钢管混凝土拱桥安全综合评价的属性识别模型.pdf
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1、2 0 1 1 年 第 9期 (总 第 2 6 3 期 ) Nu mb e r 9 i n2 0 1 1 ( T o t a l No 2 6 3 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 THE0RETI CAL RES EARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 9 0 1 2 钢管混凝土拱桥安全综合评价的属性识别模型 宋新 力 ( 河南省交通运输厅 京珠高速公路新乡至郑州管理处,河南 郑州 4 5 0 0 4 7 ) 摘要: 从影响钢管混凝土拱桥安全性的承载能力、 承重构件损伤以及外观损伤等 3
2、个主要方面进行考虑, 分别建立属性识别模型, 采 用现场实测数据评价结果作为模型训练和检验样本 , 对其进行学习训练, 获取专家的经验知识和直觉思维, 建立输入与输出的映射关系。 通过识别得到桥梁承载能力、 承重构件损伤、 外观损伤以及成桥状态下最终的安全性信息。 以一实际桥为例进行工程实例分析, 分析结果 表明, 该方法较好地反映了钢管混凝土拱桥结构的安全性状况。 关键词: 桥梁工程;钢管混凝土拱桥;安全性评价;属性识别模型 中图分类号 : T U5 2 8 5 9 文献标志码 : A 文章编号: 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 9 0 0 4 0 0 4 At
3、t r i bu t e r e c ogni t i on model f o r s a f e t y e va l u a t i on o f c onc r e t e f i l l e d s t ee l t u be a r c h br i dge SONG 抽一 J ( Be ij i n g Z h u h a i E x p r e s s w a y i n H e n a n P r o v i n c e D e p a r t me n t o f T r a n s p o r t a t i o n Ma n a g e me n t Offic e o
4、 f He n a n X i n x i a n g t o Z h e n g z h o u Z h e n g z h o u 4 5 0 0 4 7 , C h i n a ) A b s t r a c t : I n o r d e r t O g a i n t h e r e s u lt o f the s a f e t y a s s e s s me n t o f C F S T a r c h b ri d g e , b a s e d o n t h e t r a d i t i o n a l s a f e ty e v a l u a t i o n
5、me t h o d s , a At t r i b u t e Re c o g n i t i o n Mo d e l , a s a f e t y e v a l u a t i o n me t h o d wa s p r e s e n t e d Wi th c o n s i d e r a t i o n o f s e v e r a l k e y f a c t o r s w h i c h a ff e c t the w h o l e s a f e ty s t a t e s uc h a s l o a d b e a ri n g c a p a
6、b i l i t y, d a m a g e o f be a ri n g c o mpo ne n t a n d d am a g e d s t a t e o f a p pe a r a n c e, At t r i b u t e Re c o gn i t i o n M o d e l s we r e b u i l t a n d t r a i n e d b y c h e c ki n g s am pl e s g a i n e d f r o m t h e d a t a me a s u r e d o n t h e s p o t Th e n
7、t h e e x p e rie n c e a n d i n s t i n c t tho u g h t o f e x pe ls we r e g a i n e d a n d t h e h i g h l y n o n l i n e ar ma p ping r e l ati o ns h i p b e t we e n t h e i n p u t an d o u tpu t f a c t o r s wa s e s t a bl i s h e dFina l l y, t h e wh o l e s a f e t y e v a l u a t i
8、 o n o fl o a d b e a rin g c a p a b i l i ty, d a ma g e o f b e a ri n g c o mp o n e n t , d a ma g e d s t a t e o f a p p e ara n c e an d c o mp l e t e d s t a t e o f a r c h b r i a g e we r e g o a e n b y t h e me t h o d o f s i mu l a t i o nTh e r e s u l t o f s a f e t y e v a l u a
9、 t i o n o n e p r a c t i c a l Brid g e s h o ws t h a t t h e a p p r o a c h i s h i g h l y p o t e n t i a l a n d p r a c t i c a l t o e v a l ua t e t h e s a f e t y o f l o n g s pa n c o n c r e t e fi l l e d s t e e l t ub e a r c h b rid g e K e y wo r d s : b ri d g e e n g i n e e g
10、 ; C F s T a r c h b ri d g e ; s a f e ty a s s e s s me n t ; a t t r i b u t e r e c o gn i t i o n mo d e l 0 引言 自2 0世纪 8 0年代以来 , 国内外学者在桥梁的安全性评价 方面作了大量的研究, 提出了众多安全陆评价方法。 如外观调查 评定法、 内力验算评定法、 荷载试验法 、 专家系统评定方法、 基 于可靠度理论评定法、 承载力的计算机有限元模拟评定法、 神经 网络法与模糊神经网络法等。 然而, 由于桥梁结构是一个复杂的 结构体系, 存在着诸多不确定性因素 , 使得上述
11、各评价方法也 相应地存在着许多不足之处【 I _ 3 。 而人工神经网络因其自身较强 的适应性、 精确性 、 鲁棒性及高度的概括能力 , 能动态地 、 自适 应地从众多已完工程中提取有用信息, 进行预测 , 辅助决策, 有 效地改善了桥梁安全性评价过程和结果 , 在 B P 、 S V M等职能算 法的基础上逐步发展起来的桥梁评价技术、 桥梁评价计算模型 , 为桥梁评价工作提供了较好的思路。 近年来 , 在桥梁安全性评价 领域中应用较多的网络模型是 B P神经网络。 然而, B P神经网 络有其 自身固有的缺陷, 如学习速度慢, 容易陷入局部最小点, 隐层节点数的选取无理想的规则可循 , 从而
12、导致无法确定合适 的网络拓扑结构等。 实践中有大量的问题是综合评价问题, 这些问题都可归结 收稿 日期 :2 0 1 1 _ J 0 3 一 O 1 4 0 为对定性描述的度量问题 , 模糊数学、 可拓学等理论为解决这 类问题提供了方法和理论依据, 但每一种理论都有其局限性, 为 了更加客观 、 实用地解决现实社会中的诸多实际问题 , 程乾生 教授创立了属性数学理论 , 主要讨论定性描述的度量问题和 不 同的定性 描述之 间的关 系 , 该 理论 已在人 工智能 、 质量评价 等方面具有重要的理论意义和实际应用价值。 属性集和属性测 度是属性数学的理论基础, 在属性集、 属性测度空间和有序分
13、割类的基础上, 提出了属性识别的准则、 理论模型和应用。 钢管混凝土拱桥安全性评价为一个综合系统, 该系统的输 入为钢管混凝土拱桥安全性评价状况的 m个指标的测量值 , 系 统的输出为某一评价类别安全情况的判别或预测, 该系统可分 为 3 个子系统 : 单指标属性测度分析 、 多指标综合属性测度分 析和属性识别分析等。 1 钢管混凝土拱桥安全性评价的属性识别模型 1 1 分类标准矩阵 待评价的 n个钢管混凝土拱桥 构成的论域 协 , , ) 称作评价对象空间; 每个评价对象具有 种可以 测量的指标 , 】 , , , m , 令 , = = , l l , 2 , , , m , 称 , 为评
14、价指标空 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 间; 表示第 个对象 麓关于第 种评价指标 的观测值。 观测 值 可以具体求出来 , 故观测值矩阵: ( 粕) 一 ( 1 ) 是已知的。 该矩阵的第 i 行表示第 i 个研究对象关于 m种评价 指标的观测值 , 1 , 2 , , n ; 第 0 表示各对象关于 评价指标 的观测值, 户1 , 2 , m。 要研究钢管混凝土拱桥 具有某种性质( 或状态) 的程度 , 这种性质或状态情况记作 F , 称 F是性质空间, , , , 是 F的一种划分, 特别是当 ( 卢1 , 2 , , k - 1 ) ( 或 水 。 )
15、 时称 , , , 为 F的一种正( 或逆) 序划分, 正序化分或逆序划 分统称为有序划分。 并且由划分 , , , 容易生成 F上的 代数 E, 故给定性质空间 F的一种划分后 , 则 F上的 代数 E, 或说可测空间( F, E ) 均是已知的。 其中某钢管混凝土拱桥 产( i = 1 , 2, , n ) , 关于评价指标 f ( i = l , 2 , , m) 的观测值 的分类标准已知, 设分类标准矩阵为: , 1 A=, 2 : F 2 a l i n1 2 a2 1 : : 0 I k k : , m l I n 2 q = ( ) 。 f 2) 其中, 吼表示某评价钢管混凝土拱
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