基于物元模型的高层钢架结构安全评价方法研究

李泽艳，莫海林，何伟

摘 要：与超高层钢架结构设计相比，现役超高层建筑钢架结构的安全度评估非常重要。本文提出一种物元模型评价方法，以某地区40m高压电线塔为例进行评估，验证该方法的實用性。

关键词：钢架结构；模糊；层次分析；安全评价

前言

高层钢架结构建筑在使用一段时间以后，由于各种因素的影响，会产生一定程度的损伤和缺陷。高层钢架结构的承载能力和安全性对国家和人们的安全生产有极大的影响，如何有效评估现役超高层工程钢架结构安全性至关重要，但目前采用某一指标或采用结构可靠度来评估高层工程钢架结构安全性还存在很大困难，因此，拟采取模糊层次分析方法对现役高层工程钢架结构的安全度进行评和研究，为了验证该方法的有效性，在研究过程中以某地区40m高压电线塔为例进行评估。

1 结构检测及数据收集

对现役40m高压电线塔工程钢架的结构参数及有关其工作状态的信息可以用检测的办法获得。为了能使结构安全度的评估切实有效，必须充分了解该40m高压电线塔工程钢架结构的历史和目前现状，收集和检测以下几方面数据和资料：

（1）历史数据。历史数据采集包括该40m高压电线塔工程钢架结构设计强度极限和许用应力两个参数。

（2）现场测量数据。现场测量数据包括该40m高压电线塔工程钢架结构现有强度极限、许用应力、支座沉陷、整体弯曲程度参数。

（3）环境数据。环境数据包括环境平均温度、海拔高度、腐蚀性气体三个参数。

2 钢架结构状态评估指标体系建立

由于高层钢架结构安全状态评价指标信息众多，所以从众多的指标信息中选择出评价方法所用的评价指标，使其成为重要有用且实际可操作的指标成为关键。因此，为了使物元评估方法所用评估指标能够全面和真实地反映出40m高压电线塔工程钢架结构的实际状态，参考我国钢结构相关设计和安装内容所规定的试验指标，再综合考虑钢架结构状态评估过程中所用指标的实际可操作性，本文从设计数据、加工与安装数据、测量数据、环境因素、检维修记录五个方面选择状态参量，建立高层钢架结构实际状态评价指标体系，如表1所示。

3 物元评估模型

3.1 钢架架构状态物元模型

根据表1评价高层钢架结构状态的各个性能指标特性，物元模型中高层钢架结构状态性能指标集为C={设计数据、加工与安装数据、测量数据、环境因素、检维修记录}，建立高层钢架结构运行状态物元模型，如公式（1）所示。

（1）

3.2 性能指标的关联度函数

在钢架机构状态物元模型中，论域中的物元M1～M5中各特征元素达到各自所评价的程度数值采用关联度函数进行度量，目的是为了尽量降低主观评价而发生的偏差，使评价结果更准确。由X0=[？琢，？茁]和其发生质变区间X=[c，d]确定关联度函数中特征元素量值的取值范围，则其状态各指标在取值范围右端的关联度函数，如公式（2）所示。

（2）

3.3 性能指标权重和优度确定

假设对该40m高压电线塔工程钢架结构状态量进行m次测量，且要评估测量的指标为n个，其构成判断数据矩阵Xij，则有：

（3）

（4）

由式（3）和式（4）最终得出该40m高压电线塔工程钢架结构状态等级。状态等级的确定可依据表3判断。

4 结论

利用物元理论多指标最优实现特征信息被转换为关联度函数，然后根据物元理论建立高层钢架结构状态物元模型，并确定各性能指标的影响权重，利用优度评价法计算出评估结果，以实现对高层钢架结构状态客观、全面的评价。

参考文献

[1]郑和祥，李和，郭克贞，等.基于信息熵和模糊物元模型的牧区节水灌溉项目后评价[J].水力学报，2013，43（1）：57-65.

[2]王其磊，李本利，贾春雷，等.基于熵权与模糊物元模型的超高层建筑消防安全可靠性评价[J].建筑科学，2016，10（3）：92-94.

作者简介：李泽艳（1978，11-），男，工程师，甘肃会宁人，青海西矿杭萧钢构有限公司，从事钢结构生产管理工作。