模糊理論在結構耐久性分析中的應用

段 茜

(重慶交通大學河海學院 重慶 400074)

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模糊理論在結構耐久性分析中的應用

段 茜

(重慶交通大學河海學院 重慶 400074)

簡要介紹了模糊數學的相關理論以及當前在結構耐久性分析中的主要應用，并做出總結，為模糊理論應用于工程實際提供依據。

模糊理論；層次分析法；耐久性分析；隸屬度

一、引言

近年來我國經濟飛速發展，基礎建設不斷趨于完善，本著可持續發展的原則，對結構的耐久性進行分析十分必要。混凝土結構失效直接影響構件耐久性，最終會導致整體結構的耐久性降低，越來越多的學者開始注意并著手研究這個問題，在此領域上有了很大的突破。但是其研究主要是停留在材料及構件層面，對整體的把握不夠充分，由此進行結構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，而是強調利用大量單一因素相互作用在整體上所呈現的模糊性去把握對象，進行綜合評價和處理[1]。

三、模糊理論在結構中的應用

影響結構耐久性的因素很多，各因素之間又相互影響，在現有研究資料中，很多學者對于結構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、準確的數據，而在結構耐久性中無法得到，具有很大的模糊性。由此看來，運用模糊數學的方法去進行評價，更加符合，也更具有優勢。C.B.Brow和D.I.Blocke最早開始從事模糊數學在土木工程中的應用研究，論述了其可行性。

竺存宏、韓玉[2]等通過分析大量的現場調查資料，建立評判標準及模糊綜合評判模型。將高樁碼頭的的各構件作為影響碼頭整體可靠度的準則層，把各個構件的外觀質量、裂縫、鋼筋銹蝕作為指標層，通過現場資料和經驗給定各因素的權值，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]在分析結構耐久性時采用了層次分析法與模糊數學理論相結合，將影響混凝土結構耐久性的因素分為施工質量、材料和環境三個方面，建立了評價水工混凝土結構耐久性的指標體系，對各因素分別建立了其對混凝土耐久性影響的隸屬函數，依層次逐一確定權值，最后對其進行模糊綜合評價。

李清富[4]等結合層次分析法建立了單因素評價模型及多級評價模型，結合最大隸屬度原則，加權平均原則，并將模糊向量單值化，對某鋼筋混凝土橋梁結構損傷進行綜合評估，為實際應用提供依據。夏曉迪[5]通過分析實際工程中高樁碼頭結構耐久性破壞的特點，應用模糊數學原理，引入隸屬度—隸屬函數的概念，建立了高樁碼頭結構耐久性和剩余壽命預測的模糊綜合評判模型。以實際工程為例，從碼頭結構構件梁、板、樁等構件單因素評估入手，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]等通過研究總結各構件的破損現象及其相互影響，然后綜合分析各構件破損對整體結構耐久性的影響程度，結合層次分析法，建立了包括指標層、準則層和目標層的多層評估模型，結合專家打分系統對指標層進行規范化處理，再根據經驗所得的判斷矩陣，編程計算權重，進行單因素模糊評估，得出結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，然后結合層次分析法計算權重，檢測數據結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構安全性、適用性及耐久性的因素，結合模糊數學的理論，根據高樁碼頭結構的構造和類型，建立了高樁碼頭結構三個層次質量風險分析的分級標準及其結構安全分析模型，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計更加合理。吳峰[10]等利用層次分析法，建立兩層結構分析模型，第一層為包括樁、梁、板、樁帽和附屬設施，第一層的每個評估指標又對應鋼筋銹蝕、構件裂縫和構件外觀三項，然后根據經驗公式和相關規范確定初始權重，通過變權原理修正權重，規范處理評估指標，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。

四、存在的問題及展望

通過分析現有文獻，可以發現結合模糊理論進行結構的耐久性分析已取得很大的突破，為了使其應用更加準確，更加貼近實際，本文認為可以從以下幾個方面加以完善：

(1)影響結構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系至關重要。

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

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

[1]沈國柱.風險模糊分析法[J].系統工程與電子技術，2000(10)

[2]竺存宏,韓玉,劉衛民.海港高樁碼頭結構可靠度的模糊數學評估[J].水道港口,1992(4):1-11

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

[4]李清富.結構性能的模糊評估[J].港工技術,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,劉現鵬,王崇宇.高樁碼頭完好狀態的模糊綜合評估[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.高樁碼頭結構安全性評估[M].重慶,重慶交通大學,2010

[9]宋立元.水工混凝土結構耐久壽命統計的模糊生存分析[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、海岸工程結構及基礎。