探讨模糊综合法在桥梁技术状况评价中的应用

摘要：桥梁是高速公路的咽喉，只有满足桥梁的承载能力以及确保桥梁安全通行的条件下，一条高速公路才能安全的运营。可以说桥梁影响着高速公路的经济效益以及社会效益，它是贯通高速公路全线的关键。随着我国高速公路桥梁近年来面临的交通量大、汽车载重高、车速快而引起的交通事故频繁发生，事故程度愈发恶劣等现象，针对桥梁的安全性评价也势在必行。桥梁安全性评价是有效预防和降低交通事故的重要手段。

目前国内对于桥梁技术状况评定，是建立在结构构件的定期检查的数据上，按照相关的技术规范开展的技术评定。桥梁作为一个复杂的系统，其服役环境也存在各种多变的、不确定因素，其结构状态具有复杂性、模糊性，属于模糊数学的研究范畴。本文将模糊综合评定原理与现行的标准规范评定原理进行对比，分析两种方法的共性与差异，探讨模糊综合法应用在桥梁技术状况评价中的可行性。

关键词：桥梁状况评定；模糊综合；规范评价

1、前言

据相关统计，中国是世界上桥梁数量最多、密度最大的国家。但是，由于早期建设时期技术水平的限制，许多桥梁设计标准、设计荷载等已逐渐不能满足实际需求，有专家提出，我国目前正面临着桥梁大面积老化的现象。随着桥梁问题逐渐增多，在役桥梁的维修、加固等方面的要求逐渐增多，公路管养部门对此也越来越重视。对桥梁进行有效的维修加固，首先要对桥梁结构的技术状况进行正确的评估。只有明确了桥梁真实的服役状况，才有依据选择养护、维修、加固或者是拆除重建，这对于公路管养部门制定更为科学、合理、有效的桥梁养护维修方案、提高管养资金的利用效率是十分重要的。

2、桥梁评估方法研究进展

国内外学者在桥梁评估等方面的研究成果逐渐丰富，尤其是在桥梁构件疲劳、结构损伤等方面。目前，常用的桥梁评估方法主要有：外观调查评定法、荷载实验法、专家系统评定法、以规范为基础的评价法、模糊综合评估法等。

2.1外观调查评定法

该方法是通过专业的技术人员对桥梁进行全面检测，根据现场检测的结果以及试验分析结果，对桥梁进行技术状况评价。此类评定技術主要依据的是大量的定量信息，其取值在很大程度上都依赖于评定工程师自身的经验和判断，对于不同的评定者，很可能得出不同的结论。

2.2荷载实验法

对桥梁进行现场荷载试验，结合理论分析手段，即根据桥梁的图纸资料、变更资料，并选用桥梁软件，建立桥梁结构的实际受力模型，通过分析判定桥梁的技术状况。通过理论分析结果与模型运算结果进行比较，可使结果更加准确。但该方法需要较高的检测成本，对检测人员的技术要求也较高。

2.3专家系统评定方法

该方法是通过具有专家级经验和知识的计算机软件，进行桥梁技术状况评价。对于桥梁工程而言，存在很多复杂的、不确定的因素，而且涉及面比较广。这些因素由于复杂性、不确定性等很难用单一模型进行模拟，因此，采用专家系统法是一个选择方法。

2.4以规范为基础的评价法

在国内，大多数的定期检查评定，是将现场检测的结果，按照相关的规范规定，对桥梁进行评分。可以依据的规范有：《公路桥涵养护规范》（JTG H11-2004）、《公路桥梁技术状况评定标准》（JTGT_H21-2011）等。

2.5模糊综合评估法

某个事物或者系统受到很多因素的影响，而且其中有很多因素都具有模糊特性，在对这个事物或者系统进行评价时，需要把这些影响因素都综合起来考虑，我们将这种评价方式称为模糊综合评价。此方法借助模糊数学的概念，应用模糊关系合成原理，综合考虑影响结构的各种复杂的、多变的以及不确定因素，对结构进行评估。如果事物本身分类、定义不够准确，该方法是一种可以考虑的方法。

上述几种方法都在逐步发展，各有优缺点。本文主要探讨模糊综合法与以规范为基础的评价法，两种方法的共性与差异，研究模糊综合法的适用性及可行性。

3、模糊综合法与现有规范评定方法的比较

3.1以规范为基础的评价方法原理

现行的《公路桥梁技术状况评定标准》（JTGT_H21-2011）是对《公路桥涵养护规范》（JTG H11-2004）的一个补充，其主要评定思路是：首先对桥梁各构件进行评定，综合后对桥梁各部件进行评定，然后对桥面系、上部结构、下部结构分别开展评定分析，最后对桥梁总体技术状况进行评定分析。具体的评定过程如图1所示。

可以看出，《公路桥梁技术状况评定标准》（JTGT_H21-2011）主要采用了分层综合评定与单项指标控制相结合的方法。层次分析法是一种通过定性、定量相结合的分析，选用适当的数学形式处理的表达。其首先是将复杂的问题分解成不同的组成因素，然后按照系统中各个因素之间的相互关系，将各种组成元素进行分组，形成互不相交的层次，下一层次受上一层次的支配，由此形成的结构是有效的系统的递阶层次结构。

3.2模糊综合评价法的原理

对于在役桥梁而言，影响其服役性能的因素有很多，内在因素如混凝土碳化、混凝土强度衰减、钢筋锈蚀等，外在因素如温度变化、车流量增加、地震灾害等。这些因素很难定量描述，且具有模糊性，因此考虑采用模糊综合评价法。

首先，对桥梁的服役性能进行分析总结，大致可以归纳为三个方面：安全性、耐久性、适用性。安全性指标是桥梁结构承载能力的体现；耐久性指标是结构使用功能的体现；适应性指标是结构使用水平的体现。

其次，根据桥梁特点，分别找出影响桥梁安全性、耐久性、适用性的主要因素，建立三个性能各自的模糊综合评估模型图，结合模糊关系矩阵、判断矩阵的分析计算，以完成桥梁可靠性的模糊综合评估。

以混凝土斜拉桥安全性为例，其评价目标分为主梁、支座、墩台基础、斜拉索、索塔这五个部分，具体到主梁，其评价目标又包括承载力、变形、裂缝、连接等内容。

3.3两种方法的对比分析

现有规范采用基于分层综合评定与单项指标控制相结合的方法，从桥梁各构件技术状况到桥梁部件技术状况，分析桥梁上部结构、下部结构、桥面系的技术状况，自下而上，层层递进，最后综合计算出桥梁整体的技术状况。

模糊综合法首先将桥梁性能分为安全性、耐久性、适用性三个部分，然后针对三个侧重点，分别建立各自的模糊综合评估模型图。由于桥梁状态评估是一个比较繁杂的问题，需要采用多级模糊综合评价，即先对处于最低层次因素进行评价，接着再一层一层的往上评价直到最顶层，得到最终的综合评价的结果。

两种方法都采用了层次分析法，现有规范从桥梁结构入手，分为上部结构、下部结构和桥面系，并以此一层层细化，直至细化到桥梁构件指标；模糊综合法从桥梁性能入手，分为安全性、耐久性和适用性三部分，然后一步步分析，直至分解到承载力、变形、裂缝等可以检测的、量化的性能指标。

两种方法都是以层次分析法为基础，但是两者的划分依据不同，现有规范从桥梁结构角度层层细化，模糊综合法从桥梁性能角度层层分析，两种方法对桥梁技术状况评价的切入点不同，可以说是两种不同却又密切相关的评价体系。因此，在采用现有规范对在役桥梁进行技术状况评定的基础上，选用模糊综合法对桥梁的安全性、耐久性和适用性评价，是对现有规范评定方法的补充，可以更清晰的评价桥梁在三个维度的状况，找出薄弱点，为管养部门制定更为科学、合理、有效的养护方案提供依据。

4 、结束语

模糊综合评估法从安全性、耐久性、适用性三个方面开展桥梁技术状况的层次分析，与《公路桥梁技术状况评定标准》（JTGT_H21-2011）相比，结构层次划分依据不同，将模糊综合评估结果作为现行标准技术状况评定结果的补充和参考，将更有利于养护决策者做出针对性的养护方案。

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（作者单位：河南长城铁路工程建设咨询有限公司）