灰色系統(tǒng)理論在橋梁撓度檢測中的應用分析

　　關鍵詞：灰色系統(tǒng)理論；橋梁撓度；檢測　　

　　橋梁在一個國家的交通運輸和經(jīng)濟發(fā)展中占有重要位置。橋梁的安全檢測和數(shù)據(jù)采集是保證橋梁安全運營的重要手段，通過檢測技術可以及時掌握橋梁的運營狀況，測定橋梁幾何尺寸的變化和大小，收集橋梁結(jié)構(gòu)在運營過程中的整體線形變化的數(shù)據(jù)，了解橋梁維護、修繕和重建的先后順序。

　　隨著交通事業(yè)的發(fā)展，需要修建更多的大跨度橋梁以跨越大江、大河和海灣，混凝土橋是比較經(jīng)濟合理的方案。現(xiàn)代混凝土橋如連續(xù)剛構(gòu)橋、拱橋和斜拉橋等，多采用自架設體系施工，即將橋梁的上部構(gòu)造分節(jié)段或分層進行施工，后期節(jié)段或后層靠已澆節(jié)段或已澆層來支撐，逐步完成全橋的施工，也就是無支架而靠自身結(jié)構(gòu)進行施工。撓度變形以及影響撓度變形的很多因素，由于其本身的復雜性，人們無法確切地進行度量，因而可以認為它們是一種灰色量。由于灰色系統(tǒng)理論在公路測量和橋梁檢測方而有著廣泛的應用，采用灰色系統(tǒng)理論來進行檢測，從理論上來說具有一定的可行性，但如何建立模型，檢測的效果如何，則需要通過計算分析才能確定。本文以某橋施工過程中的撓度監(jiān)測為例，進行灰色系統(tǒng)理論在橋梁撓度檢測的應用分析�！　�

　　1橋梁撓度分析

　　對任意點，橋梁撓度是該點在兩個不同時間和兩個不同工況下同一點的高程差。理論上可采取當前工況與參考工況的絕對高差求差計算。參考工況可為初始工況(零工況)或試驗過程中的任意一個工況。兩個條件下的標高變化，精確檢測其量值有時比較困難。一般認為，只有實際檢測中的最大誤差超過被測量值的1/3時，誤差與變化將難以區(qū)分。如將撓度變化檢測敏感度(檢測值)確定為lmm，則測量誤差不應大于0.3mm。原則上每次測量可以使用不同的方法，但是必需要有長期、固定、統(tǒng)一的參考點(基點)，并且能夠控制精度，才能檢測出微小的撓度變化信號，并進行有效的對比。固定基點要盡量接近檢測點。用于長期觀測的基點，應保持長期穩(wěn)定且標高不變�！　�

　　2灰色系統(tǒng)概述

　　灰色系統(tǒng)理論以“部分信息己知，部分信息未知”的“小樣本”、“貧信息”不確定性系統(tǒng)為研究對象，主要通過對“部分”已知信息的生成、開發(fā)，提取有價值的信息，實現(xiàn)對系統(tǒng)運行規(guī)律的正確描述和有效控制�；疑�系統(tǒng)理論用灰數(shù)、灰色方程、灰色矩陣等來描述，其中灰數(shù)是灰色系統(tǒng)的基本單元。

　　在控制論中，如果線性系統(tǒng)的行為變量為2個以上，則可構(gòu)造一般的狀態(tài)方程，其系統(tǒng)特征方程具有解析解。若行為變量多于3個，則盡管仍然有一般狀態(tài)方程，可是系統(tǒng)特征方程不一定具有解析解，其系統(tǒng)動態(tài)行為往往得通過數(shù)值解方法來處置。

　　若系統(tǒng)動態(tài)用一組GM(1,N)模型描述，這些模型發(fā)源于一個GM(1,1)模將這個GM(1,1)模型的預測值代入下一個GM(1,N)，使其轉(zhuǎn)化為GM(1,1),這樣逐步遞推計算，最后獲得所有行為變量的預測值，則稱為多變量灰微分方程組的GM(1,1)嵌套解法。這種解法的灰預測稱為系統(tǒng)灰預測(SystematicGreyPrediction)�！�

　　3灰色系統(tǒng)理論在橋梁撓度檢測的應用　　

　　3.1工程簡介

　　某橋是廣東一條重要通道，預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋位于輔航道上，簡稱輔航道橋，全長270米，該橋的橋型布置示意圖見圖1。

　　在施工過程中，溫度對長懸臂箱梁的撓度影響較大，這種影響通過對長懸臂箱梁撓度長期的觀測，已經(jīng)有了定性的認識，即溫度降低，箱梁上撓，上撓的幅度隨長度的增加而增大;溫度上升，箱梁下?lián)�，下�(lián)系姆�度隨長度的增加而增大。但是究竟溫度每變化一度，懸臂箱梁的撓度變化有多大，還沒有“量”的概念，只有掌握了溫度對撓度影響“量”的規(guī)律，才能在各種溫度下觀測的箱梁撓度中，剔除溫度變化的影響部分，從而使觀測的撓度真正地反映實際的變形，并在箱梁施工放樣中考慮溫度變化的影響。　

　　3.2不考慮溫度變化影響情況下箱梁撓度值的擬合與檢測

　　按照掛籃懸臂澆筑法的施工流程，每一塊箱梁的施工分掛籃前移、澆筑混凝土和預應力張拉三個施工階段，每一個施工階段完成后都要觀測撓度。外業(yè)觀測一般都在日出之前一個小時之內(nèi)完成，這個時間段內(nèi)溫度變化很小，因而可以不考慮溫度變化的影響。任取11號墩澆筑19號塊箱梁混凝土后，右幅橋10-18號塊箱梁上水方向監(jiān)測點的撓度數(shù)據(jù)為例，見表l。

　　表111號墩10號塊箱梁混凝土后實測撓度

　　注:表中負號表示下?lián)�。　�?/p>

　　為了便于比較，取10-18號塊箱梁的實測撓度數(shù)據(jù)為建模數(shù)據(jù)(即以10號塊為當前塊)，預測11-18號塊箱梁的撓度，并與實測值相比較。從表中可以看出，撓度數(shù)值隨著懸臂的增長而增大�！　�

　　3.3考慮溫度變化影響情況下箱梁撓度值的擬合與檢測

　　溫度對撓度的影響較為復雜，為減小溫度變化對撓度的影響，撓度觀測一般都選在早上日出之前，但隨著施工季節(jié)的變化，日平均氣溫隨之發(fā)生變化，有時天氣的突然變化也會引起氣溫的變化，因此既使都是日出之前觀測，不同箱梁塊同一施工階段撓度觀測時的溫度相差也很大，根據(jù)不同箱梁塊同一施工階段的撓度預測待施工箱梁塊的撓度必須考慮溫度的影響�；疑�關聯(lián)分析是灰色系統(tǒng)理論中進行系統(tǒng)因素分析的重要組成部分。

　　任取19號墩東邊跨右幅橋上水點觀測數(shù)據(jù)為例，以澆筑21-29號塊箱梁混凝土時，其前一塊箱梁產(chǎn)生的撓度為建模數(shù)據(jù)，以溫度、懸臂長和懸臂重量為關聯(lián)因子，計算關聯(lián)度，分析這三個因素對撓度的影響程度。由于澆筑混凝土時箱梁都下?lián)�，為計算方便直接取撓度值的絕對值，不影響實際分析，實際建模數(shù)據(jù)見表2�！�

　　灰色關聯(lián)度利用因子序列與系統(tǒng)行為序列的幾何接近程度，來衡量因子對系統(tǒng)行為的貢獻測度，在計算之前，可以通過圖形直觀的分析這三個因子序列與撓度序列的關系。為便于比較，將原始數(shù)據(jù)作初值化處理后繪于同一個圖中，見圖2。

　　灰色系統(tǒng)理論通過對數(shù)據(jù)的生成，來弱化數(shù)據(jù)的隨機性，凸現(xiàn)其規(guī)律性，在數(shù)據(jù)量少時有優(yōu)勢，當人工采集變形數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)采集受客觀條件限制時，可采用灰色系統(tǒng)理論模型，以減輕外業(yè)觀測的工作量，并得到較好的檢測效果。

　　參考文獻：

　　[1]王學萌等.灰色系統(tǒng)預測決策建模程序集[M].北京:科學普及出版社，1986.08

　　[2]鄧聚龍.灰色系統(tǒng)理論教程[M].武漢:華中理工大學出版社，1990.11

　　[3]羅黨.灰色決策問題分析方法[M].鄭州:黃河水利出版社，2005.