基于物元模型的高層鋼架結(jié)構(gòu)安全評價方法研究

李澤艷，莫海林，何偉

摘 要：與超高層鋼架結(jié)構(gòu)設(shè)計相比，現(xiàn)役超高層建筑鋼架結(jié)構(gòu)的安全度評估非常重要。本文提出一種物元模型評價方法，以某地區(qū)40m高壓電線塔為例進(jìn)行評估，驗證該方法的實用性。

關(guān)鍵詞：鋼架結(jié)構(gòu)；模糊；層次分析；安全評價

前言

高層鋼架結(jié)構(gòu)建筑在使用一段時間以后，由于各種因素的影響，會產(chǎn)生一定程度的損傷和缺陷。高層鋼架結(jié)構(gòu)的承載能力和安全性對國家和人們的安全生產(chǎn)有極大的影響，如何有效評估現(xiàn)役超高層工程鋼架結(jié)構(gòu)安全性至關(guān)重要，但目前采用某一指標(biāo)或采用結(jié)構(gòu)可靠度來評估高層工程鋼架結(jié)構(gòu)安全性還存在很大困難，因此，擬采取模糊層次分析方法對現(xiàn)役高層工程鋼架結(jié)構(gòu)的安全度進(jìn)行評和研究，為了驗證該方法的有效性，在研究過程中以某地區(qū)40m高壓電線塔為例進(jìn)行評估。

1 結(jié)構(gòu)檢測及數(shù)據(jù)收集

對現(xiàn)役40m高壓電線塔工程鋼架的結(jié)構(gòu)參數(shù)及有關(guān)其工作狀態(tài)的信息可以用檢測的辦法獲得。為了能使結(jié)構(gòu)安全度的評估切實有效，必須充分了解該40m高壓電線塔工程鋼架結(jié)構(gòu)的歷史和目前現(xiàn)狀，收集和檢測以下幾方面數(shù)據(jù)和資料：

（1）歷史數(shù)據(jù)。歷史數(shù)據(jù)采集包括該40m高壓電線塔工程鋼架結(jié)構(gòu)設(shè)計強(qiáng)度極限和許用應(yīng)力兩個參數(shù)。

（2）現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場測量數(shù)據(jù)包括該40m高壓電線塔工程鋼架結(jié)構(gòu)現(xiàn)有強(qiáng)度極限、許用應(yīng)力、支座沉陷、整體彎曲程度參數(shù)。

（3）環(huán)境數(shù)據(jù)。環(huán)境數(shù)據(jù)包括環(huán)境平均溫度、海拔高度、腐蝕性氣體三個參數(shù)。

2 鋼架結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估指標(biāo)體系建立

由于高層鋼架結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)評價指標(biāo)信息眾多，所以從眾多的指標(biāo)信息中選擇出評價方法所用的評價指標(biāo)，使其成為重要有用且實際可操作的指標(biāo)成為關(guān)鍵。因此，為了使物元評估方法所用評估指標(biāo)能夠全面和真實地反映出40m高壓電線塔工程鋼架結(jié)構(gòu)的實際狀態(tài)，參考我國鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)設(shè)計和安裝內(nèi)容所規(guī)定的試驗指標(biāo)，再綜合考慮鋼架結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估過程中所用指標(biāo)的實際可操作性，本文從設(shè)計數(shù)據(jù)、加工與安裝數(shù)據(jù)、測量數(shù)據(jù)、環(huán)境因素、檢維修記錄五個方面選擇狀態(tài)參量，建立高層鋼架結(jié)構(gòu)實際狀態(tài)評價指標(biāo)體系，如表1所示。

3 物元評估模型

3.1 鋼架架構(gòu)狀態(tài)物元模型

根據(jù)表1評價高層鋼架結(jié)構(gòu)狀態(tài)的各個性能指標(biāo)特性，物元模型中高層鋼架結(jié)構(gòu)狀態(tài)性能指標(biāo)集為C={設(shè)計數(shù)據(jù)、加工與安裝數(shù)據(jù)、測量數(shù)據(jù)、環(huán)境因素、檢維修記錄}，建立高層鋼架結(jié)構(gòu)運行狀態(tài)物元模型，如公式（1）所示。

（1）

3.2 性能指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度函數(shù)

在鋼架機(jī)構(gòu)狀態(tài)物元模型中，論域中的物元M1～M5中各特征元素達(dá)到各自所評價的程度數(shù)值采用關(guān)聯(lián)度函數(shù)進(jìn)行度量，目的是為了盡量降低主觀評價而發(fā)生的偏差，使評價結(jié)果更準(zhǔn)確。由X0=[？琢，？茁]和其發(fā)生質(zhì)變區(qū)間X=[c，d]確定關(guān)聯(lián)度函數(shù)中特征元素量值的取值范圍，則其狀態(tài)各指標(biāo)在取值范圍右端的關(guān)聯(lián)度函數(shù)，如公式（2）所示。

（2）

3.3 性能指標(biāo)權(quán)重和優(yōu)度確定

假設(shè)對該40m高壓電線塔工程鋼架結(jié)構(gòu)狀態(tài)量進(jìn)行m次測量，且要評估測量的指標(biāo)為n個，其構(gòu)成判斷數(shù)據(jù)矩陣Xij，則有：

（3）

（4）

由式（3）和式（4）最終得出該40m高壓電線塔工程鋼架結(jié)構(gòu)狀態(tài)等級。狀態(tài)等級的確定可依據(jù)表3判斷。

4 結(jié)論

利用物元理論多指標(biāo)最優(yōu)實現(xiàn)特征信息被轉(zhuǎn)換為關(guān)聯(lián)度函數(shù)，然后根據(jù)物元理論建立高層鋼架結(jié)構(gòu)狀態(tài)物元模型，并確定各性能指標(biāo)的影響權(quán)重，利用優(yōu)度評價法計算出評估結(jié)果，以實現(xiàn)對高層鋼架結(jié)構(gòu)狀態(tài)客觀、全面的評價。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：李澤艷（1978，11-），男，工程師，甘肅會寧人，青海西礦杭蕭鋼構(gòu)有限公司，從事鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)管理工作。