工程技術大學學報

風險矩陣評估方法研究與工程應用綜述

阮欣，尹志逸，陳艾榮

摘要：目的：風險矩陣評估方法概念清晰、使用方便、評估結果簡潔易懂，在許多國家或地區相關部門的規范和標準中得到了應用，但由于該方法不能采用試驗反饋的形式對評估結果進行驗證，其可靠性和有效性一直飽受質疑。本文基于國內外相關文獻的綜述，從工程應用的角度對風險矩陣評估方法進行總結，明確其數學模型、評價指標等幾個基本理論問題，并探討提高評估方法有效性的可能方向。方法：通過探討投資組合理論中的協方差矩陣與風險評估矩陣的相似性，確立了風險評估矩陣的形式特點與風險態度相關性。在常見風險矩陣的形式基礎上，建立了矩陣的分級函數數學模型。從探討風險矩陣在邏輯兼容性方面存在的缺陷出發，定義了風險評估不穩定性，即由于評估者認知局限性、評估工具的不合理性等導致的矛盾、模糊甚至錯誤的評估結果。由此，借助于風險矩陣的數學模型，對風險識別、風險分析以及風險評價階段可能出現的不穩定性問題進行闡述，并在此基礎上提出對應的風險矩陣改進措施。結果：風險識別與分析階段的不穩定性主要由于項目評估人員的主觀偏差與認知不完備性造成，在任何風險評估方法種均可能存在。目前，由風險矩陣自身原因造成的不穩定主要集中在風險評價階段，主要包括：（1）風險矩陣構建過程引發的不穩定性，這是由于風險 矩陣沒有統一構建標準，構建過程無法反應決策者的真實意愿。在風險矩陣評估方法的工程應用中，受風險管理人員的認知局限性等因素影響，風險矩陣的構建存在非常大的主觀性和隨機性，同一工程項目中不同專家可能得到不同矩陣，導致矛盾的評估結果，造成評估不穩定性。（2）風險結的存在造成的不穩定性，風險結是指處于同一等級具有基本相同的屬性還可以繼續細分的風險模塊，采用風險評估矩陣方法評價多風險事態時，會使得不同的風險事態歸于同一等級的風險評價結果，這是矩陣對連續的風險概率值與損失值進行離散化歸類帶來的不可避免的問題，是評價方法自身的固有問題。（3）風險矩陣評價形式引起的不穩定性，風險矩陣離散的等級形式對對存在量級差別的極大值與較大值、極小值與較小值無法進行合理區分，這在應對工程中常見的小概率、高損失的風險場景時較為不利，造成這一現象的原因是基于風險損失期望的評估方法與風險矩陣評估方法對“風險值”的理解與表達不同，而風險評估實質上是一個與評估標準密切相關的管理過程，采用風險矩陣評估方法意味著接受該方法對風險的理解，比較其與風險損失期望結果之間的差異并無實質意義。結論：風險矩陣評估方法作為一種易于執行、輸出結果明確的評估方法，在工程應用中優勢十分明顯。相較于定量風險評估決策方法，風險矩陣評估方法憑借其模糊且有依據的判斷，往往可以得出更有說服力和工程實用價值的決策方案。針對風險矩陣評估方法存在的不穩定性問題，可以在風險矩陣構建過程中，融入效用理論以對決策者風險態度進行描述，使得風險矩陣評估方法輔助的決策過程更具工程針對性。

來源出版物：同濟大學學報自然科學版, 2013, 41(3):381-385

入選年份：2017

可更換連梁保險絲抗震性能試驗研究

呂西林，陳云，蔣歡軍

摘要：目的：連梁是聯肢剪力墻結構中重要的耗能構件。傳統的鋼筋混凝土連梁通常由于跨高比較小，形成塑性鉸耗能模式較難實現。更重要的是，連梁破壞后修復或更換非常困難，代價昂貴。近年來，國內外的部分學者提出了可更換連梁的概念即在連梁的跨中設置一個耗能構件，稱之為保險絲，通過保險絲的塑性變形耗散能量，而且在地震后對連梁的保險絲部分進行更換比較方便。鑒于連梁的保險絲對連梁的耗能有著決定性的作用，提出了3種不同類型的連梁保險絲并對其抗震性能進行了詳細的試驗研究，為其工程應用提供了參考。方法：提出的3種不同類型的連梁保險絲分別介紹如下。（1）普通工字型鋼，腹板開有菱形孔，稱為保險絲1。腹板開菱形孔是為了使腹板能夠大部分屈服耗能，增強保險絲的耗能能力，合理的屈服順序是最弱的截面先屈服，通過材料的強度硬化，達到腹板大部屈服的目的。這類保險絲一般設計為剪切屈服耗能構件。（2）雙層腹板的工字型鋼，腹板和翼緣組成的箱型截面內部灌鉛，稱為保險絲 2。這種保險絲類似于由工字型鋼和鉛剪切耗能器復合而成的構件。雙層腹板和翼緣組成的空腔內灌鉛有兩個目的，其一是鉛的剪切變形能夠耗散一定能量，其二是鉛能夠在一定程度上阻止腹板的屈曲。這類保險絲也通常設計成剪切屈服耗能構件。（3）兩根平行鋼管，每根鋼管內部灌鉛，稱為保險絲 3。兩根平行設置的鋼管之間沒有腹桿連接，因此兩根鋼管分別抵抗相同的彎矩和剪力。這類保險絲可以設計成彎曲屈服和剪切屈服混合型耗能構件，可以通過鋼管彎曲和鉛的剪切耗能。鉛的作用除了剪切耗能外，還能起到阻止鋼管屈曲的作用。通過低周反復加載試驗對這3種保險絲的抗震性能進行了全面研究，比較了3種保險絲的滯回性能、強度和剛度退化性能、耗能能力和疲勞性能。結果：研究結果表明：（1）從各方面的性能比較來看，保險絲 2（雙層腹板內灌鉛）的抗震性能最優，不僅滯回曲線穩定飽滿，骨架曲線的下降段平緩，延性系數大，剪切變形能力強，而且耗能能力強，強度退化小，抗疲勞性能強，非常適合在可更換連梁中使用。（2）保險絲1在開裂前的性能非常好，不僅剛度和強度與保險絲2類似，而且在剪切位移角小于3.5%時其耗能性能最好，但是腹板開裂后其各方面性能下降較多。這表明在保險絲的腹板開菱形孔確實能夠擴大腹板的屈服面積，增強保險絲的耗能能力，但要適當增大孔洞的夾角并采取有效措施減小開孔處的應力集中。（3）保險絲 3的承載力和剛度都遠小于保險絲1和2，其絕對的剪切變形能力雖弱于保險絲1和2，但其延性系數較大，剛度退化最小，等效粘滯阻尼系數的最大值也高于保險絲1和2，最大的不足就是剪切變形能力較小，最大剪切角能夠達到4.9%，而且過了峰值荷載后破壞較快。根據其破壞主要是由于根部的應力較大和焊接殘余應力引起的，建議適當加強鋼管根部的強度，并采取有效措施減小焊接殘余應力的影響。結論：上述的3種可更換連梁保險絲各有特點，實際應用中可根據不同的結構型式、不同的連梁跨度進行優選，以充分發揮各自的優勢。例如保險絲1可適用于剪切變形較小的連梁，能夠充分發揮其在剪切變形較小時耗能能力較強的特點；保險絲2的綜合性能最優，因此適用范圍較廣；保險絲3可應用于跨高比較大的可更換連梁，并可以設計成彎曲屈服型保險絲。

來源出版物：同濟大學學報自然科學版, 2013, 41(9):1318-1325

入選年份：2017

基于云模型的地震區公路震害風險評估

賈興利，許金良

摘要：目的：由于缺乏對路域地震風險的準確評估，導致公路路線方案不能很好地適應地震區環境，進而加劇了震時的破壞程度。本文從考慮公路路線方案選擇、通過形式等宏觀角度出發，借助地理信息系統技術平臺，引入云模型理論，提出基于云模型-層次分析法的地震區公路震害風險評估賦權方法，建立地震區公路震害風險評估模型。方法：首先從地形地震風險因子、地震源風險因子、地質地震風險因子、植被地震風險因子等方面對影響地震區公路震害風險的因素進行辨識，并采用主成分分析法以及文獻法確定峰值加速度、植被覆蓋率、地層巖性和地表坡度作為主導標志。然后，為克服依靠主觀經驗確定因子權重的不足，建立基于云模型-層次分析法的地震區公路震害風險評估賦權方法，首先完成基于云模型標度的判斷矩陣構建，利用九朵云模型來建立重要性決策標度，采用黃金分割法計算九朵云模型的熵和超熵，再利用浮動云的偏好集結進行兩兩重要性判斷，根據前述決策方法建立鄰層指標在云模型下兩兩重要性比較的判斷矩陣。通過專家咨詢打分，最終完成路遇地震風險評估模型的構建。結果：選取甘肅省隴南某高速公路為研究對象，根據評估模型得到該高速公路沿線震害風險指數在1.00～6.96之間，其中大部分區域風險指數處于5以下，路線起點南及東南為高峰值加速度、硬巖、大邊坡坡度區域，風險指數接近7，屬于高地震風險區；傳統峽谷地區選擇的沿溪線區域風險指數較高，相同峰值加速度情況下，因峽谷地區兩岸巖性條件較差，震害綜合風險指數相對其他區域更高；通過汶川地震震后實地調查驗證，該高速公路沿線地震破壞嚴重程度與風險評估計算結果基本一致。結論：（1）以地震動峰值加速度、植被覆蓋率、地層巖性和地表坡度作為震害風險評價因子，提出云模型層次分析法的公路震害風險評估賦權方法，建立了公路震害風險評估模型，表征了公路沿線區域潛在的地震風險狀態。（2）引進云模型理論，改進傳統層次分析法的不足，利用云模型的集結算法可以將多人決策的賦值全部帶入到計算公式中，克服了依靠主觀經驗確定因子權重的不足，提高了公路震害風險評估的客觀性和可靠性。（3）運用基于云模型的公路震害風險評估方法，可以準確地評估公路沿線區域的地震風險，實現了地震風險的量化轉換，為公路路線方案選擇、構造物布置、路線通過形式等建設方案的決策提供了數據支撐。

來源出版物：同濟大學學報自然科學版, 2014, 42(9):1352-1358

入選年份：2017