(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210706469.1 (22)申请日 2022.06.21 (71)申请人 广西交科集团有限公司 地址 530000 广西壮 族自治区南宁市西乡 塘区新康西路158号 (72)发明人 王希瑞　蒋国富　王华　王龙林　 陈亮　陈俊成　韦昊　刘将　 尹平阳　玉开住　李秋甫　罗胜　 苏煜堤　徐先鹏　王海华　李俊毅　 彭曦　邝瑜琨　陈仕湘　江京翼　 (74)专利代理 机构 北京和联顺知识产权代理有 限公司 1 1621 专利代理师 谢冰 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01)G06F 30/20(2020.01) G06F 17/16(2006.01) G06F 111/08(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于改进综合权重法的桥梁体系失效概率 评定方法 (57)摘要 本发明涉及桥梁相关技术领域， 公开了基于 改进综合权重法的桥梁体系失效概率评定方法， 对于桥梁结构体系而言， 传统的体系可靠度理论 应用于桥梁体系结构会出现偏 于保守、 偏于安全 两种极端情况， 由于桥梁各构 件对体系正常工作 贡献的相对重要程度不同， 传统的体系可靠度评 估方法难以得到准确、 真实的评估结果。 熵权法 是一种客观赋权方法， 它利用熵的概念来确定指 标的权重， 根据同一指标观测值之间的偏差程度 反映了该指标的重要性， 但仍然避免不了专家打 分带来的主观性。 为此， 本专利建立了一种客观 地熵权法评价指标体系， 改进了传统的专家打分 制的决策矩阵， 旨在更加准确、 合理地确定桥梁 体系中总各构 件的权重， 并计算桥梁体系失效概 率。 权利要求书3页 说明书6页 附图1页 CN 115357963 A 2022.11.18 CN 115357963 A 1.本发明的基于改进综合权 重法的桥梁体系失效概 率评定方法， 包括： 步骤1： 确定桥梁体系中各构件失效模式及功能函数 根据桥梁构件的受力特点， 确定构件主要的失效模式， 如主梁结构的失效模式为抗弯 失效模式或抗剪失效模式， 并确定相应的功能函数Zi(X)。 Zi(X)＝Fi(x1,x2,...,xn),i＝1,2,...,n  (1) 式中： Zi(X)表示桥梁结构体系内第i个构件的功能函数； X表示功能函数中的随机变量 组； Fi(x1,x2,...,xn)表示第i个构件功能函数的具体表达式， xi为功能函数中的随机变量， 如结构抗力、 荷载效应等随机变量 参数。 步骤2： 计算步骤1中桥梁体系中各构件功能函数Zi(X)对应的可靠度指标βi与失效概率 pfi。 根据桥梁体系中第i个构件功能函数Zi(X)， 以及功能函数中随机变量xi的概率分布及 统计参数， 采用一次二阶矩法(FOSM)计算第i个构件的可靠度指标βi。 根据式(2)所示的可 靠度指标与失效概 率关系， 计算第i个构件的失效概 率pfi。 βi＝Φ‑1(1‑pfi)  (2) 式中， βi表示第i个构件的可靠度指标， pfi表示第i个构件的失效概率， Φ‑1表示标准正 态分布函数的反函数。 步骤3： 基于改进层次分析法的桥梁体系构件权 重确定方法 (1)建立桥梁体系失效概 率层次分析模型 采用权重法计算桥梁体系失效概率的核心问题之一， 就是建立分析问题的层次模型， 将桥梁体系失效概率pfS作为目标层， 将桥梁构件失效概率pfi作为指标层， 通过权重系数wi 将目标层与指标层进行相互连接 。 (2)基于构件横向分布系数mi构造判断矩阵A 建立决策问题 的层次分析模型后， 由上至下分别以上一层的元素为依据， 对下一层次 中与之相关的元 素进行两 两比较， 并构造判断矩阵A。 式中： aij为判断矩阵A中的元素， 表示指标层中第i个指标与第j个指标对目标层的相对 重要程度。 传统方法的aij采用具有1 ‑9标度的专家经验打分制的菲尔德法进行计算， 这一过程存 在很强的主观性与不确定性。 本专利结合桥梁体系失效概率分析 的问题特点， 提出采用构 件横向分布系数mi作为计算aij的指标， 桥梁 结构体系失效情况与其组成构件失效情况密切 相关。 如果第i号构件的横向分布系数比第 j号构件的横向分布系数大， 那么第i号构件比第 j号构件分配的荷载比例更多， 更容 易导致桥梁结构体系发生失效。 横向分布系数mi采用传统铰接板法进行计算， 本专利提出的判断矩阵元素aij的计算公 式如下：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115357963 A 2式中： mi和mj分别表示 i号构件和j号构件横向分布系数。 (3)计算层析分析模型中指标层的权 重和最大 特征根 根据式(4)计算指标层中各指标的权重值ωi， 此时的权重值ωi是具有符合桥梁体系失 效概率分析问题的客观性， 根据式(5)计算判断矩阵A的最大 特征根 λmax。 (4)判断矩阵的一 致性检验 为避免出现判断各指标相对重要程度时判断不协调的现象， 需要对判断矩阵A进行一 致性检验， 根据式(6)和式(7)分别计算一致性指标CI和一致性比率CR， 若CR＜0.1， 则判断 矩阵满足一 致性检验。 其中， 随机一 致性指标RI如下 所示： 步骤4： 基于多指标改进熵权法确定构件权 重 (1)基于多指标构造决策矩阵M 针对前面提出的层次分析模型， 建立符合桥梁体系失效概率分析问题的熵权法决策矩 阵M。 纵坐标代表桥梁体系中的各个构件， 横坐标为构件失效概率、 横向分布系数两项指标， 并将决策矩阵设为M＝(xij)m×n， xij代表第j个构件的第i个指标， m和n分别表示评价指标数 量与构件数量。 熵权法是一种客观赋权方法， 它利用熵的概念来确定指标的权重。 根据同一指标观测 值之间的偏差程度来反 映该指标 的重要性。 如果某一指标观测数据偏离程度越大， 那么指 标对评价系统的所起的作用越大， 即指标权重应该越大。 采用熵权法确定桥梁体系 可靠性 评估层次分析模型中各指标层权 重的方法如下。 (2)标准化决策矩阵 为了消除各指标量纲不同对决策带来的影响， 需对决策矩阵进行标准化处理。 根据指 标的性质， 选取越大越 优型指标对应的标准 化形式。 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115357963 A 3