基于灰关联分析的西藏桥梁病害与自然因素相关性研究

2021-09-16何明星解玉侠韩记明

北方交通 2021年9期

何明星，解玉侠，韩记明

(重庆长寿经济技术开发区开发投资集团有限公司重庆市 400000)

0 引言

做好桥梁运行安全监测工作并提出有针对性的处理建议非常重要，在西藏特殊的自然环境因素下，桥梁不仅仅承受车辆等动载影响，大部分时间遭受当地严峻的自然环境因素考验，所以很有必要对特殊自然环境条件下的桥梁承载能力、病害与恶劣的自然因素进行相关性分析，对于具体区域采取有针对性的处理方法。通过对西藏22个区域的桥梁病害与自然因素[1-2]的相关性分析，具体分析出影响桥梁不同部位的自然因素重要性排序，有助于在桥梁的日常保养及加固方案有的放矢，节约投资。

1 基于灰关联分析理论的评估方法

应用灰关联分析方法[3-6]对西藏桥梁不同部位与自然环境因素进行相关性分析，通过最终计算结果可以得出影响桥梁不同部位的自然因素排序，根据排序结果可以对排序靠前影响性大的因素采取从设计阶段考虑专门抵抗特定自然因素的材料配合比及施工工艺，从根本上减弱及消除自然因素对桥梁的影响。

1.1 评价指标选取

(1)选取桥梁部位指标

对影响桥梁使用功能、安全性能的重要指标作为本次的选择重点，重点选择的桥梁部位病害指标为桥面系、桥台和桥墩、基础、上部承重结构和其他部位(伸缩缝、栏杆、照明等)。

(2)选取自然环境因素指标

查询相关资料，对西藏地区的自然因素进行筛选，根据常年的自然因素数据选择的8个自然环境指标为高寒、高温差、太阳辐射、日照长、降雨量、空气湿度、冻土和大风，这几个指标能完全反应出当地的恶劣气候条件。

选择相关指标后，应用灰关联分析方法对桥梁数据与自然环境因素建立相关性分析，下面具体介绍一下该方法的计算步骤。

1.2 灰关联分析方法计算步骤

1.2.1无量纲处理

因为每个数据单位不一样，数据的大小对计算结果的准确性影响很大，所以在进行该方法分析前必须进行无量纲处理，保证计算结果准确性。应用式(1)、式(2)对数据进行无量纲处理：

(1)

式中，Yi为各子因素对均值化数列，Xi(k)为子因素序列。

(2)

式中，Yo为各母因素对均值化数列，Xo(k)为母因素序列。

1.2.2关联系数的计算公式

ξi(k)=

(3)

式中，α为分辨系数,一般在0～1之间，大多数情况下取0.5。

1.2.3灰关联度的计算公式

3……m

(4)

式中，ri为曲线Yi对Yo的关联度，关联度ri构成的序列r1

2 实例应用

通过统计西藏22个区域的自然环境因素(表1)，选取对桥梁部位有很大影响的代表性因素，结合桥梁不同部位病害数目(表2)，建立关联度。

表1 西藏22个养护段的自然环境状况

表2 22个公路段的不同桥梁病害的数目

根据式(3)、式(4)分别得出桥梁各部位与自然因素的灰关联度数据如表3～表7所示。

表3 桥面系与自然因素的灰关联度

表4 桥台、桥墩与自然因素的灰关联度

表5 基础与自然因素的灰关联度

表6 上部承重结构与自然因素的灰关联度

表7 其他部位与自然因素的灰关联度

从数据分析来看，桥面系的病害与大风、高寒、空气湿度、降雨量、日照长等自然因素密切相关，符合实际情况，桥面的沥青路面在长久的冷热交替、干湿反复的环境下更容易产生桥面开裂、渗水等病害，建议桥面设计、施工时要考虑耐候、耐湿冷的材料，及时排水，保证桥面的清洁，防止病害产生。桥台、桥墩、基础、上部承重结构与大风、高寒、降雨量、冻土等自然因素密切相关，大风会增加横向力，桥梁施工及运行过程中都会有偏心力影响，高寒、降雨、冻土等自然因素反复作用下会造成基础沉降、混凝土开裂及钢筋腐蚀等影响，对桥梁的安全运行造成很大的安全隐患，应该从设计上采用一些防开裂性能好、变形较好的材料，基础设计采用筏板基础或者扩大基础等受冻融环境影响较小的基础形式，平时加强日常养护工作，及时清理污泥、修复混凝土破裂部位及钢筋的防腐处理。其它的病害(比如防撞墩、照明设施和伸缩缝等)与自然因素相关性比较大的有大风、降雨量等因素，大风带来的尘土、垃圾等堵塞伸缩缝，加上降雨量的影响会对照明产生影响，平时加强维修更换即可，采用密封性能较好的路灯能起到事半功倍的效果。