本发明属于无损检测及抗力评价领域，涉及混凝土梁桥，具体涉及一种混凝土梁桥抗力折减系数确定方法。
背景技术：
自二十世纪以来，钢筋混凝土结构以其性能良好、造价经济的优点，在桥梁工程中获得广泛应用。然而在钢筋混凝土梁桥服役期间，结构材料将渐渐老化，构件也渐渐出现病害损伤，尽管混凝土梁桥的劣化是一个缓慢的过程，但是桥梁最终破坏是突然的脆性的，具有很强的随机性和难预见性，这是桥梁安全预警的巨大挑战。影响混凝土结构其劣化因素众多，有其自身性能的衰退也有外界环境的影响，各个因素之间又相互影响相互干扰，导致对于构件承载力劣化的评估缺乏更加科学有效的方法。
目前，对于在役混凝土梁桥承载能力的评估常用方法有荷载实验法、旧桥检算系数法等。荷载实验法采用实测结构校验系数推算检算系数z，但是校验系数与检算系数之间的关系规范中给出了经验值，这仍需更加深入的研究与探索；除此之外，进行荷载实验要中断桥梁的交通，并且要花费大量的人力和物力，设计资料不全或者未知的情况下这个方法并不可行。旧桥检算系数法虽然将外观检测与无损检测结果相结合，然而此法在具体应用时受个人主观因素影响很大，其有效性有待进一步探讨。
因此，需要找到一种更加科学、高效、成本小且人为因素干扰较小的评价方法，而评估方法中核心问题是对于结构的抗力进行科学有效的折减，所以抗力折减系数求解方法成为研究重点。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种混凝土梁桥抗力折减系数确定方法，该方法能够有效地降低抗力折减估算过程中的人为因素干扰，省时省力、快捷高效。
为了解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案予以实现：
一种混凝土梁桥抗力折减系数确定方法，该方法按照以下步骤进行：
步骤一，获取试验检测基础数据：
通过混凝土裂缝综合测试仪、钢筋锈蚀仪、氯离子含量快速测定仪、回弹仪、浓度酚酞指示液、一体式钢筋扫描仪获取七项试验检测基础数据：平均锈蚀电位、碳化深度、保护层平均厚度、裂缝平均宽度、氯离子含量、混凝土截面损失率和混凝土实测强度推定值；
步骤二，确定一级隶属函数：
设定混凝土一级承载能力影响因素钢筋锈蚀电位g1(x1)、氯离子含量g2(x2)、碳化深度/保护层平均厚度g3(x3)的隶属函数分布区间值如下：
其中：
x1为钢筋锈蚀电位；
x2为氯离子含量；
x3为碳化深度/保护层平均厚度；
步骤三，获得一级模糊关系矩阵：
通过步骤二取得钢筋锈蚀电位g1(x1)、氯离子含量g2(x2)、碳化深度g3(x3)的隶属函数分布区间值，形成一级模糊关系矩阵cι如下；
步骤四，获得一级最优权重向量：
对钢筋锈蚀电位g1(x1)、氯离子含量g2(x2)、碳化深度g3(x3)构造区间判断矩阵，用
其中：
i取1、2或3，j取1、2或3，i和j分别代表钢筋锈蚀电位、氯离子含量、碳化深度/保护层厚度；
步骤五，获得一级综合指标：
步骤三获得的一级模糊关系矩阵与步骤四获得的一级最优权重向量相乘获得一级综合指标bι，即：bι＝ωι×cι，一级综合指标用于表征钢筋锈蚀综合结果；
步骤六，确定二级隶属函数：
混凝土二级承载能力影响因素裂缝宽度g5(x5)、混凝土截面损失率g6(x6)、混凝土实测强度推定值/设计值g7(x7)的隶属函数分布区间值如下：
其中：
x5为裂缝宽度；
x6为混凝土截面损失率；
x7为混凝土实测强度推定值/设计值；
步骤七，获得二级模糊关系矩阵：
通过步骤六取得裂缝宽度g5(x5)、混凝土截面损失率g6(x6)、混凝土实测强度推定值/设计值g7(x7)的隶属函数分布区间值，一级综合指标bi，形成一级模糊关系矩阵cιι如下：
步骤八，获得二级最优权重向量：
对一级综合指标bi、裂缝宽度g5(x5)、混凝土截面损失率g6(x6)、混凝土实测强度推定值/设计值g7(x7)构造区间判断矩阵，用
其中：
i取1、2、3或4，j取1、2、3或4，i和j分别代表一级综合指标、裂缝宽度、混凝土截面损失率、混凝土实测强度推定值/设计值；
步骤九，获得二级综合指标：
步骤六获得的二级模糊关系矩阵与步骤七获得的二级最优权重向量相乘获得二级综合指标bιι，即：bιι＝ωιι×cιι，二级综合指标bιι用于表征所提出的七项试验数据对承载能力的综合影响；
步骤十，确定承载力折减系数备择集：
对于实际结构当承载能力折减系数低于0.7时，结构基本处于生命末期，而对于结构最好的状态为承载能力不做折减，得到的承载力折减系数备择集为：γ＝{1.0,0.9,0.8,0.7}；
步骤十一，确定抗力折减系数：
通过γ与二级综合指标bιι的乘积即可获得最终的抗力折减系数η，即：
当抗力折减系数η低于0.7时，实际结构处于生命末期；
抗力折减系数η为1.0时，实际结构处于最好生命状态。
本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：
本发明的方法首先应用模糊数学的理论基础，有效模拟了各因素间的复杂关系，将相互联系、相互影响的承载能力影响因素分为两级。其次采用不确定性层次分析法获取各级的权重向量。最后通过综合评价结果与备择集的乘积确定了混凝土梁桥的抗力折减系数。一方面，本发明整个试验基础数据的获取过程属于无损检测范畴，不对梁桥造成损伤，且在折减系数确定中又能有效的避免了人为因素的干扰，计算结果更加科学有效。另一方面，基于桥梁服役年限和实测数据，利用该计算体系操作方便特点，可以将规范规定的现场检查和一些无损检测数据直接输入到程序中，对于某一座梁桥的评定可做到实时实地的评定，为承载能力评定提供了方便，同时也可用于对役混凝土各类梁桥承载能力衰变规律研究。
附图说明
图1是抗力折减系数确定流程图。
图2是各因素的隶属函数图，其中(a)钢筋锈蚀分级隶属函数图，(b)混凝土相对碳化深度分级隶属函数，(c)平均裂缝宽度分级隶属函数，(d)氯离子质量分数分级隶属函数，(e)混凝土强度分级隶属函数，(f)混凝土表面损伤分级隶属函数。
图3是实验梁加载示意图。
图4是综合评价体系实验验证结果。
以下结合附图和实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1：
本实施例给出一种混凝土梁桥抗力折减系数确定方法，如图1至图4所示，该方法按照以下步骤进行：
步骤一，获取试验检测基础数据：
通过混凝土裂缝综合测试仪、钢筋锈蚀仪、氯离子含量快速测定仪、回弹仪、浓度酚酞指示液、一体式钢筋扫描仪获取七项试验检测基础数据：平均锈蚀电位、碳化深度、保护层平均厚度、裂缝平均宽度、氯离子含量、混凝土截面损失率和混凝土实测强度推定值；
考虑混凝土碳化导致钢筋失去保护这一因素时，以凝土碳化深度达到或者超过混凝土保护层厚度时作为碳化过程的最终阶段。因此，碳化深度影响因素的分级指标选为实际碳化深度与保护层厚度的比值。
步骤二，确定一级隶属函数：
设定混凝土一级承载能力影响因素钢筋锈蚀电位g1(x1)、氯离子含量g2(x2)、碳化深度/保护层平均厚度g3(x3)的隶属函数分布区间值如下：
其中：
x1为钢筋锈蚀电位；
x2为氯离子含量；
x3为碳化深度/保护层平均厚度；
步骤三，获得一级模糊关系矩阵：
通过步骤二取得钢筋锈蚀电位g1(x1)、氯离子含量g2(x2)、碳化深度g3(x3)的隶属函数分布区间值，形成一级模糊关系矩阵cι如下；
步骤四，获得一级最优权重向量：
对钢筋锈蚀电位g1(x1)、氯离子含量g2(x2)、碳化深度g3(x3)构造区间判断矩阵，用
其中：
i取1、2或3，j取1、2或3，i和j分别代表钢筋锈蚀电位、氯离子含量、碳化深度/保护层厚度；
步骤五，获得一级综合指标：
步骤三获得的一级模糊关系矩阵与步骤四获得的一级最优权重向量相乘获得一级综合指标bι，即：bι＝ωι×cι，一级综合指标用于表征钢筋锈蚀综合结果；
步骤六，确定二级隶属函数：
混凝土二级承载能力影响因素裂缝宽度g5(x5)、混凝土截面损失率g6(x6)、混凝土实测强度推定值/设计值g7(x7)的隶属函数分布区间值如下：
其中：
x5为裂缝宽度；
x6为混凝土截面损失率；
x7为混凝土实测强度推定值/设计值；
步骤七，获得二级模糊关系矩阵：
通过步骤六取得裂缝宽度g5(x5)、混凝土截面损失率g6(x6)、混凝土实测强度推定值/设计值g7(x7)的隶属函数分布区间值，一级综合指标bi，形成一级模糊关系矩阵cιι如下：
步骤八，获得二级最优权重向量：
对一级综合指标bi、裂缝宽度g5(x5)、混凝土截面损失率g6(x6)、混凝土实测强度推定值/设计值g7(x7)构造区间判断矩阵，用
其中：
i取1、2、3或4，j取1、2、3或4，i和j分别代表一级综合指标、裂缝宽度、混凝土截面损失率、混凝土实测强度推定值/设计值；
步骤九，获得二级综合指标：
步骤六获得的二级模糊关系矩阵与步骤七获得的二级最优权重向量相乘获得二级综合指标bιι，即：bιι＝ωιι×cιι，二级综合指标bιι用于表征所提出的七项试验数据对承载能力的综合影响；
步骤十，确定承载力折减系数备择集：
对于实际结构当承载能力折减系数低于0.7时，结构基本处于生命末期，而对于结构最好的状态为承载能力不做折减，得到的承载力折减系数备择集为：γ＝{1.0,0.9,0.8,0.7}；
步骤十一，确定抗力折减系数：
通过γ与二级综合指标bιι的乘积即可获得最终的抗力折减系数η，即：
当抗力折减系数η低于0.7时，实际结构处于生命末期；
抗力折减系数η为1.0时，实际结构处于最好生命状态。
应用例：
以下将结合实验数据本发明的使用方法进行说明。利用实验室内的矩形截面缩尺小梁进行静力破坏实验，与规范方法对比以验证本发明提出的折减系数的可靠性。
步骤一，获取试验检测基础数据：
遵从实施例1中步骤一的方案，具体的：
试件：梁号为l1、l2的实验梁存在严重病害裂缝，p1、p2存在混凝土表观破损现象，h1～h5外观较好，但是也存在不同程度的碳化、氯离子侵蚀等病害。钢筋采用r235光圆钢筋，其中受拉主筋直径不一，受压区架立钢筋直径为6mm，混凝土强度一般为c25或c30。
仪器：东华静载数据采集系统、混凝土回弹仪、bjlf-1型混凝土裂缝综合测试仪、zt707一体式钢筋扫描仪、zt101钢筋锈蚀仪、njcl-l氯离子含量快速测定仪、百分表、0.1％浓度酚酞指示液等。
实验采用了量程为500kn千斤顶作为静力加载装置，与分配钢梁配合将单点集中力分配为三分点加载，两支点距离120cm，其加载图示如图3。
试验基础数据表
步骤二，确定一级隶属函数：
以h1梁号为例，其余类似。设定混凝土一级承载能力影响因素钢筋锈蚀电位g1(x1)、氯离子含量g2(x2)、碳化深度/保护层平均厚度g3(x3)的隶属函数分布区间值如实施例1中的步骤二所示。
采用图2所示的隶属函数对数据检查，发现h1各项数据都在定义区间内。
步骤三，获得一级模糊关系矩阵：
遵循实施1中的步骤三，具体的，根据输入数据的区间范围，相应地分别计算锈蚀电位g1(x1)、氯离子含量g2(x2)、碳化深度/保护层平均厚度g3(x3)的函数值，形成一级模糊关系矩阵。
步骤四，获得一级最优权重向量：
遵循实施1中的步骤四，根据判断区间矩阵：
用遗传算法确定的最优一级权重向量为：
ωι＝[0.5580.320.122]
步骤五，获得一级综合指标：
步骤三获得的一级模糊关系矩阵与步骤四获得的一级最优权重向量相乘获得一级综合指标bι，即：bι＝ωι×cι，一级综合指标用于表征钢筋锈蚀综合结果；bι＝ωι×cι＝[0.170.5100.32]。
步骤六，确定二级隶属函数：
以h1梁号为例，其余类似。混凝土二级承载能力影响因素裂缝宽度g5(x5)、混凝土截面损失率g6(x6)、混凝土实测强度推定值/设计值g7(x7)的隶属函数分布区间值如实施例1中的步骤六所示。
采用图2所示的隶属函数对数据检查，发现h1各项数据都在定义区间内。
步骤七，获得二级模糊关系矩阵：
遵循实施1中的步骤七，具体的，根据输入数据的区间范围，相应地分别计算与裂缝宽度g5(x5)、混凝土截面损失率g6(x6)、混凝土实测强度推定值/设计值g7(x7)的隶属函数分布区间值，一级综合指标bi，形成二级模糊关系矩阵。
步骤八，获得二级最优权重向量：
遵循实施1中的步骤八，根据判断区间矩阵：
用实数遗传算法迭代计算获得最优权重向量ωιι；
ωιι＝[0.470.380.110.045]
步骤九，获得二级综合指标：
步骤六获得的二级模糊关系矩阵与步骤七获得的二级最优权重向量相乘获得一级综合指标bι，即：bιι＝ωιι×cιι，二级综合指标bιι用于表征所提出的七项试验数据对承载能力的综合影响；
bιι＝ωιι×cιι＝[0.2340.61500.15]。
步骤十，确定承载力折减系数备择集：
对于实际结构当承载能力折减系数低于0.7时，结构基本处于生命末期，而对于结构最好的状态为承载能力不做折减，得到的承载力折减系数备择集为：γ＝{1.0,0.9,0.8,0.7}；
步骤十一，确定抗力折减系数：
通过γ与二级综合指标bιι的乘积即可获得最终的抗力折减系数η，即η＝γ×bii＝0.89。
实验结果及规范折减系数值整理如下：图4给出了规范方法和本发明计算的抗力折减系数与实际情况间的对比。规范抗力折减采用《jtg/tj21-2011公路桥梁承载能力检测评定规程》中的有关规定得到；实测抗力折减为计入与不计入实验检算系数、恶化、折减、修正系数的跨中正弯矩的比值。由图中可以看出本发明所得抗力折减更加接近实际抗力折减。