工程技术大学学报

风险矩阵评估方法研究与工程应用综述

阮欣，尹志逸，陈艾荣

摘要：目的：风险矩阵评估方法概念清晰、使用方便、评估结果简洁易懂，在许多国家或地区相关部门的规范和标准中得到了应用，但由于该方法不能采用试验反馈的形式对评估结果进行验证，其可靠性和有效性一直饱受质疑。本文基于国内外相关文献的综述，从工程应用的角度对风险矩阵评估方法进行总结，明确其数学模型、评价指标等几个基本理论问题，并探讨提高评估方法有效性的可能方向。方法：通过探讨投资组合理论中的协方差矩阵与风险评估矩阵的相似性，确立了风险评估矩阵的形式特点与风险态度相关性。在常见风险矩阵的形式基础上，建立了矩阵的分级函数数学模型。从探讨风险矩阵在逻辑兼容性方面存在的缺陷出发，定义了风险评估不稳定性，即由于评估者认知局限性、评估工具的不合理性等导致的矛盾、模糊甚至错误的评估结果。由此，借助于风险矩阵的数学模型，对风险识别、风险分析以及风险评价阶段可能出现的不稳定性问题进行阐述，并在此基础上提出对应的风险矩阵改进措施。结果：风险识别与分析阶段的不稳定性主要由于项目评估人员的主观偏差与认知不完备性造成，在任何风险评估方法种均可能存在。目前，由风险矩阵自身原因造成的不稳定主要集中在风险评价阶段，主要包括：（1）风险矩阵构建过程引发的不稳定性，这是由于风险 矩阵没有统一构建标准，构建过程无法反应决策者的真实意愿。在风险矩阵评估方法的工程应用中，受风险管理人员的认知局限性等因素影响，风险矩阵的构建存在非常大的主观性和随机性，同一工程项目中不同专家可能得到不同矩阵，导致矛盾的评估结果，造成评估不稳定性。（2）风险结的存在造成的不稳定性，风险结是指处于同一等级具有基本相同的属性还可以继续细分的风险模块，采用风险评估矩阵方法评价多风险事态时，会使得不同的风险事态归于同一等级的风险评价结果，这是矩阵对连续的风险概率值与损失值进行离散化归类带来的不可避免的问题，是评价方法自身的固有问题。（3）风险矩阵评价形式引起的不稳定性，风险矩阵离散的等级形式对对存在量级差别的极大值与较大值、极小值与较小值无法进行合理区分，这在应对工程中常见的小概率、高损失的风险场景时较为不利，造成这一现象的原因是基于风险损失期望的评估方法与风险矩阵评估方法对“风险值”的理解与表达不同，而风险评估实质上是一个与评估标准密切相关的管理过程，采用风险矩阵评估方法意味着接受该方法对风险的理解，比较其与风险损失期望结果之间的差异并无实质意义。结论：风险矩阵评估方法作为一种易于执行、输出结果明确的评估方法，在工程应用中优势十分明显。相较于定量风险评估决策方法，风险矩阵评估方法凭借其模糊且有依据的判断，往往可以得出更有说服力和工程实用价值的决策方案。针对风险矩阵评估方法存在的不稳定性问题，可以在风险矩阵构建过程中，融入效用理论以对决策者风险态度进行描述，使得风险矩阵评估方法辅助的决策过程更具工程针对性。

来源出版物：同济大学学报自然科学版, 2013, 41(3):381-385

入选年份：2017

可更换连梁保险丝抗震性能试验研究

吕西林，陈云，蒋欢军

摘要：目的：连梁是联肢剪力墙结构中重要的耗能构件。传统的钢筋混凝土连梁通常由于跨高比较小，形成塑性铰耗能模式较难实现。更重要的是，连梁破坏后修复或更换非常困难，代价昂贵。近年来，国内外的部分学者提出了可更换连梁的概念即在连梁的跨中设置一个耗能构件，称之为保险丝，通过保险丝的塑性变形耗散能量，而且在地震后对连梁的保险丝部分进行更换比较方便。鉴于连梁的保险丝对连梁的耗能有着决定性的作用，提出了3种不同类型的连梁保险丝并对其抗震性能进行了详细的试验研究，为其工程应用提供了参考。方法：提出的3种不同类型的连梁保险丝分别介绍如下。（1）普通工字型钢，腹板开有菱形孔，称为保险丝1。腹板开菱形孔是为了使腹板能够大部分屈服耗能，增强保险丝的耗能能力，合理的屈服顺序是最弱的截面先屈服，通过材料的强度硬化，达到腹板大部屈服的目的。这类保险丝一般设计为剪切屈服耗能构件。（2）双层腹板的工字型钢，腹板和翼缘组成的箱型截面内部灌铅，称为保险丝 2。这种保险丝类似于由工字型钢和铅剪切耗能器复合而成的构件。双层腹板和翼缘组成的空腔内灌铅有两个目的，其一是铅的剪切变形能够耗散一定能量，其二是铅能够在一定程度上阻止腹板的屈曲。这类保险丝也通常设计成剪切屈服耗能构件。（3）两根平行钢管，每根钢管内部灌铅，称为保险丝 3。两根平行设置的钢管之间没有腹杆连接，因此两根钢管分别抵抗相同的弯矩和剪力。这类保险丝可以设计成弯曲屈服和剪切屈服混合型耗能构件，可以通过钢管弯曲和铅的剪切耗能。铅的作用除了剪切耗能外，还能起到阻止钢管屈曲的作用。通过低周反复加载试验对这3种保险丝的抗震性能进行了全面研究，比较了3种保险丝的滞回性能、强度和刚度退化性能、耗能能力和疲劳性能。结果：研究结果表明：（1）从各方面的性能比较来看，保险丝 2（双层腹板内灌铅）的抗震性能最优，不仅滞回曲线稳定饱满，骨架曲线的下降段平缓，延性系数大，剪切变形能力强，而且耗能能力强，强度退化小，抗疲劳性能强，非常适合在可更换连梁中使用。（2）保险丝1在开裂前的性能非常好，不仅刚度和强度与保险丝2类似，而且在剪切位移角小于3.5%时其耗能性能最好，但是腹板开裂后其各方面性能下降较多。这表明在保险丝的腹板开菱形孔确实能够扩大腹板的屈服面积，增强保险丝的耗能能力，但要适当增大孔洞的夹角并采取有效措施减小开孔处的应力集中。（3）保险丝 3的承载力和刚度都远小于保险丝1和2，其绝对的剪切变形能力虽弱于保险丝1和2，但其延性系数较大，刚度退化最小，等效粘滞阻尼系数的最大值也高于保险丝1和2，最大的不足就是剪切变形能力较小，最大剪切角能够达到4.9%，而且过了峰值荷载后破坏较快。根据其破坏主要是由于根部的应力较大和焊接残余应力引起的，建议适当加强钢管根部的强度，并采取有效措施减小焊接残余应力的影响。结论：上述的3种可更换连梁保险丝各有特点，实际应用中可根据不同的结构型式、不同的连梁跨度进行优选，以充分发挥各自的优势。例如保险丝1可适用于剪切变形较小的连梁，能够充分发挥其在剪切变形较小时耗能能力较强的特点；保险丝2的综合性能最优，因此适用范围较广；保险丝3可应用于跨高比较大的可更换连梁，并可以设计成弯曲屈服型保险丝。

来源出版物：同济大学学报自然科学版, 2013, 41(9):1318-1325

入选年份：2017

基于云模型的地震区公路震害风险评估

贾兴利，许金良

摘要：目的：由于缺乏对路域地震风险的准确评估，导致公路路线方案不能很好地适应地震区环境，进而加剧了震时的破坏程度。本文从考虑公路路线方案选择、通过形式等宏观角度出发，借助地理信息系统技术平台，引入云模型理论，提出基于云模型-层次分析法的地震区公路震害风险评估赋权方法，建立地震区公路震害风险评估模型。方法：首先从地形地震风险因子、地震源风险因子、地质地震风险因子、植被地震风险因子等方面对影响地震区公路震害风险的因素进行辨识，并采用主成分分析法以及文献法确定峰值加速度、植被覆盖率、地层岩性和地表坡度作为主导标志。然后，为克服依靠主观经验确定因子权重的不足，建立基于云模型-层次分析法的地震区公路震害风险评估赋权方法，首先完成基于云模型标度的判断矩阵构建，利用九朵云模型来建立重要性决策标度，采用黄金分割法计算九朵云模型的熵和超熵，再利用浮动云的偏好集结进行两两重要性判断，根据前述决策方法建立邻层指标在云模型下两两重要性比较的判断矩阵。通过专家咨询打分，最终完成路遇地震风险评估模型的构建。结果：选取甘肃省陇南某高速公路为研究对象，根据评估模型得到该高速公路沿线震害风险指数在1.00～6.96之间，其中大部分区域风险指数处于5以下，路线起点南及东南为高峰值加速度、硬岩、大边坡坡度区域，风险指数接近7，属于高地震风险区；传统峡谷地区选择的沿溪线区域风险指数较高，相同峰值加速度情况下，因峡谷地区两岸岩性条件较差，震害综合风险指数相对其他区域更高；通过汶川地震震后实地调查验证，该高速公路沿线地震破坏严重程度与风险评估计算结果基本一致。结论：（1）以地震动峰值加速度、植被覆盖率、地层岩性和地表坡度作为震害风险评价因子，提出云模型层次分析法的公路震害风险评估赋权方法，建立了公路震害风险评估模型，表征了公路沿线区域潜在的地震风险状态。（2）引进云模型理论，改进传统层次分析法的不足，利用云模型的集结算法可以将多人决策的赋值全部带入到计算公式中，克服了依靠主观经验确定因子权重的不足，提高了公路震害风险评估的客观性和可靠性。（3）运用基于云模型的公路震害风险评估方法，可以准确地评估公路沿线区域的地震风险，实现了地震风险的量化转换，为公路路线方案选择、构造物布置、路线通过形式等建设方案的决策提供了数据支撑。

来源出版物：同济大学学报自然科学版, 2014, 42(9):1352-1358

入选年份：2017