本發(fā)明屬于橋梁施工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于模糊綜合評(píng)價(jià)的拱肋提升施工穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，鋼拱橋在我國(guó)的建設(shè)和發(fā)展非常迅速，隨著橋梁跨度的不斷增大，穩(wěn)定問(wèn)題也變得越來(lái)越突出。因此越來(lái)越多的橋梁施工開(kāi)展安全評(píng)估工作。錢(qián)七虎院士肯定了工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的作用與重要性，對(duì)我國(guó)當(dāng)前安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估存在問(wèn)題提出了寶貴的建議。目前風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法主要包括：專(zhuān)家調(diào)查法和層次分析法、WBS方法和故障樹(shù)法、地面沉降評(píng)估理論與方法、模糊隸屬曲線法、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等?？悼染C合運(yùn)用AHP和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)理論，建立了一種橋梁施工安全評(píng)價(jià)方法，用于識(shí)別誘發(fā)風(fēng)險(xiǎn)事件。程進(jìn)等以當(dāng)時(shí)上海在建的主跨550m的中承式鋼拱橋盧浦大橋?yàn)楣こ瘫尘?，采用幾何和材料雙重非線性分析法對(duì)盧浦大橋在靜風(fēng)荷載作用下的施工穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。顏全勝等利用基于有限變形理論的UL列式桿系結(jié)構(gòu)有限元法，考慮幾何非線模擬計(jì)算了丫髻沙大橋的施工全過(guò)程穩(wěn)定性，比較兩種不同鋼管混凝土澆灌順序?qū)υ摯髽蚪Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全的影響，得出各個(gè)施工階段穩(wěn)定安全和非線性影響系數(shù)，分析結(jié)果為大橋順利施工提供了理論指導(dǎo)。

綜上，雖然風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估法已經(jīng)在橋梁施工整體、橋梁耐久性等問(wèn)題中獲得了廣泛的應(yīng)用，然而，針對(duì)拱橋施工過(guò)程中拱肋提升施工穩(wěn)定性定量評(píng)價(jià)研究尚未開(kāi)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種基于模糊綜合評(píng)價(jià)的拱肋提升施工穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種基于模糊綜合評(píng)價(jià)的拱肋提升施工穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法，包括如下步驟：

步驟1：確定影響拱肋提升施工穩(wěn)定性的因素，第一層因素包括吊裝整體因素和環(huán)境因素，第二層因素包括：拱肋應(yīng)力、拱肋應(yīng)變、提升支架應(yīng)力、提升支架應(yīng)變和溫度差；第三層因素包括：最大拱肋應(yīng)力、最大拱肋應(yīng)變、最大提升支架應(yīng)力、最大提升支架應(yīng)變、拱肋應(yīng)力最大誤差值、拱肋應(yīng)變最大誤差值、提升支架應(yīng)力最大誤差值、提升支架應(yīng)變最大誤差值和溫度差最大值；

步驟2：計(jì)算各因素理論值，根據(jù)理論值對(duì)拱肋提升施工過(guò)程穩(wěn)定性評(píng)價(jià)等級(jí)進(jìn)行劃分，定義評(píng)價(jià)等級(jí)在各因素下的臨界判斷值；

步驟3：獲取施工過(guò)程中各因素的實(shí)際監(jiān)測(cè)值，確定隸屬函數(shù)，計(jì)算各因素對(duì)各穩(wěn)定性評(píng)價(jià)等級(jí)的隸屬度；所述隸屬度函數(shù)可選為梯形分布函數(shù)；

步驟4：采用主客觀結(jié)合確定各因素權(quán)重：

步驟4-1：采用主觀打分法確定第一層因素權(quán)重；

步驟4-2：建立第二層因素判斷矩陣，根據(jù)判斷矩陣的最大特征值對(duì)各判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，如果判斷矩陣合理，執(zhí)行步驟4-3，否則，調(diào)整判斷矩陣；

步驟4-3：根據(jù)判斷矩陣確定第二層因素的主觀權(quán)重；

步驟4-4：采用變異系數(shù)法確定第二層因素的客觀權(quán)重；

步驟4-5：結(jié)合主觀權(quán)重和客觀權(quán)重確定第二層因素綜合權(quán)重；

步驟4-6：采用主觀評(píng)價(jià)確定第三層因素權(quán)重。

步驟5：根據(jù)各因素權(quán)重及隸屬度進(jìn)行拱肋提升施工穩(wěn)定性模糊綜合評(píng)價(jià)：

步驟5-1：根據(jù)第三層因素權(quán)重矩陣和第三層因素的隸屬度矩陣計(jì)算第二層各因素的模糊評(píng)價(jià)子集；

步驟5-2：根據(jù)第二層各因素的模糊評(píng)價(jià)子集構(gòu)建第二層因素的隸屬度矩陣；

步驟5-3：根據(jù)第二層因素權(quán)重矩陣和第二層因素的隸屬度矩陣計(jì)算第一層各因素的模糊評(píng)價(jià)子集；

步驟5-4：根據(jù)第一層各因素的模糊評(píng)價(jià)子集構(gòu)建拱肋提升施工穩(wěn)定性隸屬度矩陣；

步驟5-5：根據(jù)拱肋提升施工穩(wěn)定性隸屬度矩陣和第一層因素權(quán)重計(jì)算拱肋提升施工穩(wěn)定性模糊綜合評(píng)價(jià)矩陣，確定拱肋提升施工穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)等級(jí)。

有益效果：一種基于模糊綜合評(píng)價(jià)的拱肋提升施工穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)勢(shì)：

(1)建立了拱肋提升施工穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)模型，可將拱肋施工過(guò)程中的安全性問(wèn)題進(jìn)行定量的評(píng)價(jià)，有助于保障施工安全，提升了施工監(jiān)控的有效性；

(2)通過(guò)精確的數(shù)字手段處理模糊的評(píng)價(jià)對(duì)象，對(duì)蘊(yùn)藏信息呈現(xiàn)模糊性的數(shù)據(jù)作出科學(xué)、合理、貼近實(shí)際的量化評(píng)價(jià)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一種實(shí)施方式的基于模糊綜合評(píng)價(jià)的拱肋提升施工穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一種實(shí)施方式作詳細(xì)說(shuō)明。

洛陽(yáng)東環(huán)鋼箱拱的拱肋跨度約為157m，其中中間約88m作為提升段，提升支架采用格構(gòu)柱支架，為了保證拱肋提升的施工安全，并為后續(xù)施工作保障，現(xiàn)對(duì)其拱肋提升過(guò)程做安全評(píng)估。

如圖1所示，一種基于模糊綜合評(píng)價(jià)的拱肋提升施工穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法，包括如下步驟：

步驟1：確定影響拱肋提升施工穩(wěn)定性的因素；

以洛陽(yáng)東環(huán)拱橋施工過(guò)程為背景，綜合考慮拱肋提升的實(shí)際情況，將拱肋提升施工穩(wěn)定性評(píng)估因素劃分為三層，如表1所示，第一層因素包括吊裝整體因素和環(huán)境因素，其中吊裝整體因素包括：拱肋應(yīng)力、拱肋應(yīng)變、提升支架應(yīng)力、提升支架應(yīng)變；環(huán)境因素為溫度差。

表1拱肋提升整體穩(wěn)定性評(píng)估因素劃分表

根據(jù)表1建立三級(jí)模糊綜合評(píng)判模型，三個(gè)層次的因素集為：

第一層次：u＝(u1，u2)。

第二層次：u1＝(c1，c2)；u2＝(c3，c4，c5)。

第三層次：c1＝(w1，w2)；c2＝(w3，w4)；c3＝(w5，w6)；c4＝(w7，w8)；c5＝(w9)。

步驟2：計(jì)算各因素理論值，根據(jù)理論值對(duì)拱肋提升施工過(guò)程穩(wěn)定性評(píng)價(jià)等級(jí)進(jìn)行劃分，定義評(píng)價(jià)等級(jí)在各因素下的臨界判斷值；

根據(jù)橋梁施工過(guò)程中的拱肋應(yīng)力應(yīng)變、提升支架應(yīng)力應(yīng)變以及晝夜溫度差，對(duì)所述的拱肋提升施工過(guò)程的安全性劃分為四個(gè)等級(jí)，依次為：優(yōu)秀、良好、合格、不合格。各因素對(duì)應(yīng)的良好、合格、不合格的臨界判斷值分別為δ1、δ2、δ3，如表2所示：

表2施工穩(wěn)定性評(píng)價(jià)等級(jí)及臨界判斷值表

步驟3：獲取施工過(guò)程中各因素的實(shí)際監(jiān)測(cè)值δ，確定隸屬函數(shù)A(x)，計(jì)算各因素對(duì)各穩(wěn)定性評(píng)價(jià)等級(jí)的隸屬度；

本實(shí)施方式中，各因素的監(jiān)測(cè)值如表3所示：

表3各因素實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)表

表中誤差值與溫差取所計(jì)算的絕對(duì)值。

就穩(wěn)定性和實(shí)用性來(lái)說(shuō)，目前梯形分布函數(shù)是一種相對(duì)較好的隸屬函數(shù)，此處采用梯形函數(shù)來(lái)表示各因素對(duì)其安全等級(jí)的隸屬性，如表4所示：

表4各因素隸屬函數(shù)表

本實(shí)施方式，計(jì)算得到第三層因素在安全等級(jí)的隸屬度矩陣分別為：

R₂₁＝(晝夜溫度差最大值)＝[0.5 1 0.5 0.25]

步驟4：采用主客觀結(jié)合確定各因素權(quán)重值：

步驟4-1：采用主觀打分法確定第一層因素權(quán)重：由于第一層中的指標(biāo)抽象且專(zhuān)業(yè)性很高，所以向有經(jīng)驗(yàn)的從業(yè)人員調(diào)查統(tǒng)計(jì)可行性最高，步驟如下：

(1)選取5名經(jīng)驗(yàn)豐富的從業(yè)人員(A、B、C、D、E)，給定打分范圍(1-100分)

(2)請(qǐng)被征詢(xún)者打分

(3)搜集表格統(tǒng)計(jì)，計(jì)算綜合后的權(quán)重，如表5所示：

表5第一層因素專(zhuān)家評(píng)分及權(quán)重表

步驟4-2：建立第二層因素判斷矩陣，根據(jù)判斷矩陣的最大特征值對(duì)各判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，如果判斷矩陣合理，執(zhí)行步驟4-3，否則，調(diào)整判斷矩陣；

一致性檢驗(yàn)公式為：

其中，λ_max為判斷矩陣的最大特征根，n為判斷矩陣維數(shù)。一般地，若CI≤0.10就可以認(rèn)為判斷矩陣具有很好的相容性，可以接受；否則就需要調(diào)整判斷矩陣；

構(gòu)造判斷矩陣的關(guān)鍵在于設(shè)法使任意兩項(xiàng)指標(biāo)的相對(duì)重要性得到定量的描述，本實(shí)施方式中采用以1、3、5、7、9五個(gè)等級(jí)的分等評(píng)分法。各層判斷矩陣及權(quán)重如表6所示：

表6第二層因素判斷矩陣及主觀權(quán)重表

本實(shí)施方式中以表6中判斷矩陣，維數(shù)n＝4；

計(jì)算可得

帶入公式(1)中

故可認(rèn)為判斷矩陣具有很好的相容性，可以接受。

步驟4-3：根據(jù)判斷矩陣確定第二層因素的主觀權(quán)重；

步驟4-4：采用變異系數(shù)法確定第二層因素的客觀權(quán)重；

利用公式(2)求解第i個(gè)因素的變異系數(shù)V_i：

式中：σ_i是第i個(gè)因素現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差，是第i個(gè)因素現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的平均數(shù)，i＝1，2，...，n，n為因素的個(gè)數(shù)。

各項(xiàng)因素的權(quán)重W_i公式(3)進(jìn)行求解：

本實(shí)施方式中，各因素現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如表7所示：

表7各因素現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表

本實(shí)施方式計(jì)算過(guò)程如下：

首先根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)值，分別計(jì)算出每個(gè)指標(biāo)的平均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差，再根據(jù)均值和標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算變異系數(shù)，以拱肋應(yīng)力為例。

拱肋應(yīng)力的變異系數(shù)：

將各項(xiàng)變異系數(shù)加總：0.73+0.73+0.57+0.57＝2.6

計(jì)算構(gòu)成評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的這4個(gè)指標(biāo)的權(quán)重：

拱肋應(yīng)力的權(quán)重：

計(jì)算得到第二層因素的客觀權(quán)重如表8所示：

表8第二層各因素客觀權(quán)重計(jì)算結(jié)果表

步驟4-5：結(jié)合主觀權(quán)重和客觀權(quán)重確定第二層因素綜合權(quán)重；

第二層權(quán)重既有主觀因素也有客觀因素，因此第二層權(quán)重采用兩種方法共同確定，且客觀因素占主要部分，令主觀因素占0.2，客觀因素占比例為0.8，則第二層各因素的最終權(quán)重值為拱肋應(yīng)力0.2865；拱肋應(yīng)變?yōu)?.2865；提升支架應(yīng)力為0.2135；提升支架應(yīng)變?yōu)?.2135。

步驟4-6：采用主觀評(píng)價(jià)確定第三層因素權(quán)重：由于采用最大誤差比采用最大變形值即最大變形值指代最大應(yīng)力值和最大應(yīng)變值更加有效，將第三層因素的最大變形值權(quán)重取0.4，最大誤差值取0.6，即第三層權(quán)重矩陣M₁₁～M₁₄＝[0.4，0.6]，M₂₁＝[1，1]。

步驟5：依據(jù)各因素權(quán)重及隸屬度進(jìn)行拱肋提升施工穩(wěn)定性模糊綜合評(píng)價(jià)：

步驟5-1：利用第三層因素權(quán)重矩陣和第三層因素的隸屬度矩陣計(jì)算第二層各因素的模糊評(píng)價(jià)子集：

B₁₁＝M₁₁·R₁₁＝[0.12 0.68 0.1468 0.9]

B₁₂＝M₁₂·R₁₂＝[0.28 1 0.36 0.18]

B₁₃＝M₁₃·R₁₃＝[0.3 0.92 0.7 0.39]

B₁₄＝M₁₄·R₁₄＝[0.66 1 0.34 0.17]

B₂₁＝M₂₁·R₂₁＝[0.5 1 0.5 0.25]

步驟5-2：利用第二層各因素的模糊評(píng)價(jià)子集構(gòu)建第二層因素的隸屬度矩陣：

R₂＝(B₂₁)＝[0.5 1 0.5 0.25]

步驟5-3：利用第二層因素權(quán)重矩陣和第二層因素的隸屬度矩陣計(jì)算吊裝整體因素模糊評(píng)價(jià)子集B₁和環(huán)境因素模糊評(píng)價(jià)子集B₂：

B₂＝[0.5 1 0.5 0.25]

步驟5-4：利用吊裝整體因素模糊評(píng)價(jià)子集B₁和環(huán)境因素模糊評(píng)價(jià)子集B₂構(gòu)建拱肋提升施工穩(wěn)定性隸屬度矩陣R：

步驟5-5：根據(jù)拱肋提升施工穩(wěn)定性隸屬度矩陣R和第一層因素權(quán)重計(jì)算拱肋提升施工穩(wěn)定性模糊綜合評(píng)價(jià)矩陣B，確定拱肋提升施工穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)等級(jí)：

由B可以看出安全等級(jí)為優(yōu)秀的隸屬度為0.362；良好的隸屬度為0.917；合格的隸屬度為0.399；不合格的隸屬度為0.385；根據(jù)最大隸屬度原則，洛陽(yáng)東環(huán)段拱肋施工穩(wěn)定性對(duì)良好的隸屬度最高，處于良好狀態(tài)，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量相符合。