 。
[ 1, 1 ]
U1 =
[ 1, 2 ] [ 1, 1 ] [ 1 /2, 1 ]
[ 2, 3 ] [ 1, 2 ] [ 1, 1 ]
[ 1 /2, 1 ] [ 1 /3, 1 /2 ]
n n
m in F ( D ) =
D ik ∑ ∑ 1 1
i= n i= n i= k= n k= n k=
=
2
确定型层次分析法两两成对比较结果用一个确 定的数字表达 ,例如 C1 中裂缝和构件损伤重要性比 较 : 重要性 (裂缝 ) /重要性 (构件损伤 ) = 3, 表示专 家在评估时认为裂缝危害性比构件损伤产生的危害 性后果严重 ,但有时有几个专家评估 ,其危害性因学 识、 经历认为不同 ,或同一个专家对该事物表示难以 判断 , 这时需用一个区间数来表达 , 例如区间 [ 3,
1 层次分析法
1. 1 确定型层次分析法
桥梁结构的耐久性评估标准与实践案例分析
桥梁结构的耐久性评估标准与实践案例分析桥梁作为人类历史上最重要的交通工程之一，其耐久性评估标准及实践案例分析对于保障公共交通安全至关重要。
本文将针对桥梁结构的耐久性评估标准进行详细探讨，并借助几个实践案例进行分析，以充分展示我在建筑工程行业的专业和经验。
首先，桥梁结构的耐久性评估标准是建筑工程中不可忽视的重要指标。
因为桥梁通常承受着复杂的荷载和环境作用，同时也往往具有长期使用的特点，必须具备出色的耐久性能。
在评估桥梁结构耐久性时，我们需要考虑以下几个方面。
首先是结构材料的选择和使用。
桥梁常用的材料包括混凝土、高性能钢材等。
在选择材料时，需要考虑其强度、抗腐蚀性、耐久性等因素。
另外，材料的施工质量也是保证桥梁耐久性的重要因素，例如混凝土的浇筑、养护等工艺必须严格按照规范进行。
其次是桥梁结构的设计和施工。
桥梁的结构设计需要满足一系列的要求，如承载能力、刚度、稳定性等。
合理的结构设计能够减少结构受力集中，延长桥梁的使用寿命。
而施工过程中的质量控制和工艺操作也是影响桥梁耐久性的重要因素。
必须确保施工过程中的每一个环节都符合规范和要求，例如焊接、拼缝等工艺。
再次是桥梁的定期检测和维护。
桥梁作为大型的工程结构，往往存在着难以发现的缺陷和潜在的问题。
因此，定期的检测是必不可少的。
通过使用先进的检测技术，如无损检测、红外热像等，可以及早发现结构的问题，采取修复措施，避免事故的发生。
同时，定期进行维护保养也是延长桥梁寿命的重要手段。
以下是几个实践案例，可为我们详细阐述耐久性评估标准与实践案例的关系。
首先是港珠澳大桥。
作为世界上最长的跨海大桥之一，港珠澳大桥不仅承受着巨大的荷载，还需要抵御海水的腐蚀。
为了确保桥梁的耐久性，工程师们采用了世界最先进的材料和施工技术。
在设计中，他们充分考虑了强度、稳定性和耐久性等因素。
同时，他们还采用了先进的无损检测技术，定期对桥梁进行检测和维护，确保桥梁的安全性和耐久性。
第二个案例是北京大兴国际机场的跨海桥。
公路中小跨径旧桥检测及承载力评估方法
选择还有待进一步的研究［１４］。
Ｇｋ＝
２Δ Ｎ
Ｘｋ
２
（ ｋ＝０， １， ２， … ， Ｎ－ １）
ｋ） 对Ｇｋ作 窗 处 理 ，
得
Ｇｋ′＝
２ΔＫ０ Ｎ
Ｘｋ ２ （ ｋ＝０， １，
２， … ， Ｎ－ １） ；
ｌ） 对 Ｇｋ′作 补 零 修 正 ，
得 Ｇｋ″＝
２ΔＫ０ Ｎ
Ｎ Ｎ０
Ｘｋ ２ ＝
２ΔＫ０ Ｎ０
Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｍｅｄｉｕｍ－ ｓｍａｌｌ ｓｐａｎ ｂｒｉｄｇｅｓ； ｎｏｒｍａｌ ｔｒａｆｆｉｃ ｓｔａｔｅｓ； ｄｙｎａｍｉｃ ｔｅｓｔ； ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｏａｄ－ ｃａｒｒｙｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ
０ 引言 近年来， 随着国民经济的快速发展， 全国交通
静载试验法是通过在最不利截面进行加载， 利 用检测仪器测试桥梁结构的控制截面在荷载作用下 的应变、挠度变形、裂缝的变化， 并将测试结果与 结构理论计算值及规范的允许值进行比较， 计算出
散值的修正值Ｇｋ。
静载效率系数：
综上所述， 正常交通状态下的桥梁试验是在正 常交通的情况下采集的桥梁结构荷载反应， 可用以
要依据的是大量的定性信息和检测工程师的经验， ２．４ 专家系统评估方法
摘要： 通过阐述中小跨径旧桥检测及评估的重要性及其相关方法， 特别是基于动态测试的正常交通状态下旧桥的检测方
法， 而提出的中小跨径旧桥快速评估的综合法， 有助于为相关研究提供有益的思路。
关键词： 中小跨径旧桥； 正常交通状态； 动态测试； 检测及承载力评估
中图分类号： Ｕ４４１．２
文献标识码： Ａ
文章编号： １００２－ ４７８６（ ２００８） ０４－ ０１０２－ ０４
桥梁设计中的耐久性评估与管理
桥梁设计中的耐久性评估与管理随着我国道路和桥梁建设的飞速发展，桥梁作为交通基础设施的重要组成部分，已经成为现代交通运输的必要之物。
为确保桥梁的安全可靠，其耐久性评估与管理显得尤为重要。
一、耐久性评估的意义桥梁耐久性评估是为了了解桥梁在使用过程中的损伤程度，并通过预测未来几年内桥梁可能存在的损伤，提供结构养护和维护的基础依据。
所以，评估结果对桥梁的日常维护与检查、甚至对桥梁的安全保障都有着至关重要的作用。
二、评估方法的选择目前在桥梁的耐久性评估方面，主要采用的方法有以下几种：1. 观察法：通过观察桥梁的情况和必要的检查，了解桥梁的耐久状况，进行评价。
此方法简单易行，对较小的损伤可以快速检测，并能为结构养护提供初步依据。
2. 破坏试验法：通过对桥梁中具有代表性的样本进行研究，力求揭示出材料的强度与损伤程度，掌握桥梁结构的性能参数。
这一方法正常运用于对于桥梁的改建或扩建。
3. 基于监测数据的预测法：利用提前规划好的、全面收集的施工、监测和维护记录，预测出将来桥梁可能发生的各种损伤，不仅能够有效避免深度损伤对桥梁带来的不良影响，也能为桥梁的管理和养护提供科学而有力的依据。
三、管理与维护对于评估结果，如果存在问题，就需要进行相关的管理和维护工作。
在桥梁管理过程中，可进行的措施有以下几种：1. 微观评定：对桥梁进行常规巡视，并定期收取相关监测数据，及时发现和解决桥梁的潜在问题；2. 修复及加固：一旦发现桥梁存在结构上的问题，应及时进行修复或加固，避免问题进一步发展；3. 常规维护：对桥梁进行常规的结构修整等小工作，可以有效避免日常过度使用造成的问题；4. 主动保养：通过完善的保养工作，及时更新桥梁维护计划，处理相关问题，并对桥梁结构工况进行全面分析，做好长期耐用性的保障工作。
综上所述，桥梁设计中的耐久性评估与管理，对于确保桥梁的安全可靠，以及提供更好的服务质量，其重要性不言而喻。
合理的评估方法、科学的管理策略以及适时的维护保养，是保证桥梁长期稳定运行不可或缺的重要因素。
中小跨径桥梁常用结构及设计中存在的问题
中小跨径桥梁常用结构及设计中存在的问题1、承载能力设计方面现行的公路桥梁设计规范规定，钢筋混凝土和预应力混凝土桥梁结构按承载能力极限状态和正常使用极限状态来进行设计。
承载能力极限状态也称为强度极限状态，其计算是以钢筋砼塑性理论为基础，以构件的“破坏工作阶段”——即达到最大承载能力或出现不足出继续承载的变形为计算依据，基本原则是荷载效应不大于结构拉力。
结构正常使用极限状态计算是以弹性理论或弹塑性理论为基础，控制结构在正常使用状态时的应力、变形、裂缝小于规定的限值，即结构或构件尚未丧失承载能力，但已达到不能正常使用的极限状态，正常使用极限状态设计主要是为保证构件的正常工作和耐久性。
一般在工程设计时，设计人员往往是重视承载能力极限状态的控制，结构抗力都能考虑足够，但对于正常使用极限状态指标往往不太重视。
而结构在整个使用周期中，最重要的正是其使用性能，使用性能的保证是长期保证结构安全的基本条件。
2、耐久性设计结构的耐久性要靠设计、施工和管理维护三个阶段的工作共同来保证，设计阶段的保证结构耐久性的措施是最基础的保证。
近年来，由于出现了大量的在役桥梁使用性能急速降低甚至损坏，桥梁结构耐久性问题重新被认识和重视，但总体来讲，我国在保证结构耐久性方面的实际行动仍然是非常缓慢，以往的桥梁设计中（2004年之前），相当一部分根本未考虑结构耐久性方面的设计，即使有所考虑，也只是作为一种概念予以关注，比如全寿命周期成本，只有理念，在具体设计时并未充分予以考虑。
现行规范虽然在保证结构耐久性方面有了一些具体规定，但总体上较为粗略笼统。
结构耐久性考虑不足在一定程度上导致了桥梁在施工过程中发生事故、使用过程中性能差、寿命短的不良后果。
具体在设计中，设计人员目前大多是按规范要求进行结构计算和构造设计，只控制了抗力指标、变形指标，但对于影响耐久性的问题，却没有关注。
比如虽然满足了规范要求，但仍存在的构件截面尺寸过薄、分布钢筋过细、保护层过小等问题；关于桥梁使用环境对结构的影响，在中小桥梁设计中考虑不周或不考虑。
中小跨径桥梁设计讲座(30m全预应力钢筋混凝土T梁)
稳定性分析
疲劳分析
对桥梁结构进行稳定性分析，包括整体和 局部稳定性计算，以确保结构的稳定性和 安全性。
对桥梁结构进行疲劳分析，评估结构的疲 劳寿命和耐久性，以确保结构在使用寿命 内的安全性。
03
中小跨径桥梁的建筑材 料
混凝土
混凝土是中小跨径桥梁最常用的建筑材料之一，具有抗压性能好、耐久性好、成本 低等优点。
浇筑施工
01
浇筑施工是一种传统的中小跨径 桥梁施工工艺，通过在施工现场 浇筑混凝土来形成桥梁的结构部 分。
02
浇筑施工需要注意混凝土的配合 比和浇筑质量，同时需要保证模 板的精度和稳定性，以确保桥梁 的结构强度和耐久性。
预应力施工
预应力施工是一种先进的中小跨径桥 梁施工工艺，通过在桥梁结构中施加 预应力来提高桥梁的承载能力和抗裂 性能。
混凝土桥梁的施工方法多样，可以采用预制桥梁段拼装施工，也可以采用常规浇筑 施工。
混凝土桥梁的外观比较粗糙，需要定期进行养护和维修，以保持其性能和耐久性。
钢材
钢材是另一种常用的中小跨径 桥梁建筑材料，具有强度高、 韧性好、耐腐蚀等优点。
钢材可以用于桥梁的各个部位， 包括主梁、桥墩、桥面等，其 加工和安装精度较高。
中小跨径桥梁设计讲 座
目录
• 中小跨径桥梁概述 • 30m全预应力钢筋混凝土T梁设计 • 中小跨径桥梁的建筑材料 • 中小跨径桥梁的施工工艺 • 中小跨径桥梁的维护与保养 • 中小跨径桥梁设计案例分析
01
中小跨径桥梁概述
定义与特点
定义
中小跨径桥梁通常是指跨度在30 米以下的桥梁，其设计、施工和 养护相对简单。
桥墩和基础施工
根据设计要求进行桥墩和基础的施工， 可以采用常规的施工方法或者新型的 施工工艺。
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在我国， 中小跨径的简支梁桥占全部桥梁总数 这些桥梁中很大一部分服役时间已 量的 90% 以上， 经很长， 其安全性及耐久性状态受到严重威胁。 随 着国民经济的持续高速发展， 我国交通运输事业一 方面得到了很大的提升空间， 一方面超载超限等现 象屡禁不止， 从而加剧了现役桥梁疲劳损伤的存在 。 桥梁结构的状态评估技术是基于桥梁静动力检 测、 无损检测等数据信息， 对桥梁的承载能力水平、 服务水平等进行综合评定。准确的桥梁状态评估对 确定相应 于桥梁管理部门掌握桥梁现有技术状况、 的养护维修策略、 优化资源配置等具有重要的现实 意义。常用的桥梁结构状态评估包含承载能力状 态、 耐久性状态等几个方面， 本文针对桥梁耐久性状 。 态开展相应研究工作 传统的确定型层次分析法在桥梁状态评估中得 到了广泛的应用， 该方法将桥梁的工作状态进行条 理化、 层次化， 实现桥梁结构的递阶逐步分析评估， 具有结构简单、 易于理解等优点， 得到了工程技术人 员的重视。但桥梁实际的评估过程中存在很多的复 杂性及不确定性， 确定型的方法无法很好地对这些 ［5 ］ 现象进行解决处理 。 因此， 本文采用不确定性层 次分析法实现了桥梁上部结构耐久性的评价 ， 从而 使桥梁状态评估的结构更准确可靠， 该体系包含的 主要内容如下： （ 1 ） 桥梁健康状态评价指标体系的确定 ； （ 2 ） 评价指标权重体系的建立； 1
及传统分析方法的缺点， 以中小跨径桥梁上部主梁结构为研究对象， 制定桥梁耐 久 性 评价 指标 体 系， 采用 不 确定 型 层次分析法计算指标权重， 降低人为主观因素影响， 最终实现桥梁的耐久性状态评估。 关键词： 桥梁; 耐久性; 不确定型层次分析法; 评估技术 中图分类号： U441 文献标识码： B 文章编号： 1673 － 6052 （ 2012 ） 11 － 0070 － 03
第 11 期
+ + + …， ω2 ω3 ， ωn ） 其中，
肖
祥等：基于不确定型层次分析法的中小跨径桥梁耐久性评估技术 （ 2）
· 71·
采用不确定型层次分析法计算获得各指标的权 示， 列于图 1 对应括号中。 重， 3 评价指标评语集量化体系确定 评价指标体系的评语集可以方便工程技术人员 对提高桥梁评估的准 对指标所处的状态进行评价， 确性具有重要的意义， 部分代表性指标的评语集如 1 4 。 表 表 所示
（ 3 ） 根据 A － = （ a ij－ ） m。 重系数 k，
n
nˑn
， A + = （ a ij+ ） 1
n
nˑn
计算权
k=
kω － ， mω + ］， 则， 权重向量为 ω = ［ 取权重区间 的中值作为指标的权重值。 2 桥梁耐久性评价指标体系确定及其权重计算
槡
j =1
∑
1
n i =1
， m=
［6 ， 7 ］
。不确定型层次分析法用于指标权
重计算的基本步骤如下： （ 1 ） 根据专家意见， 构造相应的判断矩阵 A = （ A ij ）
nˑn
， A ij = ［ a ij ， b ij ］
－ +
（ 1）
（ 2 ） 分别对 A ， A 采用区间数对数最小二乘 法求解， 得 ω
－ － － － + + = （ ω1－ ， …， ω2 ， ω3 ， ωn ） ， ω = （ ω1 ，
· 70·
北
方
交
通
2012
基于不确定型层次分析法的 中小跨径桥梁耐久性评估技术
肖
摘
1 祥， 魏
拓
2
（ 1． 中铁工程设计院有限公司沈阳分院， 沈阳 110023 ； 2． 辽宁省交通厅公路管理局， 沈阳 110005 ） 要： 桥梁结构状态评估对于保证桥梁的安 全 运 营， 提 高 运 输 效 率 具 有 重 要的 现实 意义。 考虑 到 现 有 规 范
1 2n
∏
a ji+ a jj+ ∑ ∏ + + j = 1 i = 1a a ij ii
n
k = 1， 2， 3． ． ． n 1 ，
2n
（ 4）
采用氯离子含量占水泥含量的百分比作为氯离 子含量的评价指标。
表1 氯离子含量评语集
评定等级 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 评分 100 80 60 40 0 80 60 40 20 20 构件技术状况 良好 较好 较差 坏 危险 氯离子含量 ＜ 0． 15 ［ 0． 15 ， 0． 4］ ［ 0． 4 ， 0． 7］ ［ 0． 7 ， 1． 0］ ＞ 1． 0
+
n
∑a ij
槡
j =1
∑
（ 5）
－
j =1
∑a ij
用混凝土强度匀质系数作为混凝土强度的评价 指标： K bm = R im R （ 6）
式中： R im —承重构件或其主要受力部位测区平 均换算强度值； R—承重构件混凝土极限抗压强度值 。
表2
构件技术状况 良好 较好 较差 坏 危险
混凝土强度评语集
（ 3 ） 评价指标评语集量化系统的建立 ； （ 4 ） 桥梁健康状态评价公式的建立。 其技术路线如图 1 所示。
图1
桥梁状态评估技术路线图
不确定型层次分析法计算理论
层次分析法用于桥梁结构状态评估的关键在于 通过构造合理的指标间判断矩阵， 依据相应数学算 法， 计算得到与实际相符的指标权重。 在传统的层 次分析法中， 判断矩阵是由 1 /9 9 之间的数字进行 表达， 可选择性比较低， 无法实现常见模糊事物的表 。 达 不确定型层次分析法通过构造区间判断矩阵对 可以很好地对事物 指标间相对重要程度进行表述， 间模糊性进行表述， 便于专家对指标间相对重要程 度进行判断
－ ωk =
[
n j =1
－ － a ki a kk ∏ － － i = 1a a ik ii n
] ]
1 2n
∑ ∏
[ [
－ n ji － i =1 ij
a a a a
－ jj － ii
] ]
1 2n
， k = 1， 2， 3． ． ． n
（ 3）
+ ωk =
[
n
+ + a ki a kk － － i = 1a a ik ii n
评定等级 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 评分 100 80 60 40 0 80 60 40 20 20
评定准则（ 平均 强度匀质系数） ＞ 1． 0 ［ 0． 95 ， 1． 0］ ［ 0． 9 ， 0． 95］ ［ 0． 85 ， 0． 9］ ＜ 0． 84