大跨度空间结构灾害预警评估理论研究与系统开发

摘要

随着2008年北京奥运会、2010年上海世博会的相继召开,国内大跨度空间结构的应用进入了蓬勃发展的新时期。对于涉及重大公共安全的空间结构,深入分析健康监测资料以正确评估结构安全状态,从而实现灾害的有效预警已成为大跨度空间结构领域的一项重要工作。
　　 对特定于大跨度空间结构范畴的安全性评估来说,我国目前无论在理论上还是在评估的方法上均还有待系统性的研究,在空间结构健康监测系统的研究开发中还处于基础性的探索阶段;对复杂大跨度结构在使用年限内工作特性的变化缺乏全面深入地研究,因此就该领域还未建立客观统一的规范标准,行业内重监测轻分析的现象还较为严重。
　　 基于这样的研究背景,本文在对影响大跨度空间结构安全的各因素特点进行充分考虑和分析的基础上,以结构安全状况反映在各性态指标上的耦合作用为核心思想,将研究思路从传统的单因素、单项目预警拓广到如何对健康监测过程中现有技术条件下所能够获取的大量不同类别的结构性态实测信息进行最大限度的融合利用上。
　　 本文首先通过对特定于大跨度空间结构范畴内的灾害预警评估的内涵与外延的深入挖掘,以预警和评估为两条逻辑线索,建立起了本文研究的概念框架;并在广泛研究土木工程其它领域如桥梁、大坝等结构状态评估研究成果的基础上,针对大跨度空间结构多指标、多层次、多目标的特点,将层次分析法引入到这种特殊结构形式领域的灾害预警评估中来;
　　 随后,以层次分析法的基本理论与评估流程为研究框架,以大跨度空间结构的结构形式与特点为内核,详细论述了在大跨度空间结构范畴内运用层次分析进行灾害预警评估的具体方法,建立了利用层次分析法进行空间结构灾害预警评估的步骤和流程,以实现对空间结构进行安全状况评估,并在评估基础上实现有效预警的目的;
　　 再次,针对传统层次分析法在评估大跨度空间结构安全状态上“一刀切”的局限性,引入模糊数学理论,对如何在层次分析的成果上进行模糊化处理进行了着重的阐释,在层次分析法的评估框架内有机地融入模糊综合评价的概念,并最后落实到具体大跨度钢结构的实际监测中,通过定量化的分析评价,证明本文所述方法是适用于空间结构这种结构形式特点的,是合理可行的。
　　 最后,在以上大跨度空间结构灾害预警评估理论研究的基础上,对以基于层次分析思想的模糊综合评估方法为核心的大跨度空间结构灾害预警评估系统进行了整体的架构与初步的开发。

目录

文摘

英文文摘

致谢

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 研究背景与思路

1.2.1 大跨度空间结构的应用与灾害

1.2.2 大跨度空间结构的健康监测

1.2.3 大跨度空间结构的安全评估

1.3 研究现状与意义

1.3.1 预警领域的沿革与现状

1.3.2 大跨度空间结构预警研究的目的与意义

1.4 本文方法的提出

1.5 课题来源及本文主要工作

第二章 灾害预警评估的基本理论与方法

2.1 引言

2.2 预警原理综述

2.2.1 灾害预警的基本概念

2.2.2 预警的组成因素

2.2.3 空间结构灾害预警评估的内涵与外延

2.2.4 预警评估与健康监测的联系和区别

2.3 预警指标

2.3.1 预警指标的含义

2.3.2 大型结构领域的指标理论研究

2.3.3 空间结构实际健康监测中的常规监控项目

2.3.4 传统监控指标的评估方法

2.4 结构状态综合评估理论方法

2.4.1 常规综合评价法

2.4.2 模糊综合评价法

2.4.3 灰色关联度评估法

2.4.4 模糊神经网络法

2.4.5 特尔裴专家评估法

2.4.6 专家系统评估方法

2.4.7 层次分析法

2.4.8 变权综合评估法

2.5 本章小结

第三章 空间结构灾害预警评估的层次分析法

3.1 引言

3.2 层次分析法的基本理论

3.2.1 空间结构灾害预警评估运用层次分析法的思路

3.2.2 层次分析法的原理与步骤

3.3 空间结构指标体系的建立

3.3.1 指标体系的构建原则

3.3.2 空间结构按基本单元组成的分类

3.3.3 空间结构指标体系的架构

3.3.4 底层指标的标准化处理

3.3.5 工况识别与参考值的选取

3.3.6 “健康值”的概念与预警等级评价集的设计

3.3.7 预警评估指标体系整体拓扑结构的建立

3.4 空间结构指标权重的确立

3.4.1 空间结构指标权重的特点

3.4.2 两两判断矩阵的构造

3.4.3 判断矩阵的一致性检验及修正

3.4.4 空间结构指标权重的确定方法

3.4.5 权重确定方法的改进

3.5 空间结构预警的层次分析法评估过程

3.5.1 空间结构预警中层次分析法评估的流程

3.5.2 传统层次分析法存在的问题

3.6 本章小结

第四章 基于层次分析的空间结构预警模糊综合评估方法

4.1 引言

4.2 模糊数学的基本理论

4.2.1 模糊数学的产生与发展

4.2.2 模糊集合与经典集合

4.2.3 隶属函数的构造

4.2.4 模糊集的贴近度

4.2.5 模糊综合评估方法

4.3 空间结构预警的综合评估模型

4.3.1 模糊算子的选择

4.3.2 空间结构预警的多层次模糊综合评估

4.3.3 评估结果模糊识别的现有方法及改进

4.4 空间结构预警模糊综合评估的实例分析

4.4.1 工程概况与施工过程监测方案

4.4.2 预警评估模型的建立

4.4.3 监测结果的预警评估运算

4.4.4 模糊识别与预警效果分析

4.5 本章小结

第五章 空间结构灾害预警评估系统的初步开发

5.1 引言

5.2 预警评估系统的概念与设计思想

5.3 系统的总体评估策略

5.4 系统的功能设定

5.5 系统的整体框架与细部构造

5.6 软件系统的初步开发与界面设计

5.7 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 存在问题及展望

参考文献

作者简介