在役高桩码头耐久性等级的灰色综合评估1

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在役高桩码头耐久性等级的灰色综合评估徐秀娟1,栾曙光2(1.海岸与近海工程国家重点实验室,大连理工大学辽宁大连116024；2.大连水产学院土木工程学院,辽宁大连116023；)摘要：本文在研究高桩码头耐久性损伤特点及其结构特征的基础上,建立了包括指标层、准则层和目标层的多层次评估模型;结合专家经验和已有的工程实例研究成果,给出了各指标的评估标准及构件、结构耐久性等级划分标准;运用层次分析法原理,确定各层次的初始权重,再运用熵的性质对初始权重进行修正;最后以灰色关联度为准则对在役高桩码头构件和结构的耐久性进行综合分级评估，为工程人员鉴定、评估提供依据。并以浙江省某梁板式高桩码头为例进行实际应用分析,结果表明这种方法具有实际应用价值。关键词：耐久性；层次分析法；熵；权重；灰色关联度中图分类号：U656.1文献标识码：A0引言目前我国港口基本建设已进入新建、维修和改造并举阶段,而高桩码头面临破损修补的高峰期[1]。故对在役高桩码头的耐久性进行鉴定、评估以及维修加固,已成为当务之急。近年来,已有对工业与民用建筑、桥梁、大坝等进行鉴定评估[2-4],却没有对码头进行过评定,究其原因,一是我国目前尚无码头检测、评估、维修加固方面的规程或规范可以参照,二是高桩码头结构复杂、影响因素众多,有些因素难以定量表达,因而在日常具体的维护管理过程中,难以形成制度化的维修加固有效对策。本文在研究高桩码头结构耐久性损伤的特点和原有研究成果的基础[2-5]上,采用灰色综合评判法对高桩码头耐久性等级进行科学划分和综合评定。1高桩码头耐久性等级评定的指标体系高桩码头是一复杂的结构系统,影响其耐久性的因素很多。为了科学、全面地对高桩码头的耐久性做出合理评价,根据结构的特点,可将码头结构系统划分为目标层A（整体结构）、准则层Bi（代表第i个构件）及指标层Cij（代表第i构件的第j个影响因素）三个层次,其中不同结构形式的高桩码头由不同的基本构件组成,各种构件又有各自不同的耐久性影响因素,图1给出了高桩码头耐久性综合评定指标体系。高桩码头耐久性A基桩B1轨道梁B2横梁B3纵梁B4面板B5桩帽B6目标层A准则层Bi指标层Cij钢筋截面损失率Ci1总体外观Ci2混凝土强度衰减率Ci3保护层厚度Ci4环境条件Ci5……氯离子含量Cim附属构件Bn图1高桩码头耐久性综合评价指标体系Fig.1Indexessystemofpilewharfdurabilitycomprehensiveevaluation6作者简介：徐秀娟(1968-),女,辽宁大连人,工学博士生,讲师,主要研究方向为混凝土结构工程。E-mail:xuxiu_3129487@163.com66 2灰色单层次评判模型2.1确定最优指标集由图1可知,高桩码头耐久性的评定指标体系既有定性指标,又有定量指标。对定性指标,考虑人脑思维的最大分辨能力,将其优劣等级划分为很好、较好、一般、较差、很差五个等级,分别记为Ⅰ、II、III、Ⅳ、Ⅴ,由专家调查评定给出;对定量指标,则通过仪器检测给出。并将最好值记为fj2,最差值记为fj1。2.2指标的规范化处理由于评定指标之间通常具有不同的量纲和数量级,需要对原始数据进行规范化处理。调第j个指标的量值变化范围为[fj1,fj2]。对递增型指标,即耐久性指标值fj越大,其耐久性越好的指标,如总体外观指标。其规范化后的值为⑴而对递减型指标,即耐久性指标值fj越小,其耐久性越好的指标,如氯离子含量、钢筋截面损失率等。规范化后的值为⑵显然,Cij1,Cij2∈[0,1]且无量纲。2.3确定各指标相对最优指标的关联系数以规范化处理后的最优指标集作为参考序列,以规范化处理后实际指标集作为被比较序列,利用公式(3)计算第j个实际指标与其最优指标的关联系数βj。⑶式中,Cijk—第i个构件第j个指标规范化后的值，k=1或2,对递增型指标,k取1,对递减型指标,k取2；ρ称为分辨系数,ρ∈[0,1],ρ越小,分辨率越大,一般取ρ=0.5。2.4确定各指标的权重专家通过两两比较的方式确定层次中诸因素的相对重要性,然后求解判断矩阵,确定了指标的初始权重Wj,但由于专家凭主观经验所得的判断信息未必与客观实际完全符合,应用熵的性质,由公式⑷对指标的初始权重进行修正,得到表征各指标相对重要度的熵Ej。即：（j=1，2，3，…，m）(k=1，2）⑷式中，Ej—表示j指标相对其他耐久性指标重要性程度的熵值。Cijk见公式（1）、（2）。由公式（5）将Ej与Wj复合成j指标的实用权重ωj,即（j=1，2，3，…，m）⑸ωj满足：0≤ωj≤12.5单层次评估计算由实用权重ωj和关联系数合成得到灰色关联度Ri,即⑹以Ri作为评判尺度,Ri越大,表示实际指标集越接近最优指标集,其耐久性越好。3灰色多层次综合评判模型多层次综合评判是在灰色单层次评判的基础上进行的,具体方法、步骤与单层次相同。6 以图1高桩码头耐久性综合评价指标体系为例:首先对指标层m个指标进行单层次评判,得到准则层,评判(B-C)结果Ri;然后应用公式(1)、(2)对Ri进行规范化处理转换成Cij1,再由公式(3)计算出βj,由公式(4)和(5)算出构件的实用权重ωj,最后由公式(6)得出表示结构或构件耐久性的灰色关联度R。4高桩码头耐久性评定等级划分高桩码头耐久性可根据灰色关联度划分为若干等级,每一等级代表码头耐久性好坏的不同程度。本文参照《民用建筑可靠性鉴定标准》(GB50292—1999)将码头的耐久性分为五个等级,相应的灰色关联度取值见表1所列。表1高桩码头耐久性分级标准Table1Thedurabilitygradecriteriaofpilewharf耐久性等级一级二级三级四级五级灰色关联度R0.9