本发明属于桥梁施工技术领域，具体涉及一种基于模糊综合评价的拱肋提升施工稳定性评价方法。
背景技术：
近年来，钢拱桥在我国的建设和发展非常迅速，随着桥梁跨度的不断增大，稳定问题也变得越来越突出。因此越来越多的桥梁施工开展安全评估工作。钱七虎院士肯定了工程风险评估的作用与重要性，对我国当前安全风险评估存在问题提出了宝贵的建议。目前风险评估方法主要包括：专家调查法和层次分析法、WBS方法和故障树法、地面沉降评估理论与方法、模糊隶属曲线法、贝叶斯网络风险评估等。康俊涛等综合运用AHP和贝叶斯网络理论，建立了一种桥梁施工安全评价方法，用于识别诱发风险事件。程进等以当时上海在建的主跨550m的中承式钢拱桥卢浦大桥为工程背景，采用几何和材料双重非线性分析法对卢浦大桥在静风荷载作用下的施工稳定性进行了分析。颜全胜等利用基于有限变形理论的UL列式杆系结构有限元法，考虑几何非线模拟计算了丫髻沙大桥的施工全过程稳定性，比较两种不同钢管混凝土浇灌顺序对该大桥结构稳定安全的影响，得出各个施工阶段稳定安全和非线性影响系数，分析结果为大桥顺利施工提供了理论指导。
综上，虽然风险评估法已经在桥梁施工整体、桥梁耐久性等问题中获得了广泛的应用，然而，针对拱桥施工过程中拱肋提升施工稳定性定量评价研究尚未开展。
技术实现要素：
针对上述现有技术存在的不足，本发明提供一种基于模糊综合评价的拱肋提升施工稳定性评价方法。
本发明的技术方案：
一种基于模糊综合评价的拱肋提升施工稳定性评价方法，包括如下步骤：
步骤1：确定影响拱肋提升施工稳定性的因素，第一层因素包括吊装整体因素和环境因素，第二层因素包括：拱肋应力、拱肋应变、提升支架应力、提升支架应变和温度差；第三层因素包括：最大拱肋应力、最大拱肋应变、最大提升支架应力、最大提升支架应变、拱肋应力最大误差值、拱肋应变最大误差值、提升支架应力最大误差值、提升支架应变最大误差值和温度差最大值；
步骤2：计算各因素理论值，根据理论值对拱肋提升施工过程稳定性评价等级进行划分，定义评价等级在各因素下的临界判断值；
步骤3：获取施工过程中各因素的实际监测值，确定隶属函数，计算各因素对各稳定性评价等级的隶属度；所述隶属度函数可选为梯形分布函数；
步骤4：采用主客观结合确定各因素权重：
步骤4-1：采用主观打分法确定第一层因素权重；
步骤4-2：建立第二层因素判断矩阵，根据判断矩阵的最大特征值对各判断矩阵进行一致性检验，如果判断矩阵合理，执行步骤4-3，否则，调整判断矩阵；
步骤4-3：根据判断矩阵确定第二层因素的主观权重；
步骤4-4：采用变异系数法确定第二层因素的客观权重；
步骤4-5：结合主观权重和客观权重确定第二层因素综合权重；
步骤4-6：采用主观评价确定第三层因素权重。
步骤5：根据各因素权重及隶属度进行拱肋提升施工稳定性模糊综合评价：
步骤5-1：根据第三层因素权重矩阵和第三层因素的隶属度矩阵计算第二层各因素的模糊评价子集；
步骤5-2：根据第二层各因素的模糊评价子集构建第二层因素的隶属度矩阵；
步骤5-3：根据第二层因素权重矩阵和第二层因素的隶属度矩阵计算第一层各因素的模糊评价子集；
步骤5-4：根据第一层各因素的模糊评价子集构建拱肋提升施工稳定性隶属度矩阵；
步骤5-5：根据拱肋提升施工稳定性隶属度矩阵和第一层因素权重计算拱肋提升施工稳定性模糊综合评价矩阵，确定拱肋提升施工稳定性的评价等级。
有益效果：一种基于模糊综合评价的拱肋提升施工稳定性评价方法与现有技术相比，具有如下优势：
(1)建立了拱肋提升施工稳定性的评价模型，可将拱肋施工过程中的安全性问题进行定量的评价，有助于保障施工安全，提升了施工监控的有效性；
(2)通过精确的数字手段处理模糊的评价对象，对蕴藏信息呈现模糊性的数据作出科学、合理、贴近实际的量化评价。
附图说明
图1为本发明一种实施方式的基于模糊综合评价的拱肋提升施工稳定性评价方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一种实施方式作详细说明。
洛阳东环钢箱拱的拱肋跨度约为157m，其中中间约88m作为提升段，提升支架采用格构柱支架，为了保证拱肋提升的施工安全，并为后续施工作保障，现对其拱肋提升过程做安全评估。
如图1所示，一种基于模糊综合评价的拱肋提升施工稳定性评价方法，包括如下步骤：
步骤1：确定影响拱肋提升施工稳定性的因素；
以洛阳东环拱桥施工过程为背景，综合考虑拱肋提升的实际情况，将拱肋提升施工稳定性评估因素划分为三层，如表1所示，第一层因素包括吊装整体因素和环境因素，其中吊装整体因素包括：拱肋应力、拱肋应变、提升支架应力、提升支架应变；环境因素为温度差。
表1拱肋提升整体稳定性评估因素划分表
根据表1建立三级模糊综合评判模型，三个层次的因素集为：
第一层次：u＝(u1，u2)。
第二层次：u1＝(c1，c2)；u2＝(c3，c4，c5)。
第三层次：c1＝(w1，w2)；c2＝(w3，w4)；c3＝(w5，w6)；c4＝(w7，w8)；c5＝(w9)。
步骤2：计算各因素理论值，根据理论值对拱肋提升施工过程稳定性评价等级进行划分，定义评价等级在各因素下的临界判断值；
根据桥梁施工过程中的拱肋应力应变、提升支架应力应变以及昼夜温度差，对所述的拱肋提升施工过程的安全性划分为四个等级，依次为：优秀、良好、合格、不合格。各因素对应的良好、合格、不合格的临界判断值分别为δ1、δ2、δ3，如表2所示：
表2施工稳定性评价等级及临界判断值表
步骤3：获取施工过程中各因素的实际监测值δ，确定隶属函数A(x)，计算各因素对各稳定性评价等级的隶属度；
本实施方式中，各因素的监测值如表3所示：
表3各因素实际检测数据表
表中误差值与温差取所计算的绝对值。
就稳定性和实用性来说，目前梯形分布函数是一种相对较好的隶属函数，此处采用梯形函数来表示各因素对其安全等级的隶属性，如表4所示：
表4各因素隶属函数表
本实施方式，计算得到第三层因素在安全等级的隶属度矩阵分别为：
R21＝(昼夜温度差最大值)＝[0.5 1 0.5 0.25]
步骤4：采用主客观结合确定各因素权重值：
步骤4-1：采用主观打分法确定第一层因素权重：由于第一层中的指标抽象且专业性很高，所以向有经验的从业人员调查统计可行性最高，步骤如下：
(1)选取5名经验丰富的从业人员(A、B、C、D、E)，给定打分范围(1-100分)
(2)请被征询者打分
(3)搜集表格统计，计算综合后的权重，如表5所示：
表5第一层因素专家评分及权重表
步骤4-2：建立第二层因素判断矩阵，根据判断矩阵的最大特征值对各判断矩阵进行一致性检验，如果判断矩阵合理，执行步骤4-3，否则，调整判断矩阵；
一致性检验公式为：
其中，λmax为判断矩阵的最大特征根，n为判断矩阵维数。一般地，若CI≤0.10就可以认为判断矩阵具有很好的相容性，可以接受；否则就需要调整判断矩阵；
构造判断矩阵的关键在于设法使任意两项指标的相对重要性得到定量的描述，本实施方式中采用以1、3、5、7、9五个等级的分等评分法。各层判断矩阵及权重如表6所示：
表6第二层因素判断矩阵及主观权重表
本实施方式中以表6中判断矩阵，维数n＝4；
计算可得
带入公式(1)中
故可认为判断矩阵具有很好的相容性，可以接受。
步骤4-3：根据判断矩阵确定第二层因素的主观权重；
步骤4-4：采用变异系数法确定第二层因素的客观权重；
利用公式(2)求解第i个因素的变异系数Vi：
式中：σi是第i个因素现场实测数据的标准差，是第i个因素现场实测数据的平均数，i＝1，2，...，n，n为因素的个数。
各项因素的权重Wi公式(3)进行求解：
本实施方式中，各因素现场实测数据如表7所示：
表7各因素现场实测数据表
本实施方式计算过程如下：
首先根据实测数值，分别计算出每个指标的平均数和标准差，再根据均值和标准差计算变异系数，以拱肋应力为例。
拱肋应力的变异系数：
将各项变异系数加总：0.73+0.73+0.57+0.57＝2.6
计算构成评价指标体系的这4个指标的权重：
拱肋应力的权重：
计算得到第二层因素的客观权重如表8所示：
表8第二层各因素客观权重计算结果表
步骤4-5：结合主观权重和客观权重确定第二层因素综合权重；
第二层权重既有主观因素也有客观因素，因此第二层权重采用两种方法共同确定，且客观因素占主要部分，令主观因素占0.2，客观因素占比例为0.8，则第二层各因素的最终权重值为拱肋应力0.2865；拱肋应变为0.2865；提升支架应力为0.2135；提升支架应变为0.2135。
步骤4-6：采用主观评价确定第三层因素权重：由于采用最大误差比采用最大变形值即最大变形值指代最大应力值和最大应变值更加有效，将第三层因素的最大变形值权重取0.4，最大误差值取0.6，即第三层权重矩阵M11～M14＝[0.4，0.6]，M21＝[1，1]。
步骤5：依据各因素权重及隶属度进行拱肋提升施工稳定性模糊综合评价：
步骤5-1：利用第三层因素权重矩阵和第三层因素的隶属度矩阵计算第二层各因素的模糊评价子集：
B11＝M11·R11＝[0.12 0.68 0.1468 0.9]
B12＝M12·R12＝[0.28 1 0.36 0.18]
B13＝M13·R13＝[0.3 0.92 0.7 0.39]
B14＝M14·R14＝[0.66 1 0.34 0.17]
B21＝M21·R21＝[0.5 1 0.5 0.25]
步骤5-2：利用第二层各因素的模糊评价子集构建第二层因素的隶属度矩阵：
R2＝(B21)＝[0.5 1 0.5 0.25]
步骤5-3：利用第二层因素权重矩阵和第二层因素的隶属度矩阵计算吊装整体因素模糊评价子集B1和环境因素模糊评价子集B2：
B2＝[0.5 1 0.5 0.25]
步骤5-4：利用吊装整体因素模糊评价子集B1和环境因素模糊评价子集B2构建拱肋提升施工稳定性隶属度矩阵R：
步骤5-5：根据拱肋提升施工稳定性隶属度矩阵R和第一层因素权重计算拱肋提升施工稳定性模糊综合评价矩阵B，确定拱肋提升施工稳定性的评价等级：
由B可以看出安全等级为优秀的隶属度为0.362；良好的隶属度为0.917；合格的隶属度为0.399；不合格的隶属度为0.385；根据最大隶属度原则，洛阳东环段拱肋施工稳定性对良好的隶属度最高，处于良好状态，与现场实际测量相符合。