模糊理论在结构耐久性分析中的应用

段 茜

(重庆交通大学河海学院 重庆 400074)



模糊理论在结构耐久性分析中的应用

段 茜

(重庆交通大学河海学院 重庆 400074)

简要介绍了模糊数学的相关理论以及当前在结构耐久性分析中的主要应用，并做出总结，为模糊理论应用于工程实际提供依据。

模糊理论；层次分析法；耐久性分析；隶属度

一、引言

近年来我国经济飞速发展，基础建设不断趋于完善，本着可持续发展的原则，对结构的耐久性进行分析十分必要。混凝土结构失效直接影响构件耐久性，最终会导致整体结构的耐久性降低，越来越多的学者开始注意并着手研究这个问题，在此领域上有了很大的突破。但是其研究主要是停留在材料及构件层面，对整体的把握不够充分，由此进行结构整体的耐久性分析很有必要。

二、模糊理论简介

1965年美国加利福尼亚大学L.A.Zadeh教授首次提出了模糊集合的概念，其基本思想是承认事物发展过程中的模糊性，认为讨论所涉及的对象从属于到不属于某个集合是逐步过渡的，而非突然改变，把绝对属于的概念变成了相对属于的概念，在进行判别时，由判别其是否属于变成了判别对象对某个集合的隶属度。并且模糊方法并非是把复杂的对象分解成诸多单一的因素去进行描述分析，而是强调利用大量单一因素相互作用在整体上所呈现的模糊性去把握对象，进行综合评价和处理[1]。

三、模糊理论在结构中的应用

影响结构耐久性的因素很多，各因素之间又相互影响，在现有研究资料中，很多学者对于结构耐久性这一概念只进行了定性的定义。我们在分析问题时，往往需要量化的、准确的数据，而在结构耐久性中无法得到，具有很大的模糊性。由此看来，运用模糊数学的方法去进行评价，更加符合，也更具有优势。C.B.Brow和D.I.Blocke最早开始从事模糊数学在土木工程中的应用研究，论述了其可行性。

竺存宏、韩玉[2]等通过分析大量的现场调查资料，建立评判标准及模糊综合评判模型。将高桩码头的的各构件作为影响码头整体可靠度的准则层，把各个构件的外观质量、裂缝、钢筋锈蚀作为指标层，通过现场资料和经验给定各因素的权值，采用双层模糊综合评判对高桩码头的可靠度进行评估。王博、高丹盈[3]在分析结构耐久性时采用了层次分析法与模糊数学理论相结合，将影响混凝土结构耐久性的因素分为施工质量、材料和环境三个方面，建立了评价水工混凝土结构耐久性的指标体系，对各因素分别建立了其对混凝土耐久性影响的隶属函数，依层次逐一确定权值，最后对其进行模糊综合评价。

李清富[4]等结合层次分析法建立了单因素评价模型及多级评价模型，结合最大隶属度原则，加权平均原则，并将模糊向量单值化，对某钢筋混凝土桥梁结构损伤进行综合评估，为实际应用提供依据。夏晓迪[5]通过分析实际工程中高桩码头结构耐久性破坏的特点，应用模糊数学原理，引入隶属度—隶属函数的概念，建立了高桩码头结构耐久性和剩余寿命预测的模糊综合评判模型。以实际工程为例，从码头结构构件梁、板、桩等构件单因素评估入手，进一步运用模糊综合评判模型对其进行耐久性分析和剩余寿命评估。孟静[6]等通过研究总结各构件的破损现象及其相互影响，然后综合分析各构件破损对整体结构耐久性的影响程度，结合层次分析法，建立了包括指标层、准则层和目标层的多层评估模型，结合专家打分系统对指标层进行规范化处理，再根据经验所得的判断矩阵，编程计算权重，进行单因素模糊评估，得出结果后在进行多级模糊综合评估。叶成华[7]等全面分析了老码头的现状，遵循科学、完备、独立、操作性强等原则，建立了包括码头的适应性、耐久性、使用性和安全性四个方面的准则层。然后建立评价模型，然后结合层次分析法计算权重，检测数据结合专家打分得出各指标隶属度，最后通过分析一则实例，模糊运算得到老码头综合评价结果，印证了其方法的适用性及准确性。史青芬[8]全面分析了影响码头结构安全性、适用性及耐久性的因素，结合模糊数学的理论，根据高桩码头结构的构造和类型，建立了高桩码头结构三个层次质量风险分析的分级标准及其结构安全分析模型，利用层次分析法确定码头各组成部分、各影响因素的权重，对梁板式高桩码头的安全性进行综合评估。宋立元[9]等在利用生存分析中的生存函数乘极限估计方法研究混凝土耐久性寿命时，融合模糊综合评判，使得混凝土耐久性寿命统计更加合理。吴峰[10]等利用层次分析法，建立两层结构分析模型，第一层为包括桩、梁、板、桩帽和附属设施，第一层的每个评估指标又对应钢筋锈蚀、构件裂缝和构件外观三项，然后根据经验公式和相关规范确定初始权重，通过变权原理修正权重，规范处理评估指标，最后对高桩码头的耐久性进行模糊综合评估，该方法结合实际，可操作性强，为高桩码头的耐久性评估提供了理论依据。

四、存在的问题及展望

通过分析现有文献，可以发现结合模糊理论进行结构的耐久性分析已取得很大的突破，为了使其应用更加准确，更加贴近实际，本文认为可以从以下几个方面加以完善：

(1)影响结构耐久性的主要因素直接影响着评估模型，合理的分析这些因素及其相互关系至关重要。

(2)很多学者在建立评判模型时往往会结合层次分析法，但是层次分析法本身也具有模糊性，其含义目前不够清楚，且与结构耐久性分析中的模糊性关系也缺少文献加以论证。

(3)模糊数学的核心是隶属度，如何选择及建立正确的隶属函数对耐久性评估至关重要

[1]沈国柱.风险模糊分析法[J].系统工程与电子技术，2000(10)

[2]竺存宏,韩玉,刘卫民.海港高桩码头结构可靠度的模糊数学评估[J].水道港口,1992(4):1-11

[3]王博,高丹盈.水工混凝土结构耐久性的模糊综合评价[J].水利水电技术,1993(6):25-30

[4]李清富.结构性能的模糊评估[J].港工技术,2002(2)：12-14

[5]夏晓迪.高桩码头耐久性及剩余寿命使用评估[M].天津,天津大学,2007

[6]孟静,刘现鹏,王崇宇.高桩码头完好状态的模糊综合评估[J].水道港口,2009(5):369-375

[7]叶成华,陈祎.基于模糊综合评价法的老码头评价模型[J].中国水运：下半月，2012(1):65-67

[8]史青芬.高桩码头结构安全性评估[M].重庆,重庆交通大学,2010

[9]宋立元.水工混凝土结构耐久寿命统计的模糊生存分析[J].混凝土,2012(3):58-61

[10]吴锋,庞丹丹,张章.高桩码头运营期耐久性模糊评估方法[J].水运工程,2013(2):62-67

段茜(1992-)，女，汉族，山西运城人，硕士在读，重庆交通大学河海学院，研究方向：港口、海岸工程结构及基础。