基于多指标分级加权法的钢筋混凝土简支梁桥耐久性

摘要： 简支梁桥作为梁式桥中应用最为广泛的桥形之一。通过对钢筋混凝土简支梁桥结构的耐久性影响因素分析，选择合理的钢筋混凝土结构寿命评估准则，能够进一步对钢筋混凝土简支梁桥结构耐久性的设计和评定。

关键词： 多指标分级加权法；钢筋混凝土；简支梁桥；耐久性

中图分类号：U448.34 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）16-0087-02

0 引言

钢筋混凝土简支梁桥是建设工程中常用的设施，它是由一根两端分别支撑在一个活动支座和一个铰支座上的梁作为主要承重结构的梁桥。按照施工工艺的不同，混凝土简支梁可以分为整体式和分片式两类，整体式简支梁的横向刚度较大，具有较好的稳定性，由于运梁设备起吊能力有限，这种类型的梁适用于就地浇筑，而分片式简支梁的使用范围则较广。研究混凝土简支梁桥的耐久性作为一项重要课题，已经引起了研究人员的广泛关注，通过对影响钢筋混凝土简支梁桥耐久性的因素分析，采用多指标分级加权法来确定一个准确的表达公式，使之耐久性指标更加确切。

1 影响钢筋混凝土简支梁桥耐久性的因素

所谓钢筋混凝土简支梁桥耐久性，是指多个构件组成的桥梁结构体系，在一段时间内能够维持其使用性和安全性的能力。影响钢筋混凝土简支梁桥耐久性的因素有很多，大部分原因是由于钢筋材料或者混凝土材料不合规格，由于环境因素或结构本身因素而导致材料劣化，从而影响钢筋混凝土简支梁桥的耐久性。影响钢筋混凝土简支梁桥耐久性的直接原因分为内部原因和外部原因两个方面。内部原因产生于混凝土自身的因素，包括混凝土内部存在毛细管空隙和气泡等，这些缺陷的存在是由于混凝土结构在设计、材料选择和施工过程中的不合理等因素造成。影响钢筋混凝土简支梁桥的外部原因则包含自然环境因素和使用环境因素而导致其产生劣化现象。

研究人员通过对桥梁耐久性的不断分析和调查，发现影响钢筋混凝土简支梁桥耐久性的最重要的因素是由于混凝土碳化和钢筋锈蚀。当周围环境中CO 2与混凝土中的碱产生化学反应时，会生成CaCO 3，这就导致混凝土碳化现象，混凝土碳化会导致混凝土中的的混凝土pH值下降，碳化现象会导致混凝土钢筋失去保护作用。混凝土碳化是最常见的一种耐久性问题，大气中含有的CO 2必然会与混凝土中的碱发生化学反应，衡量混凝土结构碳化程度的一项重要指标是碳化深度的测量，很多碳化研究结果表明，混凝土碳化深度和时间有一定关系，即混凝土碳化深度与时间的平方根成正比，如果将碳化深度设为X，碳化时间设为t，碳化速度系数设为 ，则其公式可表现为 ，这个综合参数可以反映出混凝土碳化的速度。

钢筋锈蚀作为钢筋混凝土简支梁桥耐久性问题之一，其主要形成因素是由于钢筋表层的钝化膜遭到破坏。当混凝土中的水泥进行水化后，钢筋表面就会形成一层钝化膜，这层钝化膜非常细密，因此在一般情况下钢筋不容易发生锈蚀，但是一旦钝化膜受到破坏，由于水和氧气的侵入，就会形成电化学腐蚀，导致钢筋锈蚀，从而影响到混凝土结构的耐久性。在负温度季节里，混凝土结构处于水饱和状态，它的内部空隙中存在的水会结成冰而发生膨胀，从而产生胀力，导致混凝土结构由于内部的微劣而受到损伤，从而形成混凝土冻融破坏，当这种冻融发生循环作用时，损伤就会不断积累而进一步扩散，长期作用下，混凝土结构就会因为松散原因而开裂，导致体积膨胀受到损坏。此外，钢筋混凝土简支梁桥的耐久性其它影响因素是由于混凝土自身存在的原因，由于材料选择不当、施工原因或者是设计不合理而影响到钢筋混凝土简支梁桥的耐久性。

2 钢筋混凝土简支梁桥耐久性指标的确定

在进行钢筋混凝土结构耐久性寿命预测和评估之前，应当首先利用钢筋混凝土寿命准则来判断结构功能是否失效。钢筋混凝土结构寿命评估的准则包括碳化寿命准则、裂缝宽度与钢筋锈蚀量限制寿命准则和锈胀开裂寿命准则三种。钢筋混凝土简支梁桥的耐久性影响因素较为复杂，各个因素之间会互相影响，最终导致桥梁结构的耐久性降低。由于多种因素的共同作用，导致桥梁结构耐久性能劣化，而这些因素的随机性较大，在耐久性的关系方面存在一定的模糊性，如果想要确定钢筋混凝土简支梁桥耐久性的指标，不能单纯从一种影响因素中去考虑，也不能用同一种方法，这样会影响到指标确定的结果。本文基于多指标分级加权法，来确定钢筋混凝土简支梁桥的耐久性，设耐久性指标为β。桥梁耐久性的劣化并不是整体性劣化，而是从单个构件开始，其耐久性逐渐劣化，钢筋混凝土梁桥由多种基本构件组成一个建筑实体，要分析简支梁桥的耐久性，如果考虑所有的构件，则将加大分析的复杂程度，因此在实际分析中，省去次要构件的影响，只考虑主梁、桥面板和桥墩、基础对结构耐久性的影响。

本文主要是基于多指标分级加权法来分析计算钢筋混凝土简支梁桥的耐久性，所谓多指标分级加权法，是解决多个指标问题的一种方法。多指标分级加权法的难点是怎样确定合理的权重系统，确保多个不同的指标在相同尺度下统一起来。在这项研究中采用层次分析法来确定各个不同指标的权重系统。具体的方法是分析桥梁结构的耐久性，确定出影响耐久性的主要因素，例如保护层厚度、混凝土强度等级以及混凝土碳化等，再根据钢筋混凝结构寿命评估等三项准则的综合考虑结果，进而确定出反映结构耐久性的指标，再利用层次分析法来确定各个指标的权重。建立βi为单个构件的耐久性指标，假设将主梁、桥面板和基础等单个构件的耐久性指标为βi，α1，α2，α3作为权重的代表符号，混凝土保护层厚度为t1，钢筋开始锈蚀的时间为t2，混凝土保护层锈胀开裂的时间t3，则计算公式表示为βi=α1t1+α2t2+α3t3。根据列出的公式计算出单个构件的耐久性指标，之后再分析构件的重要性系数，通过进一步整合，可以得出整个钢筋混凝土简支梁桥的耐久性指标公式，表示为β=γ1β1+γ2β2+γ3β3+γ4β4，在这个公式中γ1，γ2，γ3，γ4均代表构件的重要性系数。第一个公式中的α1，α2，α3即权重以及第二个公式中的γ1，γ2，γ3，γ4，即构件的重要系数，都可以利用层次分析法等数学工具来求得数据，也可以采用专家的建议来确定这些数据。同样可以采用数学工具与专家建议相结合的综合方法，通过对专家经验判断量化的分析，结合多指标分级加权法指标体系，这种方法能够解决各指标间的矛盾性和不可预测性，能够反映出各种影响因素直接的关联性和随机性，计算出较为可靠、实用的结果。

3 结语

总而言之，基于多指标分级加权法的钢筋混凝土简支梁桥的耐久性研究对于建设工程有着重要的意义。相关研究人员通过对影响钢筋混凝土简支梁桥的耐久性影响因素分析，改变耐久性指标中的影响因素，例如钢筋直径、保护层厚度以及混凝土强度等，利用经济性和承载能力进行束缚，进而对钢筋混凝土简支梁桥的耐久性进行评估和设计，通过多指标分级加权法的方式，结合专家综合性建议，科学的评估钢筋混凝土简支梁桥的耐久性。

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