基于可拓学的砌体结构可靠性评级方法

作者:宋宝峰;李和玉;王春胜; 刊名:辽东学院学报(自然科学版) 上传者:唐兴旺

【摘要】针对砌体结构房屋建立了结构可靠性评估指标体系.对子因素指标进行无量纲化处理,对传统的物元模型进行分析,提出一种改进的关联函数.考虑了构件的权重系数,提出了可拓指标,建立了以构件可靠性分析与整体结构可靠性可拓综合评判相结合的砌体结构房屋可靠性鉴定方法的框架.并通过工程实例证明该方法的可行性.

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目前,对已有建筑物的可靠性鉴定方法,正在从传统经验法和实用鉴定法向概率鉴定法过渡。概率法在理论上是完善的,但由于结构材料强度的差异和计算模型与实际工作状态之间差异的不确定性,使其应用有一定困难[1]。可拓综合评判法是可拓学理论[2-4]的一种具体应用方法,它以可拓数学为理论基础,用定量的方法表示各种不确定信息,通过数学运算得到结构的关联函数值,进而得出物元的评判等级,以及其隶属于各个等级的具体情况。1评估指标体系的建立针对砌体结构房屋,建立了图1~2所示的可靠性评估指标体系。在该指标体系中,依据现行标准将结构可靠性评估分为安全性评估与正常使用性评估两部分,每部分又包括构件、子单元、鉴定单元等四个层次,层次中的各因素也称作指标。其中在安全性评估中,鉴定单元的安全性评估分为四个指标层:一级指标层包括地基基础、上部承重结构、围护系统的承重部分等;二级指标层包括地基、基础、构件安全性、结构整体性、结构侧向位移等;三级指标层包括地基基础的承载力、变形;砌体构件安全性、混凝土构件安全性;结构支撑抗侧力系统布置、构造、圈梁构造、结构间的联系;结构的层间位移、顶点位移等;四级指标层包括混凝土构件和砌体构件的承载力、裂缝、变形、构造等。2子因素指标的无量纲化为了尽可能地反映实际情况,排除由于各项指标的单位不同以及其数值量级间的悬殊差别所带来的影响,需要对评价指标作无量纲化处理,采用改进的极差正规化方法对指标越大越好的因素和指标越小越好的因素分别采取公式(1)和公式(2),经改进极差正规化方法进行无量纲化处理之后,各因素指标均为值越大越好[5]。设综合评价因素中共有n个指标,各指标分别为x1、x2、…、xi、…、xn;xi表示第i个原始指标值,yi表示经过无量纲化处理后的第i个指标值。改进的极差正规化方法对于越大越好的因素(1)对于越小越好的因素(2)3关联函数的建立方法通过对经典的物元分析法关联度函数最佳点位置适宜性的研究,提出一种改进的适合土木工程领域评价的物元分析模型[8]。3.1改进的物元模型对于经典的物元模型来说,当xi在级别区间内时,由距的表达式可知,(xi,Xoji)、(xi,Xpi)均为负值,关联度为正值,显然,当xi=(aoji+boji)/2时,关联度值最大,也就是说经典的物元模型的最佳点位置为级别区间的中值。但是,在实际的土木工程领域中,对评价的大多数指标,其值并不是中值最好,而是越小越好,或越大越好。图3中(a)为经典模型的最佳点位置及关联函数图,即级别区间中点为最佳点位置;图中(b)为指标值越小越好情况下的最佳点位置及关联函数图;图(c)为指标值越大越好情况下的最佳点位置及关联函数图;图(d)为一般情形。在土木工程领域质量评价中,对于指标值越小越好的指标,应利用图(b)确定最佳点位置;对于越大越好的指标,应利用图(c)确定最佳点位置。根据以上讨论,给出改进后的物元模型,原经典物元模型中的关联函数公式可完全保留,而仅改变距的表达式即可。(a)对中点为最佳点的指标(3)(4)(b)对值越小越好的指标(5)(6)(c)对值越大越好的指标(7)(8)3.2子因素关联函数的经典域、节域砌体结构中子因素关联函数经典域和节域的表达形式见公式9和公式10。式中,Om为研究对象,Noj为研究对象的子因素,Ci为特征,Voji为量值。例如:研究对象为构件安全性,其子因素分别为砌体构件安全性和混凝土构件安全性,其中砌体构件安全性由四个特征决定,即i=1~4分别表示了墙体的承载力、裂缝、变形和构造等4项特征。Voji为Noj关于Ci所规定的量值范围,即各性能等级关

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