基于可拓学的混凝土双曲拱桥上部结构可靠性评价

作者:张延年;柳成林;李玉兵;郑怡;高飞;沈小俊 刊名:沈阳工业大学学报 上传者:赵晗汀

【摘要】为了对混凝土双曲拱桥上部结构可靠性进行合理评价,在物元模型理论的基础上结合实际工程病害,建立混凝土双曲拱桥上部结构可靠性评价物元模型.引入可拓集合中的关联函数与关联度,通过实际可靠性等级的关联度计算对某双曲拱桥上部结构可靠性进行评价.结果表明:桥梁上部结构可靠性状态处于二类且略偏于三类,与实际工程状况相符.可拓评价方法引入级别变量特征值,可充分反映可靠程度与相邻等级的距离,克服了传统的跳跃式评价的缺点,实现了可靠性评价的连续化,在其他工程领域也有广阔的应用前景.

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心科技部,重庆400060)桥梁在施工和使用过程中,必然会受到气候、环境、静动力荷载作用以及偶然事故等外界因素影响,结构材料会逐渐腐蚀和老化,刚度和强度也会大大降低.这样不仅会影响车辆的正常通行,同时会埋下重大安全隐患,使桥梁可靠性大大降低[1-4].桥梁上部结构作为桥梁结构的重要组成部分之一,其性能状态对提供安全、快速及舒适的行驶条件以及保持正常的运营状态有很大影响.因此,如何准确评估既有桥梁上部结构安全性和耐久性成为亟待解决的问题.目前,国内外对既有桥梁可靠性评估的研究已经取得了较大进展.桥梁状态评估方法包括专家系统评定方法、常规综合评估、模糊综合评估、灰色关联度评估法和人工神经网络法等[5-6].但是每种方法都有缺点,如模糊综合评估法容易受到参评人员的主观不确定性影响,而且模糊运算法则和隶属度的确定也存在问题.因此,这就需要一种能够解决矛盾问题的新方法,而可拓学理论可将矛盾问题转化为相容问题,为既有混凝土桥梁上部结构可靠性能评价提出了新的思路.可拓学方法是对研究对象从可行性和优化的角度来进行评价的,是定性与定量的结合[7-11].本文运用可拓学理论进行桥梁上部结构可靠性评价,并采用改进的层次分析法来确定各评价指标的权系数,将可拓学理论和层次分析法结合在一起进行混凝土双曲拱桥上部结构可靠性评价[12-14].1上部结构可靠性可拓评价的物元模型1.1经典域、节域及待评价物元模型可拓学以物元理论和可拓数学作为其理论框架,其中,物元是可拓学的逻辑细胞.给定事物的名称P,其关于特征C的量值为V,以有序三元组R=(P,C,V)作为描述事物的基本元,简称物元.经典域物元为Roj=(Poj,C,Voji)=Pojc1voj1c2voj2cnvo?jn=Pojc1aoj1,boj1c2aoj2,boj2cnaojn,bojn?(1)式中:Poj为桥梁上部结构可靠性的等级,j=1,2,…,m;ci为影响桥梁上部结构可靠性Poj的特征,即上部结构可靠性评价指标,i=1,2,…,n;Voji为上部结构可靠性Poj对应于评价指标ci的量值范围.但是在构建可拓识别的物元模型前,需要对桥梁可靠性评价指标的量值进行数据处理,本文采用极差正规化方法进行量纲为一化处理,即x*=xi-ximinximax-ximin(越大越好的指标)ximax-xiximax-ximin(越小越好的指标{)(2)式中:x*为极差后的数据;xi为原始数据;ximax和ximin分别为第i个因素的评价标准的最大值和最小值.由集合P和它的n个特征ci以及其将标准量值范围加以拓广了的量值范围vpi=api,bpi组成的物元称为节域物元,记为Rp=(Pp,C,Vpi)=Ppc1vp1c2vp2cnvp?n=Ppc1ap1,bp1c2ap2,bp2cnapn,bpn?(3)式中,vp1,vp2,…,vpn分别为P关于c1,c2,…,cn的取值范围.针对待评价桥梁的上部结构可靠性,把桥梁上部结构的检测数据或分析结果用物元R0表示,称为桥梁上部结构可靠性的待评价物元,即R0=P0c1v1c2v2cnv?n(4)式中:P0为待评价桥梁上部结构可靠性;vi为P关于特征ci的具体量值,即待评价桥梁上部结构关于评价指标的检测数值或分析结果经无量纲化处理的数值.1.2改进的层次分析法确定权系数运用可拓学理论对桥梁上部结构可靠性进行评价,权重对评价结果具有很大的影响,运用改进的层次分析法确定各个特征(即影响因素)的权系数1,2,…,n,且各权系数之和为1.1.3确定待评价桥梁上部结构可靠性对不同等级的关联度关联度是事物之

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