基于anp的應(yīng)急橋梁設(shè)計(jì)方案評(píng)估

基于anp的應(yīng)急橋梁設(shè)計(jì)方案評(píng)估

1應(yīng)急橋梁設(shè)計(jì)原則隨著我國(guó)交通的快速發(fā)展，橋梁建設(shè)面積和橋梁建設(shè)面積都在增加。為了確保橋梁的建設(shè)速度和橋梁的質(zhì)量，在橋梁建設(shè)之前，應(yīng)執(zhí)行臨時(shí)施工便橋的工作（如圖1所示，杭州跨海大橋施工便橋）。為了確保施工便橋的安全，降低資金投資，橋梁所有者通常使用應(yīng)急橋梁作為施工便橋，并組織橋梁專(zhuān)家對(duì)應(yīng)急橋的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行綜合評(píng)估。由于應(yīng)急橋梁的完整性是一個(gè)多才多藝、半制度化的問(wèn)題，并且性能指標(biāo)之間存在相互依賴(lài)于的關(guān)系。例如，經(jīng)濟(jì)和安全。如果經(jīng)濟(jì)的復(fù)雜性越高，安全性就越低。安全越高，經(jīng)濟(jì)越低。在這項(xiàng)工作中，基于可靠和反饋的網(wǎng)絡(luò)層次分析法（anp），本文應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)層次分析法的應(yīng)急橋梁設(shè)計(jì)方案。美國(guó)的泰勒拉頓教授（meanwinrt岳教授）在1996年提出了一種適應(yīng)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的科學(xué)方法?？紤]到因素之間的依賴(lài)性和回歸性，本文量化了各個(gè)方面的1-9個(gè)元素，進(jìn)行了兩個(gè)部分的比較，并進(jìn)行了全面的分類(lèi)。2突出橋梁經(jīng)濟(jì)性和可制造性在設(shè)計(jì)某一座應(yīng)急橋梁時(shí),施工周期、橋梁長(zhǎng)度、通行的荷載、車(chē)行道寬度、車(chē)道中間的中央分隔帶、橋下通航凈空是一定的.要比較的因素主要有:1)安全性S.橋梁的安全性包括橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度S1、剛度S2、穩(wěn)定性S3.結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性存在相互依賴(lài)性.便橋高強(qiáng)度一定高剛度但未必高穩(wěn)定性;高穩(wěn)定性一定有高強(qiáng)度和高剛度;高剛度一定保證便橋的高強(qiáng)度和高穩(wěn)定性.2)經(jīng)濟(jì)性E.經(jīng)濟(jì)性與安全性是一對(duì)矛盾.經(jīng)濟(jì)性越高,安全性就會(huì)降低;安全性越高,經(jīng)濟(jì)性就越低.橋梁的經(jīng)濟(jì)性包括所采用的橋梁材料費(fèi)用E1、制造費(fèi)用E2、安裝費(fèi)用E3和使用維護(hù)費(fèi)用E4.橋梁材料費(fèi)用和使用維護(hù)費(fèi)用具有一定的依賴(lài)性.若采用性能很好的橋梁材料(同時(shí)材料費(fèi)用也高),則能降低橋梁使用維護(hù)費(fèi)用.3)耐久性D.橋梁的耐久性就是橋梁的使用壽命D1.一定要保證應(yīng)急橋梁具有與施工周期相對(duì)應(yīng)的耐久性.耐久性與經(jīng)濟(jì)性、安全性存在相互依賴(lài)關(guān)系.若橋梁耐久性大大超過(guò)施工周期,則橋梁的安全性是有保證的,而經(jīng)濟(jì)性就較差了;反之,若橋梁耐久性達(dá)不到施工周期的時(shí)間,則橋梁的經(jīng)濟(jì)性是好了,而安全性得不到保證了.4)可制造性M.所設(shè)計(jì)的應(yīng)急橋梁一定要具有良好的可制造性,因?yàn)閼?yīng)急橋梁制造周期很短,如果制造制造周期長(zhǎng)了,則勢(shì)必影響主橋的施工進(jìn)度.可制造性包括良好的制造工藝M1、方便的現(xiàn)場(chǎng)安裝M2.良好的制造工藝、方便的現(xiàn)場(chǎng)安裝可降低工廠制造費(fèi)用和現(xiàn)場(chǎng)安裝費(fèi)用.為了保證橋梁整體質(zhì)量,現(xiàn)場(chǎng)連接應(yīng)采用銷(xiāo)接或螺栓連接,應(yīng)盡量避免焊接,若要焊接,也應(yīng)減少現(xiàn)場(chǎng)焊接的數(shù)量,因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)焊接質(zhì)量往往受外界因素的影響較大.安全性和經(jīng)濟(jì)性是一對(duì)矛盾.若要保證較高的安全性,如施工周期是3年,要保證6年的安全性,則材料費(fèi)用就會(huì)高,制造性要求也高,但經(jīng)濟(jì)性差;若要保證較高的經(jīng)濟(jì)性,如施工周期是3年,僅保證3年的安全性,則材料費(fèi)用就會(huì)低,制造性要求不高,但安全性差.耐久性與安全性是依存的,與經(jīng)濟(jì)性是矛盾的.耐久性好,則安全性好,但經(jīng)濟(jì)性差;安全性好,則耐久性好.3應(yīng)用anp評(píng)估橋梁設(shè)計(jì)的方法3.1應(yīng)急橋梁設(shè)計(jì)的anp模型從前進(jìn)行應(yīng)急橋梁方案設(shè)計(jì)時(shí),大多數(shù)設(shè)計(jì)者都會(huì)重視建筑材料的消耗,而對(duì)施工周期的長(zhǎng)短重視不夠.從科學(xué)角度分析,時(shí)間就是金錢(qián),時(shí)間就是效益.從政府誠(chéng)信角度考慮,時(shí)間就是效率,時(shí)間就是政績(jī).不能僅從橋梁工期短了可減少管理費(fèi)出發(fā),而應(yīng)看到應(yīng)急橋梁的提前竣工,會(huì)給主橋施工帶來(lái)很多方便,如主橋的提前施工和總工期的縮短.通過(guò)對(duì)應(yīng)急橋梁設(shè)計(jì)方案因素之間的關(guān)系分析,建立了網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部具有依存關(guān)系的ANP模型,見(jiàn)圖2.3.2基于anp的跨海大橋設(shè)計(jì)方案一般情況下,施工單位會(huì)提供1～3個(gè)應(yīng)急橋梁設(shè)計(jì)方案供橋梁建設(shè)業(yè)主和監(jiān)理決策.如果是1個(gè)方案,就不用ANP方法了,只要領(lǐng)導(dǎo)或?qū)＜冶頉Q一下就可以了,因?yàn)橹灰卮稹癥es”或“No”就可以了.如果是2個(gè)方案,用表決或?qū)哟畏治龇?AHP)就能較好地決策.如果是3個(gè)方案,問(wèn)題就有點(diǎn)復(fù)雜了,因素之間存在著復(fù)雜的依賴(lài)和反饋關(guān)系,用AHP難于解決.本文用ANP方法評(píng)估滿足最低安全性要求的3個(gè)應(yīng)急橋梁設(shè)計(jì)方案(Bridge1、Bridge2、Bridge3).下面以杭州灣跨海大橋施工便橋設(shè)計(jì)方案來(lái)介紹ANP的應(yīng)用過(guò)程.Bridge1為制式應(yīng)急橋梁器材(全部預(yù)制),Bridge2為部分制式應(yīng)急橋梁器材(主梁)與部分現(xiàn)場(chǎng)制造,Bridge3為全部現(xiàn)場(chǎng)制造.影響橋梁綜合性能各因素的重要性各不相同,采用1-9標(biāo)度,確定其權(quán)重值.先通過(guò)兩兩比較、構(gòu)造正互反矩陣、確定各因素下3個(gè)應(yīng)急橋梁設(shè)計(jì)方案的權(quán)重,見(jiàn)表1～表28.所有計(jì)算過(guò)程由超級(jí)決策SuperDecisions軟件來(lái)完成.該軟件完全采用Windows界面(見(jiàn)圖3),操作簡(jiǎn)便.先建立與圖2相同的ANP模型,然后按要求輸入評(píng)分值,就能在較短時(shí)間內(nèi)完成所有的計(jì)算過(guò)程.3.3計(jì)算限制超矩陣的計(jì)算以下的計(jì)算過(guò)程由SuperDecision完成,見(jiàn)圖4.計(jì)算步驟如下:1見(jiàn)表29，確定非加權(quán)超矩陣m為超矩陣M的每一列,都是通過(guò)兩兩比較而得到的排序向量;超矩陣W是通過(guò)元素兩兩比較而導(dǎo)出,矩陣中的每一列都是以某個(gè)元素為準(zhǔn)則的排序權(quán)重.23加權(quán)矩陣w的計(jì)算為了計(jì)算方便,需要將超矩陣的每列歸一化→用加權(quán)矩陣實(shí)現(xiàn)(Wij=aijwji即加權(quán)矩陣aij×超矩陣wij).3加權(quán)超矩陣w自乘設(shè)加權(quán)超矩陣W的元素為Wij,則Wij的大小反映了元素i對(duì)元素j的一步優(yōu)勢(shì)度.二步優(yōu)勢(shì)度由W2的元素∑k=1Nwikwkj得到,W2仍是列歸一化.通過(guò)加權(quán)超矩陣W自乘的方法進(jìn)行到每行數(shù)字一樣時(shí)(每一次自乘都需要列歸一化),就得到了極限超矩陣,既而停止加權(quán)超矩陣的乘積過(guò)程.3.4主要設(shè)備和施工設(shè)備主要考合成排序結(jié)果見(jiàn)表32.表32的排序結(jié)果與實(shí)際分析結(jié)果一致.若采用制式(全部器材都在工廠預(yù)制,單個(gè)構(gòu)件尺寸小、重量輕,現(xiàn)場(chǎng)安裝為銷(xiāo)接或螺栓連接)應(yīng)急橋梁器材,采購(gòu)費(fèi)用高,但現(xiàn)場(chǎng)安裝很方便,等施工結(jié)束后,器材分解也方便,還可用于下一座施工便橋,即對(duì)下一座便橋來(lái)說(shuō),節(jié)省了采購(gòu)費(fèi);若橋面采用制式器材,安裝是方便了,但橋面整體性差,耐久性也差,還不經(jīng)濟(jì);若橋面采用現(xiàn)場(chǎng)制作器材,則增加了制造費(fèi)用,安裝也方便,但橋面整體性好,耐久性也好.因此,在便橋長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí),一般采用主要承重結(jié)構(gòu)的主梁采用制式器材,橋面采用現(xiàn)場(chǎng)制造方式.這樣,既保證了安全性和耐久性,又取得了較好的經(jīng)濟(jì)性.可見(jiàn)用ANP方法評(píng)估應(yīng)急橋