震后钢筋混凝土梁式桥快速鉴定方法.pdf
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1、震后钢筋混凝土梁式桥快速鉴定 方法 周长东 , 赵锋 , 高 日 2 5 文 章编 号 : 1 0 0 3 4 7 2 2 ( 2 0 1 1 ) 0 4 0 0 2 5 -0 5 震后钢筋 混凝 土梁式桥快 速鉴定方法 周长 东 , 赵锋。 , 高 ( 1 北 京交 通大 学土 木建 筑工 程 学 院, 北 京 1 0 0 0 4 4 ; 国家 重点 实验 室 , 上 海 2 0 0 0 9 2 ;3 中冶建 筑研 究 总 2 同济大 学土 木 工程 防灾 院有 限公 司 , 北京 1 0 0 0 8 8 ) 摘 要 :针 对 目前我 国桥 梁 结构震 后 鉴 定普 遍采 用的 专 家打分
2、法鉴 定程 序 模 糊 、 结 果人 为差 异性 大 的缺 点 , 提 出一 种应 用 于震后 钢 筋混凝 土 梁 式桥 安 全性 的快 速 评估 方 法 。该 方 法在 分析 钢 筋混 凝土 梁 式桥 常见震 害的基础 上 , 对地 震 中桥 梁组 成 构件 的破 坏程 度 提 出 了定量 和 定 性 的判 断 标 准 。鉴 定 时首先 利 用层 次分析 法确 定 各构件 对 整 体 结构 安 全性 的影 响 权 重 , 然后 利 用模 糊 数 学 方法 对各 类构件 进行 a d级 隶属 度 分析 , 得 出各 类 构件 的 等 级矩 阵 , 再 将 构 件权 重 向 量 和构 件 的 等
3、级矩 阵相乘 , 进行综合模糊评价, 得 出结构整体的安全性等级评定结果。通过算例证 明, 该方法 简单 易行 , 层次清晰 , 鉴定结果较为合理。 关 键词 :钢 筋混凝 土 梁桥 ; 震 害 ; 快 速鉴 定 ; 层 次分析 法 ; 模 糊 数 学 中图分 类 号 :U4 4 7 文献 标 志码 : A Ra p i d As s e s s me n t M e t h o d f o r RC Be a m Br i dg e s Af t e r Ea r t h qu a k e Ev e nt ZH OU Ch an g - do n g ,ZHAO Fe n g。,GAO Ri
4、 ( 1 S c h o o l o f Ci v i l En g i n e e r i n g a n d Ar c h i t e c t u r e ,B e i j i n g J i a o t o n g Un i v e r s i t y ,B e i j i n g 1 0 0 0 4 4 ,Ch i n a ;2 S t a t e Ke y L a b o r a t o r y f o r Di s a s t e r Re d u c t i o n i n Ci v i l E n g i n e e r i n g,To n g j i Un i v e r
5、s i t y,S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2,Ch i n a ; 3 MCC C e n t r a l Re s e a r c h I n s t i t u t e o f Bu i l d i n g a n d Co n s t r u c t i o n Co ,L t d ,B e i j i n g 1 0 0 0 8 8 ,Ch i n a ) Ab s t r a c t :I n vi e w of t he d e f i c i e nc y t h a t t he a s s e s s m e nt p r oc e du r e s
6、 o f s pe c i a l i s t s s c or i n g me t h od ex t e ns i ve l y a ppl i e d t o t he c u r r e nt a s s e s s m e n t of br i dg e s t r u c t u r e s i n Chi na a f t e r e a r t h- q u a ke e v e nt a r e f uz z y a nd t h e p e r s on a l e r r or s o f t h e a s s e s s me nt r e s u l t s a
7、 r e gr e a t ,a ne w m e t ho d f or r a pi d as s e s s me nt o f s a f e t y o f t he r e i nf o r c e d c o nc r e t e ( RC)be a m b r i dg e s a f t e r t he e a r t hq u a ke e v e nt i s p r o pos e d On t h e ba s i s of a na l ys i s o f t he c o m mon l y - s e e n e a r t hq ua ke d a ma
8、ge s t o t he b r i d g e s ,t h e me t h o d g i v e s t h e q u a n t i t a t i v e a n d q u a l i t a t i v e j u d g me n t c r i t e r i a f o r t h e d a ma g e d e g r e e s o f c o mp o n e n t s o f t h e b r i d g e s I n t h e p r a c t i c a l a s s e s s me n t ,t h e a n a l y t i c a
9、 l h i e r a r c h y p r o c e s s i s f i r s t l y u s e d t o d e t e r mi ne t h e we i g ht of i n f l ue n c e o f v a r i ou s c ompo ne nt s o n t he s a f e t y o f t he who l e s t r u c t u r e,t he f u z z y ma t he m a t i c s i s t he n us e d t o a n a l yz e t he a d l e v e l me mbe
10、 r s hi p d e g r e e s of e a c h c ompo n e nt t o a c q ui r e t he r a t i ng m a t r i c e s o f t h e c ompo n e nt a nd f i n a l l y t h e we i gh t v e c t or of t he c o mpo ne nt s i s m u l t i p l i e d by t he r a t i n g m a t r i c e s a nd t he c ompr e h e ns i v e f u z z y a s s
11、e s s me nt i s ma d e t o a c qu i r e t he a s s e s s m e nt r e s ul t s of s a f e t y r a t i n g of t h e who l e s t r uc t ur e The p r a c t i c a l c a l c u l a t i o n e x a m p l e s pr o v e t ha t t h e m e t h o d he r e wi t h i s s i mpl e,f e a s i bl e,t he hi e r a r c hy p r o
12、 c e s s i s c l 一 收稿 日期 :2 0 1 0 1 2 3 0 基金项 目:国家 自然科 学基金 项 目( 5 0 9 7 8 0 2 1 ) ; 同济大学土木工程防灾国家重点实验室开放基金项 目( S L D RC E 0 8 MB - O 1 ) ; 国家地震行业科 研专项经费项 目( 2 0 1 0 0 8 0 0 5 ) 作者简介 :周长东( 1 9 7 1 一) , 男 , 副教授 , 1 9 9 3年毕业 于山东建 筑大学工业 与民用建 筑专业 , 工学学 士 , 2 0 0 3年毕业 于大连理 工大学结构工程 专业 , 工学博士 , 2 0 0 5年于同济大学
13、土木工程防灾 国家重点实验室博士后出站( z h o u c h a n g d 0 n g 1 6 3 c o rn) 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 震后钢筋混凝土梁式桥快速鉴定方 法 周长东 , 赵锋 , 高 日 2 7 ( 5 )基 础 震 害 。基 础 震 害 主 要 表 现 为 墩 下 基 础 的整体 移动 、 倾斜 、 下 沉或 桩身 的开 裂或 断裂 。 3钢 筋混 凝土 梁式 桥构 件震 害评 判原 则 通 过对 钢筋 混凝 土梁 式桥 各类 构 件破 坏情 况 的 总结和分
14、析 , 参照 现 行 的鉴 定规 范 和工 程 实 践 给 出 各类 易损 构 件 的破 坏评 价 标准 。主梁 以 1 个 跨 度 中 的 1根 为单元 构件 , 支 座 、 桥 台 、 桥墩 、 基 础均 以 1个 为单元构件 。单元构件超出以下评判标准就视为危 险构 件 。 ( 1 )主 梁 。桥 面有 明显 的起 伏 、 桥 身 有 明 显 扭 转 、 铁路桥铁轨弯曲 ; 预应力梁身 出现宽度 大于 0 2 mm 的裂缝 j 。 ( 2 )支 座 。锚 栓 变 形 、 切 断 、 拔 出 ; 辊 轴 支 座 有 明显 的移 位 、 倾 覆 ; 支 座附 近混 凝土 开裂 或剥 落 。
15、( 3 )桥 台 。桥 台有 明显 的 向河 心 滑移 、 下 沉 、 倾 斜 、 倾 倒 或 台身断 裂 ; 台背 填 土 大 量 下 沉 , 翼 墙 倾 斜 或坍塌; 胸墙有超过 2 mm 的裂缝。 ( 4 )桥墩 。墩身出现明显的水平弯 曲裂缝或斜 向的剪切 裂缝 并且 缝宽 超 过 0 4 5 mm; 墩 身 保 护 层 混凝 土崩 裂 脱 落 , 钢 筋 外 露 ; 有 受 压 混 凝 土 压 碎 现 象 ; 墩 身倾 斜超 过 h 4 5 0 ( 为 桥墩 高度 ) 。 ( 5 )地 基 和 基 础 。地 基 出现 明显 砂 土 液 化 , 上 部结构有明显沉降 ; 基础有明显的整
16、体下沉、 移动或 倾 斜 。 4快 速鉴 定方 法 首 先利 用层 次分 析法 确 定各 构件 对整 体结 构安 全性的影响权重 , 然后利用模糊数学方法对 各类构 件 进行 a d级隶 属度 分析 , 得 出各 类构 件 的等 级矩 阵 , 再将 构件 权重 向量和 构件 的等 级矩 阵相 乘 , 进行 综 合模 糊 评 价 , 得 出 整 体 结 构 的 安 全 性 等 级 评 定 结 果 。 4 1 构 件 的权重 计算 4 1 1 权重 计算 原理 利 用层 次分 析法计 算 权重 的基 本思 想是 通 过各 因素对 同一 目标 的 影 响程 度 , 来 确定 在 达 到 这 一 目
17、标 的过程 中各 因素所 占的权重 。具 体方 法 为将处 于 同一 层 次 的各 因 素进 行 两 两 比较 , 引入 比较 标 度 作 为 比较结 果 , 然后 将结 果写 成矩 阵形 式 , 即构 成所 谓 的判 断矩 阵 。形成 判 断矩 阵 后 , 即可 通 过 计 算 得 出 某一 层元 素对 于上 一层 某个 元 素 的相对权 重 _ 3 。算 法 如下 。 假 设 y 为 目标 , X , X , X。 , , X ( 一 1 , 2 ) 是 实现 目标 y 的各 种 因素 。为 了得 出在实 现 目标 y 的过程 中某 因素 X 的权重 , 只需 将 X , x: , X 。
18、 , , X 一, X 中 的 各 项 两 两 比 较 建 立 判 断 矩 阵 ( x ) 。矩 阵 中的 每个 元 素 X ( , J 1 , 2 , , ) 根 据 X 相对 于 X, 的强弱 程度 从 比较标 度 1 9 、 1 7 、 5 、 1 3 、 l 、 3 、 5 、 7 、 9 ( 分 别表 示 X 相对 于 X, 的强弱 程度 为绝 对弱 、 很 弱 、 弱 、 稍 弱 、 相 同、 稍 强 、 强 、 很 强 、 绝对 强 )中取值 。 为避 免在 比较 判断 时 出现类 似 : X。 比 X。 强 , X 比 X。 强 , 但是 X。 比 x 强或 x。 与 x 等强
19、 这样 的逻 辑性判断错误 , 需使 判断矩 阵在判断过程 中有较好 的一 致 性 。采 用矩 阵理 论 中 的随 机 一 致性 比率 C 来检 查判 断矩 阵 的一致 性 , C 一 C RI 。C I 、 R1 分 别为 判断 矩 阵 的一 致 性 指 标 及 平 均 随机 一 致 性 指 标 。C 一 t m a x _ 7 t , 式 中 为判 断矩 阵 的最 大 特征 ,fi 值 , 为判 断矩 阵 的阶数 。对 于 1 , 2阶判断矩 阵 总具 有 完 全一 致性 , 对 于 3 8阶判 断矩 阵 , R, 的取 值 分 别 为 : 0 5 2 、 0 8 9 、 1 1 2 、
20、1 2 6 、 1 3 6 、 1 4 1 。 当 C R 0 1 0时 , 即认 为 判 断矩 阵具 有 满 意 的一 致 性 , 否 则 就 需要 重新 检查 判 断并 调整 判断矩 阵 。当一致 性 满 足 要求 后采 用 和积 权 重 计 算 法_ 6 计 算 出较 为 合 理 的权重 , 计算步骤为 : 将判断矩阵( X ) 按列归 一 化, N g $ ( X o ) 按 照 x x 一( ) 进行 变 形 , 得 到 新 的矩 阵 ( x ) ; 将 ( x ) 按 行 逐次 相 加 , 得 到 向量 = = = ( , J 1 , 2 , , J= 1 ) ; 按 = = :
21、, ( 1 , 2 , , ) 归一化后 即可得到任一因素的权重系数 。 4 1 2 构件权重计算结果 利用 层 次分析 法对 钢筋 混凝 土梁 式桥 中构 件权 重进 行计 算 。将需 要 鉴 定 的梁 式 桥 分 为 2个 层 次 : 第 1 个 层 次为 钢筋 混 凝 土 梁 式 桥 , 第 2个层 次 为桥 梁各 构件 ( 桥 墩 、 主梁 、 桥 台 、 支座 、 地 基和基 础 ) 。根 据各 构件 破坏 后对 桥 梁 整 体 破 坏 程 度 的影 响 , 按 照 上述 方法 建立 判 断 矩 阵 ( 表 1 ) , 然 后 进 行 一 致 性 分 析 ( C o o 2 8 0
22、1 O满 足 一 致 性要 求 ) , 最 后 计 算 得到各 构 件 的权 重 ( 地 基 和 基础 、 桥 墩 、 主 梁 、 桥 台 、 支 座 的 权 重 分 别 为 0 4 9 7 1 、 0 2 4 5 4 、 0 1 0 5 3 、 0 1 0 5 3 、 0 0 4 6 9 , 可 根 据具体 情况 进行 调整 ) 。 4 2 构 件评 判模 糊矩 阵 的建立 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 8 桥梁建设 2 0 1 1 年第 4期 表 1判 断 矩 阵元 素 取值 T a b 1 Va l u e S e l e c t i o n f o
23、 r J u d g me n t M a t r i x El e me n t s 首 先 , 依 据构 件破 坏 鉴 定 原则 对 桥 墩 、 主 梁 、 桥 台 、 支座 、 地基 和基 础 等 构件 进 行 检 测鉴 定 , 统 计 出 各类构件 中危险构件( 危险点) 百分 比 P 。再引入模 糊数学中隶属度方法对构件的安全性进行评价。参 照 危险房屋鉴定标准 ( J G J 1 2 5 9 9 ) 中各构件 的破 坏程度 评判 原则对 各类 构件 安全性 进行 等级隶 属度 划分 , 划 分 的原 则 为 a级 : 无危 险点 , 即无 破坏 构件 ; b级 : 有 危 险点 ,
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