CN116227913A - 基于ahp-熵权法的大跨度桥梁结构裂化风险评价系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于AHP‑熵权法的大跨度桥梁结构裂化风险评价系统及方法，涉及混凝土工程裂化评价领域，包括起裂判识单元，完整识别、归纳桥梁工程开裂的裂化风险因素指标；权重确定单元，确定各裂化风险因素指标权重；服役评估单元，对桥梁结构进行工程服役安全评定，并展示结果。本发明可以实现对建设及在役运营桥梁结构的开裂进行准确的风险评价。

Description

基于AHP-熵权法的大跨度桥梁结构裂化风险评价系统及方法

技术领域

本发明涉及混凝土工程裂化评价领域，具体涉及一种基于AHP-熵权法的大跨度桥梁结构裂化风险评价系统及方法。

背景技术

随着桥梁、道路工程逐渐增多，对于其混凝土结构的安全服役性能要求也随之提高。但是，伴随着材料性能及不良环境因素影响，使得混凝土结构往往出现开裂，影响结构稳定性，对人民生命财产安全造成严重损失。

现有技术1涉及一种混凝土开裂风险评价指数的测定方法，包括对混凝土早期收缩开裂特性的测定，其具体过程是首先在同一环境中同步进行混凝土早期收缩开裂特性的测定和蒸发量的测定，再对数据进行处理后得出结合两个测定结果的混凝土开裂风险的评价指数。

现有技术2涉及一种水泥混凝土道面板边隐蔽式注浆及脱空风险评价方法。其包括确定注浆区域、形成隐蔽钻孔、在隐蔽钻孔内注浆并标记、封堵隐蔽钻孔、获得脱空区域的最大包络面积、确定最大注浆深度、得到实际注浆量、得到单位面积的注浆深度、得到脱空威胁指数、评价注浆区域的脱空风险性等步骤。

然而，现有技术所采用的的评估方法操作较为复杂，且评估效果针对大跨度桥梁结构并不理想。因此，需要提供一种能够加强工程结构混凝土施工管理，并在全生命周期阶段采取科学有效的风险评价系统及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于AHP-熵权法的大跨度机制砂混凝土桥梁结构裂化风险评价系统及方法，用以实现科学有效的桥梁裂化风险评估。本发明涉及一种基于AHP-熵权法的大跨度桥梁结构裂化风险评价系统，包括起裂判识模块；裂化因素权重模块；服役评估模块。本发明可以实现对建设及在役运营桥梁结构的开裂进行准确的风险评价。

根据本案发明技术方案第一方面，提供一种基于AHP-熵权法的大跨度机制砂混凝土桥梁结构裂化风险评价方法，包括：

S1起裂判识步骤，完整识别、归纳桥梁工程开裂的裂化风险因素指标；

S2权重确定步骤，确定各裂化风险因素指标权重；

S3服役评估步骤，对桥梁结构进行工程服役安全评定，并展示结果。

进一步地，所述S1起裂判识步骤具体包括：

S11根据层次分析法构建桥梁裂化的风险评价指标体系；

S12根据所述风险评价指标体系构建桥梁工程开裂的裂化风险因素指标集。

进一步地，所述S11中，所述风险评价指标体系为阶梯化结构，包括上、中、下3层结构，上、中、下三层各自的元素对其下层的元素起决定性作用，并同时支撑上一层次的元素。

进一步地，所述S2权重确定步骤具体包括：

S21采用AHP确定裂化风险因素指标的主观权重；

S22采用熵权法确定裂化风险因素指标的客观权重；

S23根据裂化风险因素指标的主观权重和客观权重确定综合权重模型。

进一步地，所述S21具体包括：

S211构造判断矩阵；

S212对构造的所述判断矩阵中数据进行处理，运用列和归一法求取裂化风险因素指标的相对权重值，计算主观权重向量。

进一步地，所述S212具体包括：将所述判断矩阵的每一列归一化，之后对每列矩阵分别按行求和，再对向量进行正规化。

进一步地，所述S22具体包括：

S221建立n个样本m个裂化风险因素指标判断矩阵；

S222将判断矩阵归一化处理，得到归一化矩阵；

S223根据所述归一化矩阵计算裂化风险因素指标的信息熵；

S224计算该裂化风险因素指标的熵权，即客观权重。

进一步地，所述S23中，所述综合权重模型具体为：

W＝αW_AHP+(1-α)W_熵权法

其中，α为权重折衷系数，W_AHP为裂化风险因素指标的主观权重，W_熵权法为裂化风险因素指标的客观权重。

进一步地，所述S3具体包括：根据确定权重的裂化风险因素指标体系、综合权重模型和数值模拟的工程仿真模型，对桥梁结构进行工程服役安全评定，并展示结果。

根据本案发明技术方案第二方面，提供一种基于AHP-熵权法的大跨度机制砂混凝土桥梁结构裂化风险评价系统，包括：

起裂判识单元，用以完整识别、归纳桥梁工程开裂的裂化风险因素指标；

权重确定单元，用以确定各裂化风险因素指标权重；

服役评估单元，用以对桥梁结构进行工程服役安全评定，并展示结果。

本发明的有益效果：本发明技术方案中采用AHP确定裂化风险因素指标的主观权重，并采用熵权法确定裂化风险因素指标的客观权重，最终确定裂化风险因素指标的综合权重，使得对于裂化风险因素指标的权重赋予更精确并贴合实际，确保能够加强工程结构混凝土施工管理，并在全生命周期阶段采取科学有效的风险评价。

附图说明

图1示出根据本发明技术方案的基于AHP-熵权法的大跨度机制砂混凝土桥梁结构裂化风险评价系统的整体结构组成示意图；

图2示出对桥梁构件裂化产生影响的因素示意图；

图3示出工程服役评估体系的各项指标体系示意图。

具体实施方式

下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。

图1为根据本发明技术方案的基于AHP-熵权法的大跨度机制砂混凝土桥梁结构裂化风险评价系统的整体结构组成示意图，相应的三部分组成示意图。包括：

起裂判识单元，用以完整识别、归纳桥梁工程开裂的裂化风险因素指标；

权重确定单元，用以确定各裂化风险因素指标权重；

服役评估单元，用以对桥梁结构进行工程服役安全评定，并展示结果。

图2为对桥梁构件裂化产生影响的因素总结并进行分类介绍，以下的各种因素都能够直接或者间接的影响桥梁构件的性能进而产生裂化。图3为工程服役评估体系的各项指标，评价体系由以下指标组成并占有不同的权重，对评价占有大小不同的量化影响。对以下单项的评价指标进行综合判断后得出整个工程服役的评价。

根据本发明的基于AHP-熵权法的大跨度桥梁机制砂混凝土结构裂化风险评价方法，包括以下步骤：

步骤s1：构建桥梁裂化的风险评价体系，确定检测指标体系。此指标体系是根据层次分析法构建的(层次分析法是指一种将目标定性和定量分析有机结合并进行分析决策的多层次目标数据分析处理方法)，构建阶梯化结构，本风险评价体系包括上、中、下3层结构，上、中、下三层各自的元素对其下层的元素起决定性作用，并同时支撑上一层次的元素。

根据评估指标体系构建因素集。即：

M 11＝{M 111,M 112}＝{设计车速，桥隧比}

M 12＝{M 121,M 122,M 123}＝{车流量，危化品车辆比重，车型组成}

M 21＝{M 211,M 212,M 213}＝{敏感区位置关系，环境敏感区种类，敏感路段比重}

M 31＝{M 311,M 312}＝{预案的编制及备案，应急人员组织}

M 32＝{M 321,M 322}＝{实时监控，应急物资}

步骤s2：采用层次分析法确定各因素的权重；

采用AHP确定裂化风险的主观权重，具体为：

(1)采用9标度法构造判断矩阵；

判断矩阵如下所示：

指标	M1	M2	M3
				M1	M11	M12	M13
M2	M21	M22	M23
				M3	M31	M32	M33

即一级指标的判断矩阵为：

(2)对构造的判断矩阵中数据进行处理，运用列和归一法求取评价因素的相对权重值，计算权重向量近似值；即将原始判断矩阵的每一列归一化，之后对每列矩阵分别按行求和，再对向量进行正规化。

算式中w为权重向量的意思，b为矩阵中相应每个数字，b的下标表示b在矩阵中相应位置坐标，n为矩阵中含有数字的个数。

将上式计算的权重向量近似值归一化，得到风险评价因素权重向量；

算式中w为权重向量的意思，b为矩阵中相应每个数字，b的下标表示b在矩阵中相应位置坐标，n为矩阵中含有数字的个数。

最后即可得出权重向量如下：W＝(W₁，W₂，W₃)^T。

可选地，对构造出的判断矩阵作出一致性检验，计算最大特征值λ_max和计算一致性指标CR；

最大的特征值λ_max根据数学中矩阵计算规则计算，CR的计算公式为：

式中n为矩阵的阶数，RI为随机一致性指标，由以下表中查询确定：

n	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
											RI	0.00	0.00	0.58	0.90	1.12	1.24	1.32	1.41	1.45	1.49

可选地，可以根据预设权重，计算风险因素的权重值。

采用熵权法确定裂化风险的客观权重，具体为：

(1)建立n个样本m个评价指标判断矩阵R＝(x_ij)_nm(i＝1,2,…,n；j＝1(1,2,…,m)

(2)将判断矩阵归一化处理，得到归一化矩阵Y＝(y_ij)_nm

其中，x_ij为第i个样本第j个评估指标测度值；y_ij为矩阵Y第i行第j列的元素；x_min，x_max分别为同一指标下不同样本中的最大值和最小值。

(3)计算第j个评价指标的信息熵

其中，

(4)计算评价指标的熵权

其中，

由此，综合权重模型，具体为：W＝αW_AHP+(1-α)W_熵权法

其中，α为权重折衷系数，α愈大，表明AHP确定的权重对于综合权重的影响越大；反之，则表示熵权法确定的权重对综合权重的影响大。

这里，关于服役评估值确定模型，其具体为：

R＝1-O₁·O₂

式中，R为服役评估值，O₁为桥梁构件失效可能性，O₂为桥梁构件失效后果，Q为加权集合，B为失效可能性模糊综合评价，B’为失效后果模糊综合评价。

服役评估值确定模型用于最后的评价用途，计算出R值：服役评估值。其中小写的b、q的定义跟大写的B、Q定义相同，小写代表具体相应集合中每一个指标，大写代表集合。

综上，本发明涉及一种基于AHP-熵权法的大跨度机制砂混凝土桥梁结构裂化风险评价系统，包括起裂判识模块，用以完整识别、归纳桥梁工程开裂的机理因素；裂化因素权重模块，用以确定各影响因素权重；服役评估模块，考虑到混凝土的带裂缝工作能力，对桥梁结构进行工程服役安全评定，并将结果直观显示。本发明可以实现对大跨度桥梁结构有效准确的裂化风险评估。

本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (10)

1.一种基于AHP-熵权法的大跨度桥梁结构裂化风险评价方法，其特征在于，包括：

S1起裂判识步骤，完整识别、归纳桥梁工程开裂的裂化风险因素指标；

S2权重确定步骤，确定各裂化风险因素指标权重；

S3服役评估步骤，对桥梁结构进行工程服役安全评定，并展示结果。

2.根据权利要求1所述的基于AHP-熵权法的大跨度桥梁结构裂化风险评价方法，其特征在于，所述S1起裂判识步骤具体包括：

S11根据层次分析法构建桥梁裂化的风险评价指标体系；

S12根据所述风险评价指标体系构建桥梁工程开裂的裂化风险因素指标集。

3.根据权利要求2所述的基于AHP-熵权法的大跨度桥梁结构裂化风险评价方法，其特征在于，所述S11中，所述风险评价指标体系为阶梯化结构，包括上、中、下3层结构，上、中、下三层各自的元素对其下层的元素起决定性作用，并同时支撑上一层次的元素。

4.根据权利要求1所述的基于AHP-熵权法的大跨度桥梁结构裂化风险评价方法，其特征在于，所述S2权重确定步骤具体包括：

S21采用AHP确定裂化风险因素指标的主观权重；

S22采用熵权法确定裂化风险因素指标的客观权重；

S23根据裂化风险因素指标的主观权重和客观权重确定综合权重模型。

5.根据权利要求4所述的基于AHP-熵权法的大跨度桥梁结构裂化风险评价方法，其特征在于，所述S21具体包括：

S211构造判断矩阵；

S212对构造的所述判断矩阵中数据进行处理，运用列和归一法求取裂化风险因素指标的相对权重值，计算主观权重向量。

6.根据权利要求5所述的基于AHP-熵权法的大跨度桥梁结构裂化风险评价方法，其特征在于，所述S212具体包括：将所述判断矩阵的每一列归一化，之后对每列矩阵分别按行求和，再对向量进行正规化。

7.根据权利要求4所述的基于AHP-熵权法的大跨度桥梁结构裂化风险评价方法，其特征在于，所述S22具体包括：

S221建立n个样本m个裂化风险因素指标判断矩阵；

S222将判断矩阵归一化处理，得到归一化矩阵；

S223根据所述归一化矩阵计算裂化风险因素指标的信息熵；

S224计算该裂化风险因素指标的熵权，即客观权重。

8.根据权利要求4所述的基于AHP-熵权法的大跨度桥梁结构裂化风险评价方法，其特征在于，所述S23中，所述综合权重模型具体为：

W＝αW_AHP+(1-α)W熵权法

其中，α为权重折衷系数，W_AHP为裂化风险因素指标的主观权重，W熵权法为裂化风险因素指标的客观权重。

9.根据权利要求1所述的基于AHP-熵权法的大跨度桥梁结构裂化风险评价方法，其特征在于，所述S3具体包括：根据确定权重的裂化风险因素指标体系、综合权重模型和数值模拟的工程仿真模型，对桥梁结构进行工程服役安全评定，并展示结果。

10.一种基于AHP-熵权法的大跨度桥梁结构裂化风险评价系统，其特征在于，所述评价系统基于权利要求1至9中任一项所述的评价方法进行操作，所述评价系统包括：

起裂判识单元，用以完整识别、归纳桥梁工程开裂的裂化风险因素指标；

权重确定单元，用以确定各裂化风险因素指标权重；

服役评估单元，用以对桥梁结构进行工程服役安全评定，并展示结果。

Images