钢筋混凝土施工质量综合评价的模糊可变评价模型.pdf

2 0 1 1 年 第 8期 (总 第 2 6 2 期 ) N u mb e r 8 i n 2 0 1 1 ( T o t a l No 2 6 2 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THE0RE TI CAL RES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 1 0 8 0 1 5 钢筋混凝土施工质量综合评价的模糊可变评价模型 张颖红，黄中伟 ( 浙江工商大学 ，浙江 杭州 3 1 0 0 1 8 ) 摘 要 ： 将模糊 可变评价模型应用于钢筋混凝土施工质量评价研究 中 ， 建立 了钢筋混凝土施工质量评价的模糊可变评价模型。 选取模 板 工程 、 钢筋工程 、 混凝土工程 的施工质量为评价指标 ， 评价钢筋 混凝 土施工质量程度 。 研究表 明 ： 模糊 可变评价模型误判率低 ， 识别正确 率 达高 ， 是钢筋 混凝土 甑 工质量程度判别与分类 的一种有效方法 ， 可在钢筋混凝土施工质量程度的工程评价中应用。 关键词 ： 模糊可变评价模型；钢筋施工；混凝土质量 ； 评价指标 中图分类号： T U5 2 8 0 1 文献标 志码 ： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 8 0 0 4 5 0 3 E v a l u a t i n g q u a l it y mo d e l o f c o n c r e t e c o n s t r u c t i o n p r o j e c t u s i n g f u z z y v a r i a b l e e v a l u a t i o n mo d e l ZHANG Yi n g- h o n g， HUANG Zh o n g- we i ( T e c h n o l o g y a n d B u s i n e s s U n i v e r s i t y ， Ha n g z h o u 3 1 0 0 1 8 ， C h i n a ) Abs t r act： Ba s e d o n t he p rin c i p l e o ft h e mu l t i s ou r c e a n d f u z z y c h a r a c t e r i s t i c s e n g i n e e r i n g v a ria b l e fuz z y s e t t h e o r y， fuz z y v a r i a b l e e va l u a t i o n mo d e l f o r e v a l u a t i n g c o n c r e t e c o n s t r u c t i o n p r o j e c t q u a l i t y i s e s t a b l i s h e d T h r e e i n d e x e s i n c l u d i n g Co n c r e t e p r e p a r a t i o n , t r a n s p o r t a t i o n ， a n d c o n s t r u et c o n s e r v e ar e s e l e c t e d a s t h e f a c t o r s f 0 r s y n t h e t i c e v a l u a t i o n o f q u a l i t y o f c o n c r e t e c o n s t r u c t i o n p r o j e c t T h e g r a d e o f q u a l i t y o f c o n c r e t e c o n s t r u c t i o n p r o j e c t i s d i v i d e d i n t o f o u r g r a d e s T h e o p t i ma l i t y o f t h e p r o p o s e d mo d e l i s v e ri fi e d b y a c tu a l d a t a T h e s t u d y s h o w s tha t the a v e r a g e p r e d i c t i o n a c c u r a c y i s h i g h a n d c o u l d b e u s e d wi d e l y i n pr a c t i c a l e n g i n e e r i n g Ke ywor ds ： f u z z yv a r i a bl e e va l u ati o nmo d e l ； q u a l i ty o f r e i nf o r c e d； c o n c r e t e c o n s t r u c t i o n； e v a l u ati o ni n d e x 0 引言 钢筋混凝土作为结构材料应用是在 1 9世纪后半叶开始 的， 但很快在房屋建筑和土木工程中广泛应用 ， 而且在材料 、 设 计方法、 制作工艺、 施工技术等方面有很大发展。 目前 ， 钢筋混凝土已成为我国主要的结构材料 ， 所以在施 工中， 钢筋混凝土的质量已成为影响结构安全和耐久性的重要 问题 。 造成结构质量问题 的原因有多方 面， 归纳起来有 以下几个 方面即： 材料原因， 如选用的水 、 水泥、 砂 、 石 、 外加剂、 钢筋、 焊 条等不当， 或质量不符合要求等。 设计原因， 如设计安全度不足 ， 荷载选用不当， 结构布局与构造不合理， 计算有误等。 施工中的 原因， 如配料不准， 搅拌不匀 ， 运送时间过久， 浇筑不符合规范， 振捣不实 ， 模板变形， 跑浆， 过早拆模等。 环境的原因， 如冻害、 高温、 高热、 腐蚀介质作用 、 自然风化等。 在建 筑结构 中起 主要作用 ， 钢筋 混凝土工程 质量 的好 坏 ， 直接影响整个工程的质量与使用寿命 。 因此， 对钢筋混凝土 施工质量评价 ， 是工程施工管理工作的重要方面。 目前国内外 有关钢筋混凝土施工质量评价的方法 ， 有单因素预测 、 多因素 综合预测 、 定性分析 、 量化评价等。 而钢筋混凝土施工质量单 因素预测具有一定的局限性和片面性 ， 近年来发展来发展起 来多因素综合预测方法有模糊数学综合评判 、 灰色系统评价 法 、 支持向量基方法 、 以及人工神经网络等近现代方法。 这些 方法在钢筋混凝土施工质量评估过程 中起到了一定的作用 ， 但由于往往受人为因素的影响， 在实际预测过程中不好操作 ， 收稿 日期 ：2 0 1 1 _ J o 2 1 8 因此， 探讨钢筋混凝土施工质量多因素综合预测方法具有十分 重要 的意义。 模糊可变评价模型是在可变模糊集理论的基础上建立的， 可变模糊集理论是大连理工大学陈守煜教授于 2 0 0 5年提出 的， 以模糊理论为基础， 运用辩证唯物理论关于相对性、 差异性 的思想 ， 将隶属度与隶属函数作为一个可变量， 建立起的一种 以相对隶属度为基础的工程可变模糊集体理论方法。 本文将模 糊可变评价模型应用于钢筋混凝土施工质量评价研究中， 建立 了钢筋混凝土施工质量评价的模糊可变评价模型。 1 模糊 可变评价模 型 1 1 可变模糊集定义 可变模糊集合定义5 ： 设论域 U上的一个模糊概念 A， 对 U 中的任意元素 ( U U ) ， 对于相对隶属度函数的连续轴上任一 点 ， 对表示吸引性质 的相对隶属度为 ( u ) ， 对表示排斥性 质 A 的相对 隶属度为 c ( u ) ， 设 ： D ( “ ) = ( “ ) c ( L ) ( 1 ) 称 ， J ( ) 为 对 的相对差异度。 映射： f D A ：D一卜1 ， 1 【 l 一 ( “ ) 卜I ， 1 】 称 “为A对的相对差异度函数。 由模糊集的余集定义： ( 1“ ) c ( ) = 1 ( 3 ) 4 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 推 导 ： x A ( M ) = 1 + ， J A ( M ) 2 ( 4 ) 根据对立模糊集可得： = ( u ， D) I u D， D ( ) = ( M ) c ( “ ) ， D 一 1 ， 1 ) ( 5 ) + ： “ I “ U， “( “ ) c ( “ ) ) ( 6 ) A- u l u U， x A ( “ ) ( H ) 区间， = c ， 伽为包含 ( 。 CX) 的某一上下界范围域区 间， 为吸引域【 n ， 6 区间的中点值， 由模糊可变集合定义可知 c ， 。 与 6 ， d 均 为其 排斥 域 ， 即I Z A ( U ) t Z A c ( “ ) 区间。 、 、 M 的关 系如图 1 所示 。 C n M b d 图 1 点 M 与区间 ， X的位 置关系图 设 为实轴上任意点的量值， 根据 与吸引域 和范围域 的关系 ， 求相对差异度 D ( u ) 。 ( 1 ) 若 落入点 M左侧 ： D A( ( ) ； 。 ，g l D ( ) = 一 f 3C- CL 1 ； 【。 ， 叫 ( 2 ) 若 落入点 右侧 ( 9 ) ( 3 ) 若 不在范 围域 内 ： D A 【 , ) = 一 1 ； c ， d ( 1 1 ) D ( u ) 确定以后， 即可利用式( 4 ) 求相对隶属度 ( ) 。 1 3 模糊 可 变评 价模 型 设样本评价指标体系为 = ( r 2 ， ， r m ) ， 等级标准 c = ( c ， C ， ， c ) ， 为了得到样本对于各级别的综合相对隶属度 ， 应用 式 ( 1 2 ) 模糊可变评价模型计算公式 ， 计算综合相对隶属度 ： 1 I 1 - x ( u ) ) 1 + X A ( U ) r ( 1 2 ) 式中： i = 1 ， 2 ， ， m； =1 ， 2， ， n ； 样本关于级别 h的非归一化综合相对隶属度 ； W 指标权重； ( u Ih ) 样本指标 隶属于级别 h相对隶属度； r z 模型优化准则参数； P距离参数。 由于 a , p为可变参数 ， 因此该评价模型是可变的， 在研究 4 6 中 ， 取 参数 ： 1 ， p = l 此时为线性 评价模 型 ， 即模 糊综 合评估模 型 ； 取参数 ( z ： l ， p = 2 ， 此 时为非线性评价模型 ， 即理想点模型 ； 取 参数 a = 2 ， p = l ， 此时为一特殊非线性评价模型； 取参数 a = 2 ， p = 2 ， 此时为非线性评价模型， 即模糊优选模型 。 应用中通常对评价 对象进行上述线性与非线性组合评价， 以获得稳定性与可靠性 较高的评价结果。 利用式( 1 2 ) 计算 出综合相对隶属度之后 ， 用级别特征值 式 ( 1 3 ) 评价各样本的等级 ： 日= ( x h) ( 1 3) h=l 式中： h tX h h=l 1 4 权 重 系数 的确 定 采用熵原理求权重， 其理论依据在于， 指标的离散程度越 强 ， 熵值就越大； 反之， 熵值就越小。 岩质边坡地震稳定性评价 过程中包含大量模糊不确定信息， 因此熵值原理能够作为岩质 边坡地震稳定性评价的赋权方法 ， 应用于本文， 其主要计算步 骤如下 。 ( 1 ) 假设评价对象的评价指标 r 隶属于等级 h的相对隶属 度为 A 【 “ m ) ： 则指标的信息熵为： e i =一_ ( L ib ) In ( U ih ) ( 1 4 ) I nn=l 显然式 ( 1 4 ) 在 ( u ) = 0时 ， l n ( ) 无意 义 ， 因此 对 e ， 进 行修正， 修正后的信息熵定义为： 4 n e 一 ( U ih ) + 1 ( u ) + 1 ( 1 5 ) 1 i 3 n h ：1 ( 2 ) 定义第 i 个指标的差异因素： g i=1 一 e ( 1 6) ( 3 ) 计算第 i 个指标的权重： 昏 | 2 2 g i L 1 7 ) i = l 得指标体 系的权重 向量 ： ： ( 1 ， 0 3 2 ， ， ) ( 1 8 ) 2 模型应 用 2 1 评 价 因子选 取及 评价 指标 体 系 选取影响钢筋混凝土施工质量的主要因素模板工程施T 质量 、 钢筋工程施工质量及混凝土工程施工质量为评价 因子 。 模 板工程施T质量考虑的指标有支架系统失稳、 强度不足炸模、 模 板漏浆 、 拆模过早； 钢筋工程施工质量考虑的指标有 ： 钢筋保护 层过大或过小 、 钢筋锈蚀严重、 延伸率不合格 、 同一断面钢筋接 头过多 、 绑扎松扣或焊接虚焊或漏焊、 悬挑构件主筋放反或下 沉； ? 昆 凝土工程施工质量考虑的指标有： 混凝土配合比不准、 砂 石含水计量不准混凝土坍落度不符合要求 、 混凝土和易性不符 合要求 、 泵送混凝土输送配管不当或塞管 、 运输工具形成离析 现象、 运输工具吸水或漏浆 、 浇筑层太厚 、 振捣不均漏浆、 模板 支架变形、 养护强度不足。 并将钢筋混凝土工程质量分为级 I 级( G。 ) 、 I I I 级( G ) 、 I I I 级 ( G ) 、 V级( G ) 4个等级 ， 以建立钢筋混凝土工程质量综合评判 的 B a y e s 模型。 其中优级 ( I ) 对应 1 0 ， 良级( I I ) 对应 0 8 ， 中级 ( I I I ) 对应 0 6 ， 差级( I V) 对应 O 4 ) 。 评价指标分级采用文献 6 7 】 明 M j L 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 提供的未确知均值聚类等级判定方法。 2 2 评 价 结果 采用郑少瑛等嘲 的有代表性的 2 5个民用住宅工程项 目质 量历史数据( 详见表 1 ) ， 进行实证研究( 为便于数据处理， 通过 表 1 的数据， 建立判别模型， 求取判别函数的得分， 将其与判别 表 1 钢筋混凝土工程质量评价数据 上接第 4 4页 两种方 法下非常接近 ， 这也 正好验证 了徐世娘教授提 出的双 K 断裂理论 。 4结论 本研究主要根据应变片的测定对裂缝扩展长度进行了实 测和计算 ， 并对相应情况下的外荷载断裂韧度和黏聚韧度进行 了计算。 主要结论如下 ： ( 1 ) 采用全桥连接的应变片测定了扩展过程中的裂缝扩展长 度， 其测量方法简便易行且试验结果易于分析， 最大值点在荷载一 应变曲线上易于确定 。 对不同阶段的扩展过程进行了监测 ， 利用不 同阶段得到的P和C MO D的数值采用公式计算了裂缝扩展长度， 并与试验值进行比价较， 结果发现误差较小， 完全符合工程需要。 ( 2 ) 根据试验和计算公式得到的裂缝扩展长度分别计算了 外荷载断裂韧度和黏聚断裂韧度， 外荷载断裂韧度吻合的较好 ， 其最大误差小于 9 ， 黏聚断裂韧度的误差相对较大， 但平均误 差仍在工程范围允许内。 ( 3 ) 最大荷载处的值即为计算起裂韧度， 与对应方式下 1 号 应变片的荷载断裂韧度即试件的测量起裂韧度计算了差值， 发 现误差较小， 较好的吻合了双 K断裂理论。 结果一同列入表 1 。 按照第 1 节的方法进行评价， 将评价结果列 入表 1 。 可见该方法评估结果与期望结果相吻合， 说明该模型评 估正确率高 ， 能较好的评估混凝土的综合施工质量。 3结论 将 模板工程 、 钢 筋工程 、 混凝 土工程施工 质量作 为 3个判 别 因子 ， 结合工程 可变模糊 集理论与模 型 ， 采用未确 知均值 聚 类方法进行等级判定 ， 建立了钢筋混凝土施工质量评判的数学 模型， 为钢筋混凝土施工质量评价与分类提供数量化和定量化 的途径。 模型评价正确率高， 而具有较高的工程应用价值， 为钢 筋混凝土施工质量评估问题的研究提供了一条新思路。 参考文献 ： 1 孙 建平 建 设工程质 量安全 风险 管理 M 北京 ： 中 国建筑 工业出版 社 ， 2 0 0 6 【 2 J G J 5 5 2 ( ) 0 0 ， 普通混凝土配合比设计规程 s E 京： 中国建筑工业 出版社， 2 0 0 1 【 3 】 郑少瑛 ， 陈静茹基于神经网络在钢筋混凝土施工质量评价中的应 用研究叭 四川建筑科学研究， 2 0 0 9 ， 3 5 ( 6 ) ： 3 0 1 3 0 3 4 】莫轻兵 冈 筋混凝土施工质量评价的智能方法【 J J _ 混凝土， 2 0 1 0 ( 8 ) ： 3 5 - 3 7 5 陈守煜工程可变模糊集理论与模型一 模糊水文水资源学数学基础l J 】 大连理工大学学报 ， 2 0 0 5 ， 4 5 ( 2 ) ： 3 0 8 3 1 2 【 6 】 董陇军， 李夕兵 ， 宫凤强 膨胀土胀缩等级分类中的未确知均值聚类 模型及应用I J 1 中南大学学报， 2 0 0 8 ， 3 9 ( 5 ) ： 1 0 7 5 1 0 8 0 7 】 董陇军， 赵国彦未确知均值分级方法及在回采巷道围岩分类中的 应用 J 】 _解放军理工大学学报， 2 0 0 9 ， 1 0 ( 6 ) ： 5 7 5 5 7 9 8 周惠成 ， 张丹 可变模糊集理论在旱涝灾害评价中的应用 J f 农业工 程学报， 2 0 0 9 ， 2 5 ( 9 ) ： 5 6 6 1 作者简介： 张颖红( 1 9 6 9 一 ) ， 女。 联系地址： 浙江杭州下沙高教园区 浙江工商大学基建处( 3 1 0 0 1 8 ) 联系电话 ： 1 3 5 8 8 7 3 6 7 8 2 参考 文献： 1 K A P L AN M F C r a c k p r o p a g a t i o n a n d t h e f r a c t u r e o f c o n c r e t e J J o u r h a l o f t h e A me r i c a n C o n c r e t e I n s t i t u t e ， 1 9 6 1 ， 5 8 ( 5 ) ： 5 9 1 6 1 0 2 】B R UH WI L E R E， S AO U MA V Wa t e r F r a c t u r e i n t e r a c t i o n i n c o n c r e t e P a t t i ： F a c t u r e p r o p e r t i e s f J 1 A C I Ma t e r i a l s J o u rna l ， 1 9 9 5， 9 2( 3 ) ： 2 9 6 3 0 3 3 B RU H WI L E R E， S A O UMA V Wa t e r f r a c t u r e i n t e r a c t i o n i n c o n c r e t e P a rt I I ： Hy d r o s t a t i c p r e s s u r e i n c r a c k s J A C I Ma t e r i a l s J o u rna l ， 1 9 9 5 ， 9 2 ( 3 ) ： 3 8 3 3 9 0 【 4 S L O WI K V， S A OU MA V Wa t e r p r e s s u r e i n p r o p a g a t i o n c o n c r e t e c r a c k s J J o u r n al o f S t r u c t u r a l E n g i n e e r i n g ， 2 0 0 0 ， 1 2 6 ( 2 ) ： 2 3 5 2 4 2 5 王建敏静水压力环境下混凝土裂缝扩展与双 K断裂参数试验研究 大连 ： 大连理工大学， 2 0 0 8 6 徐世煨， 王建敏 水压作用下大坝混凝土裂缝扩展与双 K断裂参数 土木工程学报 ， 2 0 0 9 ， 4 2 ( 2 ) ： 1 1 9 1 2 5 7 】 郑爽 多种试件几何混凝土裂缝静应力强度因子的研究 D 辽宁： 大 连理工大学， 2 0 0 5 作者简介 ： 联系地址 ： 联 系电话 ： 王建敏( 1 9 7 8 一 ) ， 女， 博士， 主要从事水压下混凝土断裂试 验研究。 大连市前程街 1 5 号 大连渤海检测有限公司( 1 1 6 0 2 1 ) l 5 9 4 2 83 9 O 9 0 4 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m