锈蚀钢筋混凝土构件可靠度模糊评价.pdf

中国矿业大学学报990 6 2 3 中国矿业大学学报 JO U RNA L O F CH I NA U NI VERSI T Y O F M I NI NG T ECH NO LO G Y 1999年 第2 8 卷 第6 期 Vo l . 2 8 No . 6 1999 锈蚀钢筋混凝土构件可靠度模糊评价 贾福萍 蔡跃 摘要 众多的影响因素，使钢筋混凝土单一构件的可靠度评价仍停留在特定条件 下的定性认识阶段，探求简单、合理的定量分析方法很有必要. 针对锈蚀钢筋混凝土构 件可靠度影响因素的不确定性，在专家经验的基础上，应用模糊数学方法，建立了锈 蚀钢筋混凝土构件可靠度模糊评价的因素集和权重集，提出了一种可靠度模糊评价的 分析方法，进一步对锈蚀钢筋砼构件可靠度进行了评价，并通过实例验证了该方法的 可行性. 关键词 可靠度，锈蚀钢筋砼，模糊评价 中图分类号 T U 5 Fuzzy uation of Reliability of Rusted Reinforced Concrete Element Jia Fuping Cai Yue （ College of Architecture and Civil Engineering， CUMT， Xuzhou, Jiangsu 221008 ） Abstract Reliability uation of reinforced concrete under given conditions is still at the qualitative stage because of many influencing factors. It is necessary to seek an appropriate quantitative for reliability analysis now. Aiming at the inaccuracy of factors influencing the reliability of rusted reinforced concrete element, the authors applied the fuzzy mathematics to establish the factor set and weight coefficient set for the reliability of rusted RC element on the basis of expert experience. An analysis for fuzzy uation of reliability is put forward. Furthermore, reliability of rusted RC element is uated and verified by testing results. Key words reliability, rusted reinforced concrete element, fuzzy uation 影响钢筋砼结构构件可靠度的因素很多. 目前诸多影响因素对结构可靠度影响程度 的研究只局限于某种环境条件及某种结构形式下的单一构件性能定性认识阶段. 即使对 某一环境、荷载条件下单一构件可靠度得到定量表示结果，也难以应用于其它环境条 件下的构件. 因此，对于钢筋砼结构构件可靠度的评价，不能用统一的较精确的表达式 表示. 在锈蚀钢筋砼结构构件中，由于环境条件突变、侵蚀、构件承载方式和构件承载 能力等因素的变化，使构件性能随时间退化难以用精确定量的表达式表示，只能处于 定性认识水平上. 由于影响因素的不确定性，导致构件性能的不确定性，使锈蚀砼构件 可靠度研究只能通过综合考虑各种因素的影响进行模糊评价. f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 6 / 990 6 2 3. h t m （第 1／6 页）2 0 10 -3-2 3 15 59 0 5 中国矿业大学学报990 6 2 3 1 可靠度评价等级确定 我国目前已颁布有钢铁工业建（构）筑物可靠性鉴定规程［1］和工业厂房 可靠性鉴定标准［2 ］ 以下简称规程和标准 ，二者在评定钢筋混凝土结构 的可靠性水平时，将其划分为4个等级，并采用下述原则评定构件的可靠性等级. 1） 当变形、裂缝与承载力相差大于1级时，以承载力（或构造和连接）的等级作 为构件的评定等级. 2 ） 当变形、裂缝比承载力（或构造和连接）低2 级时，以承载力（或构造和连 接）降1级作为构件的评定等级. 3） 其它情况可根据上述原则综合判断. 由上述可知, 应用现行规程与标准对构件可靠度进行评定时, 采用的是专家 经验评定方法. 针对现有钢筋砼结构因钢筋锈蚀引起可靠度下降这一现象，本文将以上述原则为 依据，在专家经验基础上，利用模糊数学方法对锈蚀钢筋砼构件可靠度进行评定. 2 可靠度模糊评价 应用模糊数学方法对锈蚀钢筋砼构件可靠度进行评定的具体步骤如下［3］. 2 . 1 建立模糊评价因素集 对于锈蚀的钢筋混凝土构件，影响其可靠度下降的因素较多，如引起构件锈蚀的 环境与介质的腐蚀级别、混凝土碳化程度、混凝土中氯盐含量、混凝土强度、混凝土 周围杂散电流的大小、钢筋的自然电位、混凝土的电阻率、钢筋锈蚀程度等，这些因 素都会对构件可靠度下降有不同程度的影响，而构件可靠度下降的直观表现是构件的 承载能力和抵抗变形、开裂的能力降低. 因此，综合规程和标准，对于锈蚀钢 筋混凝土构件可靠度评价考虑3方面的指标，即承载力（或构造和连接）、变形和裂 缝，由这3个指标构成模糊评价的因素集 U { u 1，u2，u3} { 承载力，变形，裂缝} . 2 . 2 建立模糊评价因素权重集 在锈蚀钢筋混凝土构件可靠度鉴定时，上述3个因素在不同构件中所起作用的重要 程度不同，因此，对各个因素给予一个相应的权重系数，组成权重集 评价因素权重反映出各因素在综合评价中的相对重要程度，其权重的确定是综合 评价的关键部分之一. 在此，本文选用层次分析法（A H P）建立递阶层次结构模型. 通过 征询专家意见来构造判断矩阵，并用特证根法求解综合判断矩阵，将专家经验和数学 模型方法结合起来确定各评价因素的权重. 通过参与我国钢筋混凝土结构设计规范审查 会的6 5位专家而得到的各构件影响因素的权重如表1所示［4］. f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 6 / 990 6 2 3. h t m （第 2 ／6 页）2 0 10 -3-2 3 15 59 0 5 中国矿业大学学报990 6 2 3 表1 权重系数的调查结果 T a b l e 1 T h e w e i g h t c o e f f i c i e n t o f c o n s t r u c t i o n m e m b e r s 构件 权重系数/ a 1 a 2 a 3 均值建议值均值建议值均值建议值 屋面板6 5. 156 517 . 34 17 . 518 . 2 0 17 . 5 吊车梁6 7 . 926 817 . 0 01714. 7 715 屋面梁7 0 . 6 97 014. 391514. 7 615 柱8 0 . 2 38 012 . 6 2137 . 2 37 基础8 5. 928 67 . 2 076 . 417 2 . 3 建立模糊评价集 根据结构构件因锈蚀而导致的损伤程度，按构件的承载力（或构造和连接）、变 形、裂缝的实际检测和分析结果, 结构构件因锈蚀而导致的损伤程度划分为a ，b ，c ，d 4级，其中a 级最好，b 级较好，c 级较差，d 级最差. 按结构构件能否满足各项可靠性要 求，以A ，B，C，D 4级表示. A 级满足国家现行规范要求，不必采取措施；B级略低于 国家现行规范要求，但不影响正常使用；C级不满足国家现行规范，影响正常使用， 应采取措施；D 级严重不满足国家现行规范要求，必须立即采取措施. 为便于根据承载力（或构造和连接）、变形、裂缝的等级评定构件的可靠度等 级，可赋予各等级不同的分值 a 级5分， A 级4. 5～5. 0 ， b 级4分， B级3. 5～4. 4， c 级3分， C级2 . 5～3. 4， d 级2 分， D 级0 ～2 . 4. 因此, 对于锈蚀钢筋混凝土构件可靠的评价集相应描述为 V { 最好, 较好, 较差, 最差} 2 . 4 模糊评价 在确定了锈蚀钢筋混凝土构件可靠度评价的影响因素、评价集和各影响因素的权 重系数之后，需通过对专家进行调查以形成判断矩阵. 判断矩阵的构造步骤如下 1） 根据锈蚀钢筋构件的具体情况、特征，确定征询专家人数N位. 2 ） 构造判断矩阵调查表，对专家评价结果进行统计得出各种评判因素，评价集 的隶属度矩阵（判断矩阵）如下 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 6 / 990 6 2 3. h t m （第 3／6 页）2 0 10 -3-2 3 15 59 0 5 中国矿业大学学报990 6 2 3 1 式中a i j 为第i 种评判因素对第j 种评判结果的隶属度，a i j Ni j/ N 其中，Ni j为N位专家中 对第i 种因素评判为第j 种评判结果的人数 . 在得到判断矩阵R以后，我们就可以对锈蚀钢筋构件进行模糊评判，模糊综合评判 可以表示为 2 即B b 1，b2，b3，b4 （a1，a2，a3）‧ （3） 式中b i i 1, 2 , 3，4 为评判指标，它表明综合考虑所有因素的影响时，评判对象对评价 集的第i 种结果的隶属度. “。”表示A 与R的一种合成方式，采用普通的 , . ，则有 4 在获得评判指标b 1，b2，b3，b4以后，为了给出确定的评判结果，通常有最大隶属 度法、加权平均法、模糊分布法. 由于最大隶属度法仅考虑了最大评判指标的贡献，舍 去其它指标所提供的信息，这是很可惜的，因而工程中经常采用加权平均法. 在采用加 权平均法之前，首先我们要对评价集数量化，也就是给每种评价结果以一定的数字 化，如前所述，最好取5分，较好取4分，较差取3分，最差取2 分，然后采用下式求得 评判对象的得分值 5 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 6 / 990 6 2 3. h t m （第 4／6 页）2 0 10 -3-2 3 15 59 0 5 中国矿业大学学报990 6 2 3 式中V为评判对象的最终得分值；Vi为对应于评价集各种情况的数字化量. 在得到评判对象的得分值以后，对照前面2 . 3可靠度等级5分制划分，就可以得到评 判对象最终属于哪一级可靠度. 这样在经过上述一系列过程之后，我们就可以得到专家对锈蚀混凝土构件在综合 各种因素情况下的总体评判结果. 3 评价实例 选用3根梁L1，L2，L3为研究对象，L1为无锈蚀钢筋砼梁，L2，L3为发生不同锈蚀 程度的钢筋砼梁. 对其进行荷载挠度试验，其承载力、抗变形、开裂性能及破坏形 式均有所不同. 利用模糊数学方法对比3根梁进行评价，取承载力、变形、裂缝3因素权重分别为 a 1 0 . 7 ，a2 a3 0 . 15，以L1为基准，考虑锈蚀对梁性能的影响，对专家经验评定结果进 行统计分析，得到各梁的判断矩阵分别为 在得到判断矩阵后, 对锈蚀钢筋砼梁进行模糊评价 L1梁 B1 a 1, a2, a3 ‧R1 0 . 915, 0 . 0 8 5, 0 , 0 , 利用式（5）, L1梁得分V1 4. 9 ，属A 级； L2梁 B2 a 1, a2, a3 ‧R2 0 . 355, 0 . 43, 0 . 2 , 0 . 0 15 , L2梁得分V2 4. 12 5, 属B级； f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 6 / 990 6 2 3. h t m （第 5／6 页）2 0 10 -3-2 3 15 59 0 5 中国矿业大学学报990 6 2 3 L3梁 B3 a 1, a2, a3 ‧R3 0 , 0 . 2 15, 0 . 5, 0 . 2 8 5 , L3梁得分V3 2 . 93，属C级. 由此可知，梁L1，L2，L3的等级分别为A ，B，C，这与其它方法所得结果是一致 的，说明模糊评价锈蚀钢筋砼梁可靠度是可行的. 4 结论 本文以规程和标准为依据提出利用模糊数学方法对锈蚀钢筋混凝土构件 可靠度进行评价. 该方法在基础试验基础上，集众专家丰富的专业知识为一体，采用合 理的分析数学方法对所得数据进行处理而得可靠度的评价. 因该方法综合诸多影响因 素，且考虑各种影响因素程度的轻重，符合现行规范中对可靠度评价的原理，而且一 旦建立起专家知识库，即可在实际中广泛应用，故该方法是一种简便易行、可靠的方 法，对建筑物的改造和加固工程具有指导意义. 该方法的缺点是目前对锈蚀构件性能没 有达到统一认识，易受人为因素的影响. 作者简介贾福萍，女，197 4年生，工学硕士，助教 作者单位贾福萍 蔡跃 （中国矿业大学建筑工程学院 江苏徐州 2 2 10 0 8 ） 参考文献 1 冶金工业部. 钢铁工业建（构）筑物可靠性鉴定规程YBJ2 19-8 9. 北京冶金工业出 版社，1990 2 陈三行，赵丕华，林志伸等. 工业厂房可靠性鉴定标准G BJ144-90 . 北京中国建筑 工业出版社，1990 3 朱儒楷. 高等工程数学. 徐州中国矿业大学出版社，1993. 2 2 4～2 38 4 浦聿修，王术霖，姚继涛. 钢筋混凝土构件可靠性的综合评定. 西安建筑科技大学 学报，1997 ，2 9（4）37 3～37 5 收稿日期1999－0 5－2 5 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 6 / 990 6 2 3. h t m （第 6 ／6 页）2 0 10 -3-2 3 15 59 0 5