模糊理論在結(jié)構(gòu)耐久性分析中的應(yīng)用

段 茜

(重慶交通大學河海學院 重慶 400074)

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模糊理論在結(jié)構(gòu)耐久性分析中的應(yīng)用

段 茜

(重慶交通大學河海學院 重慶 400074)

簡要介紹了模糊數(shù)學的相關(guān)理論以及當前在結(jié)構(gòu)耐久性分析中的主要應(yīng)用，并做出總結(jié)，為模糊理論應(yīng)用于工程實際提供依據(jù)。

模糊理論；層次分析法；耐久性分析；隸屬度

一、引言

近年來我國經(jīng)濟飛速發(fā)展，基礎(chǔ)建設(shè)不斷趨于完善，本著可持續(xù)發(fā)展的原則，對結(jié)構(gòu)的耐久性進行分析十分必要?；炷两Y(jié)構(gòu)失效直接影響構(gòu)件耐久性，最終會導致整體結(jié)構(gòu)的耐久性降低，越來越多的學者開始注意并著手研究這個問題，在此領(lǐng)域上有了很大的突破。但是其研究主要是停留在材料及構(gòu)件層面，對整體的把握不夠充分，由此進行結(jié)構(gòu)整體的耐久性分析很有必要。

二、模糊理論簡介

1965年美國加利福尼亞大學L.A.Zadeh教授首次提出了模糊集合的概念，其基本思想是承認事物發(fā)展過程中的模糊性，認為討論所涉及的對象從屬于到不屬于某個集合是逐步過渡的，而非突然改變，把絕對屬于的概念變成了相對屬于的概念，在進行判別時，由判別其是否屬于變成了判別對象對某個集合的隸屬度。并且模糊方法并非是把復(fù)雜的對象分解成諸多單一的因素去進行描述分析，而是強調(diào)利用大量單一因素相互作用在整體上所呈現(xiàn)的模糊性去把握對象，進行綜合評價和處理[1]。

三、模糊理論在結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

影響結(jié)構(gòu)耐久性的因素很多，各因素之間又相互影響，在現(xiàn)有研究資料中，很多學者對于結(jié)構(gòu)耐久性這一概念只進行了定性的定義。我們在分析問題時，往往需要量化的、準確的數(shù)據(jù)，而在結(jié)構(gòu)耐久性中無法得到，具有很大的模糊性。由此看來，運用模糊數(shù)學的方法去進行評價，更加符合，也更具有優(yōu)勢。C.B.Brow和D.I.Blocke最早開始從事模糊數(shù)學在土木工程中的應(yīng)用研究，論述了其可行性。

竺存宏、韓玉[2]等通過分析大量的現(xiàn)場調(diào)查資料，建立評判標準及模糊綜合評判模型。將高樁碼頭的的各構(gòu)件作為影響碼頭整體可靠度的準則層，把各個構(gòu)件的外觀質(zhì)量、裂縫、鋼筋銹蝕作為指標層，通過現(xiàn)場資料和經(jīng)驗給定各因素的權(quán)值，采用雙層模糊綜合評判對高樁碼頭的可靠度進行評估。王博、高丹盈[3]在分析結(jié)構(gòu)耐久性時采用了層次分析法與模糊數(shù)學理論相結(jié)合，將影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素分為施工質(zhì)量、材料和環(huán)境三個方面，建立了評價水工混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的指標體系，對各因素分別建立了其對混凝土耐久性影響的隸屬函數(shù)，依層次逐一確定權(quán)值，最后對其進行模糊綜合評價。

李清富[4]等結(jié)合層次分析法建立了單因素評價模型及多級評價模型，結(jié)合最大隸屬度原則，加權(quán)平均原則，并將模糊向量單值化，對某鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)損傷進行綜合評估，為實際應(yīng)用提供依據(jù)。夏曉迪[5]通過分析實際工程中高樁碼頭結(jié)構(gòu)耐久性破壞的特點，應(yīng)用模糊數(shù)學原理，引入隸屬度—隸屬函數(shù)的概念，建立了高樁碼頭結(jié)構(gòu)耐久性和剩余壽命預(yù)測的模糊綜合評判模型。以實際工程為例，從碼頭結(jié)構(gòu)構(gòu)件梁、板、樁等構(gòu)件單因素評估入手，進一步運用模糊綜合評判模型對其進行耐久性分析和剩余壽命評估。孟靜[6]等通過研究總結(jié)各構(gòu)件的破損現(xiàn)象及其相互影響，然后綜合分析各構(gòu)件破損對整體結(jié)構(gòu)耐久性的影響程度，結(jié)合層次分析法，建立了包括指標層、準則層和目標層的多層評估模型，結(jié)合專家打分系統(tǒng)對指標層進行規(guī)范化處理，再根據(jù)經(jīng)驗所得的判斷矩陣，編程計算權(quán)重，進行單因素模糊評估，得出結(jié)果后在進行多級模糊綜合評估。葉成華[7]等全面分析了老碼頭的現(xiàn)狀，遵循科學、完備、獨立、操作性強等原則，建立了包括碼頭的適應(yīng)性、耐久性、使用性和安全性四個方面的準則層。然后建立評價模型，然后結(jié)合層次分析法計算權(quán)重，檢測數(shù)據(jù)結(jié)合專家打分得出各指標隸屬度，最后通過分析一則實例，模糊運算得到老碼頭綜合評價結(jié)果，印證了其方法的適用性及準確性。史青芬[8]全面分析了影響碼頭結(jié)構(gòu)安全性、適用性及耐久性的因素，結(jié)合模糊數(shù)學的理論，根據(jù)高樁碼頭結(jié)構(gòu)的構(gòu)造和類型，建立了高樁碼頭結(jié)構(gòu)三個層次質(zhì)量風險分析的分級標準及其結(jié)構(gòu)安全分析模型，利用層次分析法確定碼頭各組成部分、各影響因素的權(quán)重，對梁板式高樁碼頭的安全性進行綜合評估。宋立元[9]等在利用生存分析中的生存函數(shù)乘極限估計方法研究混凝土耐久性壽命時，融合模糊綜合評判，使得混凝土耐久性壽命統(tǒng)計更加合理。吳峰[10]等利用層次分析法，建立兩層結(jié)構(gòu)分析模型，第一層為包括樁、梁、板、樁帽和附屬設(shè)施，第一層的每個評估指標又對應(yīng)鋼筋銹蝕、構(gòu)件裂縫和構(gòu)件外觀三項，然后根據(jù)經(jīng)驗公式和相關(guān)規(guī)范確定初始權(quán)重，通過變權(quán)原理修正權(quán)重，規(guī)范處理評估指標，最后對高樁碼頭的耐久性進行模糊綜合評估，該方法結(jié)合實際，可操作性強，為高樁碼頭的耐久性評估提供了理論依據(jù)。

四、存在的問題及展望

通過分析現(xiàn)有文獻，可以發(fā)現(xiàn)結(jié)合模糊理論進行結(jié)構(gòu)的耐久性分析已取得很大的突破，為了使其應(yīng)用更加準確，更加貼近實際，本文認為可以從以下幾個方面加以完善：

(1)影響結(jié)構(gòu)耐久性的主要因素直接影響著評估模型，合理的分析這些因素及其相互關(guān)系至關(guān)重要。

(2)很多學者在建立評判模型時往往會結(jié)合層次分析法，但是層次分析法本身也具有模糊性，其含義目前不夠清楚，且與結(jié)構(gòu)耐久性分析中的模糊性關(guān)系也缺少文獻加以論證。

(3)模糊數(shù)學的核心是隸屬度，如何選擇及建立正確的隸屬函數(shù)對耐久性評估至關(guān)重要

[1]沈國柱.風險模糊分析法[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2000(10)

[2]竺存宏,韓玉,劉衛(wèi)民.海港高樁碼頭結(jié)構(gòu)可靠度的模糊數(shù)學評估[J].水道港口,1992(4):1-11

[3]王博,高丹盈.水工混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的模糊綜合評價[J].水利水電技術(shù),1993(6):25-30

[4]李清富.結(jié)構(gòu)性能的模糊評估[J].港工技術(shù),2002(2)：12-14

[5]夏曉迪.高樁碼頭耐久性及剩余壽命使用評估[M].天津,天津大學,2007

[6]孟靜,劉現(xiàn)鵬,王崇宇.高樁碼頭完好狀態(tài)的模糊綜合評估[J].水道港口,2009(5):369-375

[7]葉成華,陳祎.基于模糊綜合評價法的老碼頭評價模型[J].中國水運：下半月，2012(1):65-67

[8]史青芬.高樁碼頭結(jié)構(gòu)安全性評估[M].重慶,重慶交通大學,2010

[9]宋立元.水工混凝土結(jié)構(gòu)耐久壽命統(tǒng)計的模糊生存分析[J].混凝土,2012(3):58-61

[10]吳鋒,龐丹丹,張章.高樁碼頭運營期耐久性模糊評估方法[J].水運工程,2013(2):62-67

段茜(1992-)，女，漢族，山西運城人，碩士在讀，重慶交通大學河海學院，研究方向：港口、海岸工程結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)。