徐建勇，潘驍宇，李 尚，陳 陽(yáng)

(1.浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院， 杭州 310000； 2.浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 杭州 311112)

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基于ANFIS的橋梁水下結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)開(kāi)發(fā)研究

徐建勇1，潘驍宇2，李 尚1，陳 陽(yáng)1

(1.浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院， 杭州 310000； 2.浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 杭州 311112)

以橋梁水下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為對(duì)象，以結(jié)構(gòu)使用環(huán)境和現(xiàn)行橋梁承載能力及耐久性評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，建立結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)體系，確定評(píng)估指標(biāo)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，并開(kāi)發(fā)基于自適應(yīng)神經(jīng)-模糊推理算法的橋梁水下結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)。根據(jù)模擬教師數(shù)據(jù)對(duì)該系統(tǒng)各項(xiàng)性能的驗(yàn)證結(jié)果，證明其具有良好的學(xué)習(xí)能力，且實(shí)際應(yīng)用也表明其具有較好的應(yīng)用效果。

橋梁水下混凝土結(jié)構(gòu)；狀態(tài)評(píng)估；自適應(yīng)神經(jīng)-模糊推理系統(tǒng)；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；模糊推理

水下結(jié)構(gòu)作為橋梁的基礎(chǔ)部分，其狀態(tài)對(duì)橋梁的使用安全性和結(jié)構(gòu)耐久性有十分重要的影響。隨著早期建設(shè)的橋梁逐漸進(jìn)入老齡化，水下結(jié)構(gòu)的病害也正在顯現(xiàn)[1-4]，基礎(chǔ)沖刷、地基變形、沖蝕、露筋、裂縫以及混凝土老化等病害對(duì)橋梁的服役安全性造成極大威脅。

為了規(guī)范在役橋梁的使用安全性評(píng)估方法，我國(guó)CJJ 99—2003《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》[5]、JTG/T H21—2011《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》[6]等基于層次分析法規(guī)定了橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的評(píng)估方法[7]。這些規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)是把橋梁整體劃分為橋面系、上部結(jié)構(gòu)及下部結(jié)構(gòu)3個(gè)子系統(tǒng)，在分別對(duì)上述3個(gè)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，用加權(quán)累計(jì)方法將其結(jié)構(gòu)狀態(tài)反映到橋梁整體中。但是，現(xiàn)行規(guī)范關(guān)于下部結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法中，除了基礎(chǔ)沖刷外，對(duì)水環(huán)境的其他不利影響缺乏考慮，忽略了水的物理作用及化學(xué)腐蝕的影響。工程實(shí)例表明，水下結(jié)構(gòu)特別是位于沿海橋梁干濕交替區(qū)的結(jié)構(gòu)，水環(huán)境對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性有不可忽視的影響。

水下結(jié)構(gòu)耐久性受多種因素的影響，層次分析法是分析復(fù)雜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)狀態(tài)的一種常用方法[8]。在層次分析法中，權(quán)重設(shè)定是綜合反映專家意見(jiàn)的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，其值的大小反映了病害類型對(duì)構(gòu)件結(jié)構(gòu)狀態(tài)的影響程度。因此，權(quán)重的合理性直接關(guān)系到層次分析評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性。由于專家經(jīng)驗(yàn)受到其經(jīng)歷和主觀認(rèn)識(shí)的影響，具有較大的離散性，且隨著認(rèn)識(shí)的提高，專家經(jīng)驗(yàn)也處于不斷積累、不斷更新的過(guò)程中，故合理的評(píng)估系統(tǒng)不但需要反映多數(shù)專家的意見(jiàn)，同時(shí)也應(yīng)具有經(jīng)驗(yàn)更新的能力。而在人工智能理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的層次分析法可以彌補(bǔ)上述不足，使評(píng)估系統(tǒng)具有自學(xué)習(xí)能力。

本文以開(kāi)發(fā)具有自學(xué)習(xí)功能的水下混凝土結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)為目的，基于層次分析法建立水下結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)，并利用自適應(yīng)神經(jīng)-模糊推理系統(tǒng)(ANFIS)開(kāi)發(fā)具有自學(xué)習(xí)功能的層次分析法評(píng)估系統(tǒng)，且驗(yàn)證了層次分析法評(píng)估系統(tǒng)的學(xué)習(xí)性能和實(shí)際應(yīng)用效果。

1 水下結(jié)構(gòu)病害分類及結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.1 水下結(jié)構(gòu)病害類型及其影響

長(zhǎng)期位于水下或者干濕交替區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)其典型病害主要包括6個(gè)大類，即表面缺陷、裂縫、鋼筋銹蝕、結(jié)構(gòu)變形、基礎(chǔ)沖刷及材料性能退化。

上述病害中，水下結(jié)構(gòu)的表面缺陷包括層離、剝落、麻面、沖蝕、溶蝕、凍融破壞等，均屬于水下結(jié)構(gòu)的常見(jiàn)病害，對(duì)結(jié)構(gòu)安全性影響較小，但會(huì)導(dǎo)致混凝土保護(hù)層失效從而對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性帶來(lái)不可忽視的影響。

裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)的典型病害。引起結(jié)構(gòu)開(kāi)裂的原因較多，但根據(jù)裂縫發(fā)生的原因可分為受力裂縫和非受力裂縫2大類：受力裂縫同時(shí)影響結(jié)構(gòu)承載能力和耐久性；非受力裂縫主要影響結(jié)構(gòu)耐久性，如裂縫引起水滲入而導(dǎo)致鋼筋銹蝕。

混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力很大程度上依賴于鋼筋的強(qiáng)度。鋼筋銹蝕導(dǎo)致鋼筋有效面積減小、屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度降低、變形能力下降，另外鋼筋銹脹還會(huì)導(dǎo)致混凝土表面開(kāi)裂、層離，鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)失效。因此，鋼筋銹蝕將直接導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載能力降低。

對(duì)于下部結(jié)構(gòu)變形而言，小變形引起的結(jié)構(gòu)幾何形態(tài)變化對(duì)橋梁傳力體系一般不會(huì)產(chǎn)生顯著影響，但是支點(diǎn)相對(duì)變形會(huì)引起超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力，這對(duì)橋梁的安全性有不可忽視的影響。

基礎(chǔ)沖刷是橋梁水下結(jié)構(gòu)獨(dú)有的病害形式。沖刷會(huì)改變樁基的外露長(zhǎng)度并掏空基礎(chǔ)周圍的土，從而改變水下基礎(chǔ)受力狀態(tài)并引起結(jié)構(gòu)變形，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的安全有較大危害。

混凝土材料性能退化是影響結(jié)構(gòu)承載能力和耐久性的重要因素。橋梁水下結(jié)構(gòu)中，材料性能退化主要表現(xiàn)為混凝土強(qiáng)度下降、碳化、氯離子滲入等形式。

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)

為了對(duì)病害嚴(yán)重程度及產(chǎn)生病害的原因進(jìn)行定量分析，本文對(duì)水下結(jié)構(gòu)的各種病害程度以及環(huán)境作用建立了對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，并參考JTG/T J21—2011《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》[9]、GB 50476—2008《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》[10]等國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，提出每個(gè)參數(shù)指標(biāo)的檢測(cè)及等級(jí)評(píng)估方法。

現(xiàn)以“混凝土強(qiáng)度”指標(biāo)為例，對(duì)水下結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度測(cè)試方法及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)予以介紹。對(duì)于評(píng)估系統(tǒng)中的其他指標(biāo)，均采用類似方法并參照有關(guān)規(guī)范來(lái)確定，指標(biāo)影響程度用1～5等級(jí)進(jìn)行評(píng)定。

水下結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度以干濕交替區(qū)為測(cè)區(qū)，根據(jù)混凝土強(qiáng)度檢測(cè)方法，分別參照J(rèn)GJ/T 23—2011《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》[11]、CECS 02：2005《超聲回彈綜合法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》[12]和CECS 03: 2011《鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》[13]選用回彈法、超聲回彈綜合法及取芯法來(lái)檢測(cè)混凝土強(qiáng)度。另外，根據(jù)承重構(gòu)件或其主要受力部位的實(shí)測(cè)強(qiáng)度推定值和測(cè)區(qū)平均換算強(qiáng)度，按式(1)推定強(qiáng)度勻質(zhì)系數(shù)和平均強(qiáng)度勻質(zhì)系數(shù)，并按照表1對(duì)其強(qiáng)度狀態(tài)作出等級(jí)評(píng)定。

(1)

式中：Kbt為推定強(qiáng)度勻質(zhì)系數(shù)；Rit為混凝土實(shí)測(cè)強(qiáng)度推定值；R為混凝土極限強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；Kbm為平均強(qiáng)度勻質(zhì)系數(shù)；Rim為測(cè)區(qū)混凝土平均換算強(qiáng)度值。

表1 混凝土強(qiáng)度指標(biāo)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

2 基于ANFIS的橋梁水下結(jié)構(gòu)性能評(píng)估系統(tǒng)

2.1 模糊理論與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

由于水下結(jié)構(gòu)病害的描述具有模糊性、不確定性的特點(diǎn)，本文采用模糊理論對(duì)水下結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。模糊理論出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代，其是用以分析復(fù)雜事物之間不確定關(guān)系的一種數(shù)學(xué)模型，在結(jié)構(gòu)性能狀態(tài)評(píng)估時(shí)具有良好的適用性。模糊模型一般由輸入變量、輸出變量、模糊規(guī)則組成。模糊規(guī)則即if-then規(guī)則，是模糊理論處理輸入變量和輸出變量的基本規(guī)則，其表達(dá)形式為：Ifm是A且(或)n是Btheny是C且(或)z是D。

模糊推理是采用模糊邏輯由給定的輸入到輸出的映射過(guò)程，推理過(guò)程如圖1所示。一個(gè)模糊模型由輸入變量、輸出變量、模糊規(guī)則組成，首先將輸入變量模糊化為由隸屬度函數(shù)表示的參數(shù)，然后運(yùn)用模糊算子和蘊(yùn)含算子分別將輸入變量的隸屬度函數(shù)套用每一條模糊規(guī)則得到對(duì)應(yīng)的隸屬度和模糊集，并通過(guò)模糊合成得到全部模糊規(guī)則的綜合模糊集，最后采用歸一化算法將綜合模糊集反模糊化為確定的數(shù)值。

圖1 模糊推理過(guò)程

另一方面，人工智能算法可實(shí)現(xiàn)推理系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)功能，其特別適用于基于專家經(jīng)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)系統(tǒng)，在橋梁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用已受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注[14-15]。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是20世紀(jì)80年代大規(guī)模興起的一種人工智能算法，其模擬人腦神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)對(duì)信號(hào)的處理過(guò)程，通過(guò)將大量神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)連接形成網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到自主運(yùn)算的目的。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)的功能，被廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程中。

自適應(yīng)神經(jīng)-模糊推理系統(tǒng)(ANFIS)是一種引入了模糊推理機(jī)制的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，其既可以考慮輸入?yún)?shù)的不確定性，又能借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)的能力完成大量重復(fù)性運(yùn)算，目前已有不少學(xué)者將ANFIS理論運(yùn)用于橋梁耐久性評(píng)估，收到了良好效果[16]。因此，本文借鑒上述研究思路，將ANFIS引入橋梁水下結(jié)構(gòu)的性能檢測(cè)評(píng)估中，并建立了基于ANFIS的評(píng)估系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)智能化的橋梁水下結(jié)構(gòu)性能評(píng)估。

2.2 橋梁水下結(jié)構(gòu)評(píng)估指標(biāo)體系

在基于ANFIS的橋梁水下結(jié)構(gòu)性能評(píng)估系統(tǒng)中，各項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)間層次關(guān)系的確立非常關(guān)鍵。本文將影響水下結(jié)構(gòu)承載能力和耐久性的各項(xiàng)因素根據(jù)因果關(guān)系進(jìn)行分層歸納，建立了橋梁水下結(jié)構(gòu)性能評(píng)估體系。該體系的層次關(guān)系如圖2所示。另外，本文借鑒層次分析法的思路，以水下結(jié)構(gòu)評(píng)估的2個(gè)方面(承載能力評(píng)估和耐久性評(píng)估)作為目標(biāo)層，將水下結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)概括為3大類，分別以環(huán)境條件、材料性能和結(jié)構(gòu)病害作為水下結(jié)構(gòu)評(píng)估系統(tǒng)的第1層，并對(duì)第1層的3個(gè)指標(biāo)進(jìn)行細(xì)分，共得到包含75個(gè)評(píng)估指標(biāo)、劃分層次為5層的一個(gè)評(píng)估系統(tǒng)基于水下結(jié)構(gòu)評(píng)估的層次性特點(diǎn)，本文建立了由多個(gè)單級(jí)ANFIS系統(tǒng)串并聯(lián)而成的多級(jí)ANFIS系統(tǒng)。系統(tǒng)的構(gòu)成與水下結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)體系的層次結(jié)構(gòu)如圖3所示。從圖3可以看出，“環(huán)境條件-水環(huán)境-水質(zhì)”這一子系統(tǒng)的末端，由2個(gè)輸入變量“泥沙含量”、“水質(zhì)的化學(xué)成分”和1個(gè)輸出變量“水質(zhì)”構(gòu)成了單級(jí)ANFIS，而“水質(zhì)”又作為其中一個(gè)輸入項(xiàng)目與“水流速度”“凍融程度”共同構(gòu)成前一層次的ANFIS，從而致使所有指標(biāo)不斷向前推進(jìn)，最終構(gòu)成整個(gè)“水下結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)”的ANFIS模型。

此外，為了提高水下混凝土結(jié)構(gòu)病害評(píng)估系統(tǒng)的適用性，本文借助于面向?qū)ο蟮目梢暬幊陶Z(yǔ)言MATLAB 7.12開(kāi)發(fā)了友好的人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)從現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)到評(píng)估的完整體系。

2.3 橋梁水下結(jié)構(gòu)性能評(píng)估的實(shí)現(xiàn)與評(píng)估系統(tǒng)可靠性驗(yàn)證

利用本文建立的ANFIS評(píng)估系統(tǒng)，只需輸入底層指標(biāo)的評(píng)定等級(jí)，就可實(shí)現(xiàn)水下結(jié)構(gòu)性能的評(píng)定。評(píng)估前，可選擇評(píng)定構(gòu)件的承載能力或耐久性，導(dǎo)入不同的教師數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行訓(xùn)練，使系統(tǒng)獲得相應(yīng)的評(píng)定方法。實(shí)際工程運(yùn)用時(shí)，這些教師數(shù)據(jù)來(lái)源于專家對(duì)同類結(jié)構(gòu)的評(píng)定意見(jiàn)。

為了驗(yàn)證評(píng)估系統(tǒng)的學(xué)習(xí)性能，現(xiàn)通過(guò)一例予以說(shuō)明。由于缺乏大量完整的水下結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)，故本文采用Monte-Carlo法隨機(jī)生成大量輸入數(shù)據(jù)，并根據(jù)常權(quán)綜合法的評(píng)價(jià)思路獲得每組輸入數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的輸出數(shù)據(jù)，這些輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)構(gòu)成了評(píng)估系統(tǒng)的教師數(shù)據(jù)。

教師數(shù)據(jù)數(shù)量對(duì)評(píng)估系統(tǒng)誤差的影響表現(xiàn)為教師數(shù)據(jù)的數(shù)量越大，評(píng)估系統(tǒng)的誤差越小，評(píng)估結(jié)果越準(zhǔn)確[17]；當(dāng)數(shù)量達(dá)到200以后，誤差趨于穩(wěn)定。因此，本文提供200組隨機(jī)數(shù)據(jù)作為教師數(shù)據(jù)，通過(guò)訓(xùn)練，得到評(píng)估系統(tǒng)的評(píng)估結(jié)果與理論結(jié)果，如表2所示。

圖2 水下結(jié)構(gòu)性能評(píng)估系統(tǒng)

圖3 子系統(tǒng)“水下結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)-環(huán)境條件-水環(huán)境”的ANFIS模型層次

項(xiàng)目第1層指標(biāo)環(huán)境條件材料性能結(jié)構(gòu)病害目標(biāo)層指標(biāo)結(jié)構(gòu)承載能力評(píng)估指標(biāo)理論值0.62950.63800.48360.5745系統(tǒng)評(píng)估值0.63720.63820.48050.5751相對(duì)誤差/%1.220.030.640.10

由表2數(shù)據(jù)可知，訓(xùn)練后評(píng)估系統(tǒng)的輸出值與理論值的最大相對(duì)誤差約為1.22%，表明系統(tǒng)學(xué)習(xí)性能良好，可作為水下結(jié)構(gòu)性能評(píng)估的可靠工具。

3 工程實(shí)例

溫州市甌江三橋全長(zhǎng)2 048 m，主橋上部結(jié)構(gòu)采用3跨中承式拱，跨徑為40 m+98 m+40 m。主橋下部結(jié)構(gòu)主墩墩身采用鋼筋混凝土箱形結(jié)構(gòu)，啞鈴形承臺(tái)，基礎(chǔ)為1.8 m的鉆孔灌注樁；邊墩采用三柱式橋墩，下接1.8 m的鉆孔灌注樁；主橋主墩上下游共設(shè)置4個(gè)防撞墩。

引橋上部結(jié)構(gòu)采用30 m和25 m后張法預(yù)應(yīng)力混凝土T梁；下部結(jié)構(gòu)主要采用柱式墩臺(tái)身、鉆孔樁基礎(chǔ)，少量采用重力式臺(tái)身、擴(kuò)大基礎(chǔ)。

甌江三橋設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為汽車-20級(jí)，掛車-100。橋址處為感潮河段，落差流速大于漲流速，最大流速可達(dá)3.0 m/s。

2011年6月，北京九通衢道橋工程技術(shù)有限公司對(duì)甌江三橋進(jìn)行了水中墩樁基礎(chǔ)檢測(cè)，以全面了解水中墩樁基礎(chǔ)各部件的工作狀態(tài)。檢測(cè)結(jié)果表明，13根樁基礎(chǔ)的立柱產(chǎn)生了鋼筋銹蝕和混凝土脹裂現(xiàn)象，部分立柱與系梁連接部位出現(xiàn)沖刷淘空和蜂窩現(xiàn)象，18根樁基礎(chǔ)的樁身混凝土破損顯露鋼筋，11根樁基礎(chǔ)的樁身混凝土破損面積相對(duì)較大且外露鋼筋銹蝕嚴(yán)重，主橋和引橋所處河床沖刷下切嚴(yán)重。因此，根據(jù)JTG H11—2004《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》[18]的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，甌江三橋樁基礎(chǔ)的技術(shù)狀況及分類為4度(差)。

為驗(yàn)證橋梁水下結(jié)構(gòu)性能評(píng)估系統(tǒng)在實(shí)際工程中的適用情況，本文根據(jù)檢測(cè)單位提供的甌江三橋橋梁樁基專項(xiàng)檢測(cè)報(bào)告，將影響結(jié)構(gòu)性能評(píng)定的28個(gè)底層指標(biāo)進(jìn)行等級(jí)評(píng)定，各指標(biāo)的評(píng)定等級(jí)按照“好”“較好”“中等”“較差”“差”5個(gè)等級(jí)依次遞減。檢測(cè)數(shù)據(jù)如表3所示。

采用橋梁水下混凝土結(jié)構(gòu)評(píng)估系統(tǒng)對(duì)甌江三橋的下部結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況進(jìn)行評(píng)定，甌江三橋下部結(jié)構(gòu)承載能力評(píng)估指標(biāo)得分為47.00分。根據(jù)JTG H11—2004的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，該橋梁下部結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況得分屬于4類，與北京九通衢道橋工程技術(shù)有限公司給出的實(shí)橋檢測(cè)結(jié)果一致，表明橋梁水下混凝土結(jié)構(gòu)評(píng)估系統(tǒng)在實(shí)際工程中的適用性良好。

4 結(jié)束語(yǔ)

水下結(jié)構(gòu)是橋梁的重要傳力部位，對(duì)其進(jìn)行性能評(píng)估是橋梁檢測(cè)中的重要環(huán)節(jié)。然而長(zhǎng)期以來(lái)，由于缺乏專門的規(guī)范和系統(tǒng)的評(píng)估方法，橋梁水下結(jié)構(gòu)的病害及使用安全性和耐久性難以得到準(zhǔn)確評(píng)定。本文針對(duì)橋梁水下結(jié)構(gòu)的病害，根據(jù)病害成因和特點(diǎn)，采用層次分析法建立了影響水下結(jié)構(gòu)性能各因素的指標(biāo)體系，并確定了各指標(biāo)的檢測(cè)和分級(jí)方法。另外，為提高橋梁水下結(jié)構(gòu)的性能檢測(cè)與評(píng)估效率，本文基于ANFIS開(kāi)發(fā)了橋梁水下結(jié)構(gòu)性能評(píng)估系統(tǒng)，通過(guò)生成教師數(shù)據(jù)對(duì)該系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)性能進(jìn)行了驗(yàn)證，并通過(guò)工程實(shí)例對(duì)其適用性也進(jìn)行了驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明該系統(tǒng)具有良好的可靠性和實(shí)用性。

表3 甌江三橋檢測(cè)數(shù)據(jù)

[1] 楊華舒，王 洪，李 明.水工混凝土建筑物的表層病害與整體老化[J].水力發(fā)電，2001(2)：57-60.

[2] 孫 暉.在役結(jié)構(gòu)水下樁基礎(chǔ)的檢測(cè)方法與工程實(shí)例[J].中國(guó)水運(yùn)(下半月)，2012，12(3): 226-229.

[3] 黃 斌.沿海地區(qū)橋梁樁基混凝土耐久性研究[J].福建建材，2009(2)：26-28.

[4] 陳 亮.橋梁水下結(jié)構(gòu)病害分級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)研究[J].浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，15(3): 10-15.

[5] 中國(guó)建筑工業(yè)研究院.城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范：CJJ 99—2003[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.

[6] 交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院.公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：JTG/T H21—2011[S].北京：人民交通出版社，2011.

[7] 卓秋林，王曉東，李 武.橋梁養(yǎng)護(hù)規(guī)范的分析與比較[J].公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版)，2009(4)： 56-58.

[8] 張永清，馮忠居.用層次分析法評(píng)價(jià)橋梁的安全性[J].西安公路交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，21(3)：52-56.

[9] 交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院.公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程：JTG/T J21—2011[S].北京：人民交通出版社，2011.

[10]中國(guó)建筑工業(yè)研究院.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50476—2008[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

[11]陜西省建筑科學(xué)研究院.回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程：JGJ/T 23—2011[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

[12]中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì).超聲回彈綜合法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程：CECS02：2005[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005.

[13]中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì).鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程：CECS03: 2011[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

[14]薛飛宇，郝海霞.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在橋梁結(jié)構(gòu)等級(jí)評(píng)估中的應(yīng)用[J].公路與汽運(yùn)，2004(3)：71-73.

[15]韓大建，楊炳堯，顏全勝.用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法評(píng)估橋梁缺損狀況[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2004，32(9)：72-75.

[16]李季隆，許雷挺，劉 琳，等. 城市橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)開(kāi)發(fā)[J].公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版), 2013(12): 60-64.

[17]魏 迪，謝 旭，張治成，等.自適應(yīng)神經(jīng)-模糊推理系統(tǒng)在橋梁狀態(tài)評(píng)估中的應(yīng)用[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)，2008，42(11)：2015-2022.

[18]陜西省公路局.公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范：JTG H11—2004[S].北京：人民交通出版社，2004.

Study on Development of ANFIS Based Underwater Structure Status Evaluation System for Bridges

XU Jianyong1, PAN Xiaoyu2, LI Shang1, CHEN Yang1

This paper targets at underwater steel reinforced concrete structure of bridge. Based on structure using environment and current bridge load ability and durability evaluation standard, we set up structure status evaluation indices system to determine gradation standard of evaluation indices, and develop underwater bridge structure status evaluation system based on adaptive neuro-fuzzy inference algorithm. According to verification results for all performance of this system by simulated teacher data, it is proven that this system has well study ability and the practical application has proved that it has relatively good applicable results.

Underwater bridge concrete structure; status evaluation; adaptive neuro-fuzzy inference system; neuro network; fuzzy inference

10.13607/j.cnki.gljt.2016.05.018

浙江省交通運(yùn)輸廳科技計(jì)劃項(xiàng)目(2012H11)

2016-06-14

徐建勇(1964-)，男，浙江省杭州市人，本科，高工。

1009-6477(2016)05-0073-06

U443.2

A