基于可变模糊集理论的钢筋混凝土结构耐久性评价.doc

基于可变模糊集理论的钢筋混凝土结构耐久性评价摘要:本文对可变模糊评价方法进行了应用性研究，应用对象为钢筋混凝土结构，建立了基于可变模糊集理论的钢筋混凝土结构耐久性评价模型，并用一个实例应用展现了评价体系多指标的评价过程。评价结果符合客观事实，因此，说明采用可变模糊评价模型更具有合理性、实用性和可操作性。关键词：可变模糊集，混凝土耐久性，综合评价on the Durability of Reinforced Concrete structures Based on Variable Fuzzy Set TheoryAbstract:In this paper,variable fuzzy assessment method for the application of research.The application objects to the reinforced concrete structure.Building a Based on variable fuzzy sets theory of reinforced concrete structure durability evaluation model.using an application instance shows the evaluation system of multi-index evaluation process.The evaluation results accord with the objective facts.Therefore, based on variable fuzzy evaluation model is more rationality, practicability and maneuverability.Key words: Variable Fuzzy Set,durability of concrete,comprehensive evaluation0 引言可变模糊集理论是陈守煜教授于2005年建立的理论,是他前期理论工程模糊集理论)的完善和发展,主要用于分析系统中模糊现象、事物和概念的相对性和动态可变性。可变模糊集理论的核心概念相对隶属度函数、相对差异函数、模糊可变集合等是描述事物量变、质变时的数学化语言和量化工具, 它使得工程领域中变化模型及模型参数思想得以实现, 增强了评价、决策以及预测等工作的可靠性。该理论已在工程科学领域得到了成功应用和推广,且收到了良好的效果, 已被证明是一种科学可靠的理论方法体系。因此，本文的研究工作尝试将可变模糊集理论应用到钢筋混凝土结构耐久性的分析中。混凝土结构作为建筑的主要结构形式，在工业和民用建筑物等方面应用越来越广泛，但是目前国内大多数建筑物在使用2530年后即需大修，处于严酷环境下的建筑物使用寿命仅2030年，室外的阳台、雨罩等干湿交替的室外构件的使用寿命通常仅有3040年，远不能满足耐久性设计的要求，每年因耐久性问题所用于建筑物修补和重建的资金也越来越多随着人们对耐久性问题认识的发展，耐久性的理念已经逐渐引入到建筑的其他部分，如装饰、装修、防水等工程，这些因素往往难以精确表示。1 基于可变模糊集的模型的建立1.1 确定影响混凝土结构耐久性的因素（）构件材料本身承载能力、保护层残量碳化时间、氯离子浓度、裂缝宽度、钢筋锈蚀程度等（）构件的历史状况有无突发事故的历史记录（地震、爆炸、火灾等）（）结构所处环境是否有良好的建筑面层、是否存在冻融破坏、是否处于高温或强震动环境中、是否属于干湿交替环境、周围环境污染情况。1.2 确定样本特征值矩阵 设有n个待评估样本组成的样本集(X1，X2，Xn)，Xij为样本j的第i个指标特征值，则待评样本特征值矩阵可表示为X：式中：i=1，2，m；j=1，2，n；m 为每个样本指标特征值的个数.1.3 确定指标评价区间矩阵设样本的各评价指标按c个级别划分评价区间并令1级优于2级，2级优于3级，c级最差，则可得到指标评价区间矩阵Iab：1.4 确定可变范围区间矩阵根据指标评价区间矩阵Iab，确定可变范围评价区间矩阵Icd：式中：1.5 确定区间aih，bih中相对隶属度等于1的点值矩阵M根据矩阵Iab，按指标的物理特性与实际情况确定区间aih，bih中相对隶属度等于1的点值矩阵M，其中点值Mik一般为评价区间的中点，特殊情况下为左端点或右端点，具体由事物的物理特性决定.1.6 确定指标Xij隶属于各个级别的相对隶属度矩阵将指标特征值xij与Mik进行比较。如xij落在Mik的左侧，即xijMik，则其相对隶属函数计算公式为:根据上两式可计算出样本j的m个评价指标的相对隶属度矩阵：1.7 确定可变模糊综合评价模型由下式计算样本j对级别k的综合相对隶属度式中：为指标权重;为优化准则参数.为最小一乘方准则，为最小二乘方准则；p为距离参数，p=1 为海明距离，p=2 为欧式距离，,p称为可变模型参数，通常有4种组合：，p=1；，p=2；，p=1；，p=2. 根据4种组合情况均可得到一个相应的非归一化综合相对隶属度矩阵：对上式进行归一化，得到样本j对评价级别的归一化综合相对隶属度矩阵:式中： 1.8 计算样本j的级别特征值2 实例分析2.1 工程概况对兰州市某建筑物进行耐久性评估该建筑物建于1988年，所处环境为露天环境，其二层外侧框架梁混凝土强度设计等级为C30，混凝土保护层厚度为25mm经检验后发现，现在混凝土强度为26.4Mpa,碳化深度为14.5mm，裂缝宽度为0.25mm，钢筋截面损失率0.1，经测算损失率为每年0.32%。通过查阅使用记录发现，该建筑物曾受过火灾，根据现场调查和构件各部位的取样鉴定，混凝土表面温度在700左右，受力钢筋温度低于300，该建筑构件装饰面层不完好参照混凝土结构加固规范、混凝土结构耐久性设计规范、混凝土耐久性检验评定标准和已有的大量文献资料确定各因素的耐久性等级划分。2.2 耐久性影响因素及等级划分耐久性评定等级通常划分为5个等级，即耐久性好()、耐久性较好()、耐久性一般()、耐久性差()、耐久性很差()5 级.构件自身状况耐久性等级划分如表1。表1 耐久性等级划分评价指标耐久性I级耐久性II级耐久性III级耐久性IV级耐久性V级裂缝宽度/mm0,0.1(0.1,0.2(0.2,0.3(0.3,0.4(0.4,0.5相对碳化深度/mm0,0.5(0.5,0.8(0.8,1.0(1.0,1.2(1.2,1.6钢筋截面损失率/%1.0以下1.0,2.0)2.0,3.5)3.5,5.0)5.0,50.0)钢筋锈蚀速度/(%/年)0.1以下0.1,0.2)0.2,0.35)0.35,0.5)0.5,5.0)承载力衰减()0,0.8)0.8,0.85)0.85,0.9)0.9,0.95)0.95,1.0)注：相对碳化深度是指碳化深度与钢筋保护层厚度的比值2.3 算例分析由资料得，可得耐久性指标(j=1)的特征值向量:可得耐久性指标评价区间矩阵: 可变范围区间矩阵 :按物理分析与实际情况确定区间aih，bih中相对隶属度等于1的点值矩阵 M:计算样本的相对隶属度矩阵:各指标权重系数：（1）（2）（3）（4）由上可知，4 种模型参数组合下的级别特征值的平均值，于是可得该钢筋混凝土结构的耐久性等级为级，即该工程耐久性一般，需及时对现有的耐久性问题进行处理，并加强观测。计算结果符合实际评价情况。3 结论（1）本研究将可变模糊集评价模型应用到钢筋混凝土结构耐久性的评价中, 得到了较为科学、合理、 可靠的评价结果, 为可变模糊集理论在结构耐久性评价领域的应用进行了有益的探索。（2）该模型与传统的模糊评价模型相比，具有评价区间、隶属度函数动态可变的特点。可变模糊集理论及其模型非常适合于解决钢筋混凝土工程领域中的耐久性问题。（3）基于可变模糊集理论的安全评价方法具有动态可变性, 集中体现在评价模型及其参数的可变化性上;土木工程领域中的模糊概念、 模糊事件和模糊现象客观上存在动态可变性。（4）本文在评价指标选择、耐久性分级标准以及权重的确定等方面尚存在不完善之处，还有待于继续深入研究。参考文献：1 陈守煜.工程模糊集理论与应用M.北京:国防工业出版社,19982 陈守煜.可变模糊集理论与模型及其应用M.大连:大连理工