石桥立交结构状态评估系统开发研究

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1、石桥立交结构状态评估系统开发研究摘要：以杭州石桥立交的宽扁平多室箱梁为对象，从影响桥梁承载力和耐久性的因素出发，建立了桥梁状态评估指标体系。基于自适应神经-模糊推理技术建立了桥梁状态评估系统，并开发了桥梁信息数据库和友好的管理界面。关键词：桥梁状态；评估指标体系；自适应神经-模糊推理；系统开发abstract:thispapertakinghangzhoubridgeoverpassofwideflatinmulticellboxgirderastheobject,fromtheimpactofbridgebearingcapacityanddurabilityoffactors,

2、hasestablishedthebridgeconditionappraisalindexsystem.buildthebridgeconditionappraisalsystembasedonadaptiveneuralfuzzyinferencetechniques,andthedevelopmentofbridgeinformationdatabaseandfriendlymanagementinterface.keywords:bridgecondition;evaluationindexsystem;fuzzyreasoning;systemdevelopment中图分

3、类号：u447；tu375文献标识码：a1前言城市高架桥受到建设场地的制约和较高的景观效果要求，无盖梁、扁平多室预应力混凝土连续箱梁正在逐步替代传统的简支板梁结构，建立有效的信息化管理方法以确保该类型桥梁结构的使用安全、延长使用寿命已成为城市高架管理中急需解决的技术课题。石桥立交桥工程位于杭州主城区北部石桥路与石祥路交叉口，是目前浙江省内规模最大的城市立交桥。从美观角度出发，采用了隐盖梁形式的多箱室连续梁桥。但因该类型结构空间传力机理复杂、影响其状态的因素非常多，其中包含大量不确定性信息。本文以石桥立交为对象，根据城市预应力混凝土梁桥的结构特点，基于自适应神经-模糊推理系统（anf

4、is）[1~2，4~5]开发了城市高架桥状态评估系统。石桥立交状态评估系统由数据库模块、状态评价模块、用户界面模块组成，如图1所示。其中关系型数据库将桥梁的基本信息、技术信息、历次检查信息及相应的图像和文档资料数字化，为状态评估模块和用户界面模块提供数据支持；状态评估模块提供网络学习及状态评估两项功能；用户界面模块为管理人员提供友好的管理界面。本文将简要介绍该系统的开发过程，从而为同类型工程管理及养护提供参考。图1桥梁状态评估系统功能模块构成2anfis的桥梁状态评估模型开发2.1桥梁状态评估指标体系根据对桥梁状态影响因素的分析，分别从承载力和耐久性两方面将影响因素层次化，提出如图

5、2所示的城市桥梁状态评估指标体系，全面覆盖了城市预应力混凝土梁式桥的主要参数。评估指标体系中考虑了宽扁平箱梁、异型梁等在城市桥梁中比较常见的复杂结构形式对整体状态的影响[图2(a)]。在结构损伤方面按其产生的力学原因细分为弯曲损伤、剪切损伤、锈胀损伤、局部损伤、材料劣化等[图2(c)]。（a）承载力评估指标体系（b）耐久性评估指标体系（c）主梁损伤评估指标体系（d）材料劣化指标体系图2城市桥梁状态评估指标体系图1中，细实线框为输入指标项目，由桥梁技术参数、交通量、环境条件与桥梁常规检查信息等数据组成，每个输入指标统一规则化到区间[0~1]，数值越接近0表示对整体状态影响越不利。粗实

6、线框为评估指标项目，其状态值由底层输入指标或下层评估指标的状态计算得出。评估指标项目的状态用指标状态值icv(itemconditionvalue)表示，取值范围为[0~100]，0表示极度危险状态，100表示完好状态。为了给桥梁管理工作提供维护建议，需要进一步对icv进行分级以描述桥梁实际状态。综合参考《公路养护技术规范》[3]，本文将icv分为五个技术状态等级，如表1所示。表1评估项目状态分级标准2.2单个指标的anfis结构[4~5]桥梁状态评估建立后，根据指标关系和各指标的权重，通过分层逐级评估得到桥梁整体状态。以指标“跨中附近开裂状况”为例说明单个评估指标的anfis结构

7、，其结构如图3所示，为一个两输入单输出的5层神经网络结构。其中第一层有6个神经元(结点)，对应两个输入数据各自的3个状态等级；第二、三、四层均有9个神经元，对应评估该指标的模糊规则组(表)中的9条模糊规则；第五层有1个神经元，对应指标“跨中附近开裂状况”的状态值。同一层结点具有相同的结点函数。图3指标“跨中底板开裂损伤”的anfis结构模型表1评估“跨中底板弯曲开裂损伤”的模糊规则组2.3系统的递阶结构对于桥梁状态评估指标体系中的其他评估指标，可以用同样的方法，根据评