灰色系統(tǒng)理論在橋梁撓度檢測中的應(yīng)用分析
關(guān)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(shù)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(shè)體系施工，即將橋梁的上部構(gòu)造分節(jié)段或分層進(jìn)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(jìn)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(fù)雜性，人們無法確切地進(jìn)行度量，因而可以認(rèn)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(yīng)用，采用灰色系統(tǒng)理論來進(jìn)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(jìn)行灰色系統(tǒng)理論在橋梁撓度檢測的應(yīng)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(dāng)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(biāo)高變化，精確檢測其量值有時比較困難。一般認(rèn)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(yīng)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(jìn)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(yīng)保持長期穩(wěn)定且標(biāo)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。灰色系統(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(yù)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(yù)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(yù)測稱為系統(tǒng)灰預(yù)測(SystematicGreyPrediction)�！�
3灰色系統(tǒng)理論在橋梁撓度檢測的應(yīng)用
3.1工程簡介
某橋是廣東一條重要通道，預(yù)應(yīng)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(rèn)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)系姆入S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(yù)應(yīng)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(fù)號表示下?lián)稀！ ?/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(dāng)前塊)，預(yù)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(fù)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(yù)測待施工箱梁塊的撓度必須考慮溫度的影響。灰色關(guān)聯(lián)分析是灰色系統(tǒng)理論中進(jìn)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?xí)r，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(guān)聯(lián)因子，計算關(guān)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?xí)r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(guān)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(xiàn)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(guān)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(dāng)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(xiàn)：
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