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        基于熵權(quán)法的泵站金屬結(jié)構(gòu)安全性評估方法

        2022-11-21 13:15:14王文彬
        技術(shù)與市場 2022年11期
        關(guān)鍵詞:泵站安全性

        王文彬

        (武漢水電測試中心有限公司,湖北 武漢 430060)

        0 引言

        近年來,隨著我國社會(huì)的發(fā)展以及相關(guān)領(lǐng)域的進(jìn)一步創(chuàng)新,國內(nèi)工程數(shù)量猛增,一定程度上推動(dòng)了建筑施工行業(yè)轉(zhuǎn)型升級[1]。而在這樣的背景條件之下,人們對于工程的內(nèi)部框架以及結(jié)構(gòu)的要求也越來越高。其中,最為典型的是泵站工程建設(shè)。通常情況下,為了在預(yù)設(shè)的年限中確保泵站的穩(wěn)定運(yùn)行,會(huì)選擇構(gòu)建半金屬材質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu),在實(shí)施初期,取得了相對較好的效果[2]。但目前階段,隨著業(yè)務(wù)量的增加,傳統(tǒng)的半金屬材質(zhì)雖然可以達(dá)到預(yù)期的承接效果,但在實(shí)際應(yīng)用過程中,時(shí)常會(huì)出現(xiàn)部分問題和缺陷,最終影響日常工作,造成一定的經(jīng)濟(jì)損失[3]。

        面對這種情況,在結(jié)構(gòu)建設(shè)完成初期,需要增加安全性評估的環(huán)節(jié)[4]?,F(xiàn)階段最為常用的安全性評估方法主要是依據(jù)獲取的施工數(shù)據(jù)以及測定標(biāo)準(zhǔn),得出評估效果。由于多為人工測算,所以,產(chǎn)生評估誤差的概率相對較高[5]。但熵權(quán)法的出現(xiàn)極大地改變了這一現(xiàn)狀,與傳統(tǒng)評估方式對比,熵權(quán)法更擅長處理龐大的數(shù)據(jù)群,并可以在較短的時(shí)間內(nèi)得出精確的數(shù)據(jù),更具穩(wěn)定性和可靠性。泵站本身日常的業(yè)務(wù)量和數(shù)據(jù)量極大,熵權(quán)法的應(yīng)用可以最大程度降低安全評估誤差的出現(xiàn),提升整體的評估效果,強(qiáng)化泵站金屬結(jié)構(gòu)的承壓能力,具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值與社會(huì)意義[6]。

        1 熵權(quán)法下泵站金屬結(jié)構(gòu)安全性評估方法

        1.1 安全評估技術(shù)參數(shù)獲取

        在對熵權(quán)法下泵站金屬結(jié)構(gòu)安全性評估方法的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行驗(yàn)證之前,需要先獲取相應(yīng)的安全評估技術(shù)參數(shù),奠定基礎(chǔ)[7]。通常情況下,對于泵站的金屬結(jié)構(gòu),需要在初始的評估范圍之內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)展,一般是對主梁、側(cè)閘和側(cè)門框有滑動(dòng)機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)等組成,在合理范圍內(nèi)進(jìn)行技術(shù)指標(biāo)以及參數(shù)的調(diào)整與更改。具體如表1所示。

        根據(jù)表1,可以完成對安全評估技術(shù)參數(shù)的設(shè)定與調(diào)整,劃定具體的安全評估范圍,隨后形成初始的評估結(jié)構(gòu),對泵站內(nèi)部的金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行宏觀處理與檢查,為后續(xù)的安全評估工作奠定基礎(chǔ)條件。

        表1 安全評估技術(shù)參數(shù)設(shè)定表

        1.2 安全性評估指標(biāo)體系建立

        在完成對安全評估技術(shù)參數(shù)的獲取后,需要進(jìn)行評估指標(biāo)體系的建立。一般情況下,泵站的金屬結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用過程中,需要承受較大的壓力,長期受到氣動(dòng)載荷、機(jī)械振動(dòng)以及動(dòng)態(tài)交互過載等多方面的影響,這也會(huì)使得金屬材料在高壓作用下,逐漸出現(xiàn)疲勞裂紋、變形、斷裂等問題[8]。

        同時(shí)隨著結(jié)構(gòu)使用年限的增加,自然環(huán)境對于金屬的累計(jì)作用也越來越嚴(yán)重,腐蝕明顯。因此,結(jié)合上述問題,需要加強(qiáng)日常的維護(hù)和評估工作,結(jié)合實(shí)際應(yīng)用情況,在初始評估結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,進(jìn)行體系創(chuàng)新與優(yōu)化,具體如圖1所示。

        圖1 安全性評估指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)圖示

        根據(jù)圖1,可以完成對安全性評估指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與展示。將所獲取的技術(shù)性參數(shù)添加在評估體系中,可以獲取到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),隨后,排除外界載荷因素等的影響,最終完成評估調(diào)節(jié)和安全性評估指標(biāo)體系的建立。

        1.3 模糊安全評估模型構(gòu)建

        即使是鄰近的金屬結(jié)構(gòu),在應(yīng)用過程中也會(huì)時(shí)常出現(xiàn)摩擦或者碰撞,這種情況會(huì)對最終的安全性評估結(jié)果造成消極影響。因此,在評估模型的設(shè)計(jì)過程中,需要增加整體的可變更性和修改性,結(jié)合模糊理論集進(jìn)行可分辨安全評估模型的構(gòu)建。并結(jié)合實(shí)際評估需求,設(shè)定具體的評估范圍,計(jì)算出離散評估系數(shù),其公式為:

        (1)

        式中:R表示離散評估系數(shù),m表示二維評估距離,n表示屬性特征,c表示信息函數(shù)。通過上述計(jì)算,最終可以得出實(shí)際的離散評估系數(shù)。將所設(shè)定的安全性評估體系添加到模型中,調(diào)整實(shí)際的評估目標(biāo),排除不確定性評估數(shù)據(jù)后,獲取具體的安全屬性值,結(jié)合離散等級,進(jìn)一步優(yōu)化完善模型的整體評估能力,確保最終評估結(jié)果的穩(wěn)定與可靠。

        1.4 熵權(quán)權(quán)重比照法實(shí)現(xiàn)泵站金屬結(jié)構(gòu)安全性評估

        在完成模糊安全評估模型的構(gòu)建后,根據(jù)熵權(quán)權(quán)重比照法實(shí)現(xiàn)泵站金屬結(jié)構(gòu)的安全性評估。熵權(quán)權(quán)重比照指將泵站金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)部的不安全因素進(jìn)行排除,結(jié)合評估模型,核定整體的安全性評定標(biāo)準(zhǔn),得出的熵權(quán)權(quán)重與初始的權(quán)重進(jìn)行比照,差異值在合理范圍內(nèi),表明最終得出的評估效果有效。

        在此過程中,需要?jiǎng)澏ň唧w的評估范圍,不可隨意更改,這樣可以確保結(jié)果的穩(wěn)定精準(zhǔn),同時(shí)對于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損壞也可以控制在最低的范圍內(nèi)。熵權(quán)權(quán)重比照得出的差異值并不固定,而是根據(jù)金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)部壓力的變化隨之發(fā)生相應(yīng)的變化,是動(dòng)態(tài)的。因此,在安全性評估過程中也需要消除存在的誤差,結(jié)合熵權(quán)權(quán)重比照法實(shí)現(xiàn)泵站金屬結(jié)構(gòu)安全性評估,得出最為精準(zhǔn)的評估結(jié)果。

        2 方法測試

        本次主要是對熵權(quán)法下泵站金屬結(jié)構(gòu)安全性評估的實(shí)際效果進(jìn)行驗(yàn)證與分析??紤]到最終測試結(jié)果的真實(shí)性和可靠性,需要以對比的形式來完成測試。選取A泵站作為測試的主要目標(biāo)對象。劃定A泵站的金屬結(jié)構(gòu)為4個(gè)小組,每一個(gè)小組的測試環(huán)境均相同。對3種測試方法分析,第一組為傳統(tǒng)的模糊集成判斷安全性評估方法,將其設(shè)定為傳統(tǒng)模糊集成判斷安全性評估測試組;第二組為傳統(tǒng)的靜載應(yīng)力安全性評估方法,將其設(shè)定為傳統(tǒng)靜載應(yīng)力安全性評估測試組;第三組為本文所設(shè)計(jì)的安全性評估方法,將其設(shè)定為熵權(quán)法安全評估測試組。最終得出的結(jié)果會(huì)以對比的形式分析。

        2.1 測試準(zhǔn)備

        在對熵權(quán)法下泵站金屬結(jié)構(gòu)安全性評估的實(shí)際效果進(jìn)行驗(yàn)證與分析之前,需要先搭建相關(guān)的測試環(huán)境。一般來說,對于金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)部進(jìn)行安全性評估是一項(xiàng)十分重要且關(guān)鍵的工作,對于后續(xù)的發(fā)展會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。選取P泵站作為本次測試的主要目標(biāo)對象,對內(nèi)部的結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理和研究,并利用專業(yè)的設(shè)備儀器獲取相應(yīng)的建設(shè)數(shù)據(jù)。與此同時(shí),進(jìn)行靜載應(yīng)力的計(jì)算,其公式為

        H=(5k+1.05)-4u

        (2)

        式中:H表示靜載應(yīng)力,k表示轉(zhuǎn)臺(tái)距離,u表示浮吊動(dòng)態(tài)應(yīng)力。通過計(jì)算,最終可以得出實(shí)際的靜載應(yīng)力。根據(jù)得出的靜載應(yīng)力,劃定具體的應(yīng)力覆蓋范圍,同時(shí),對P泵站內(nèi)部金屬結(jié)構(gòu)的相關(guān)建設(shè)參數(shù)還需要進(jìn)行調(diào)整與更改,具體如表2所示。

        表2 P泵站參數(shù)調(diào)整設(shè)定表

        根據(jù)表2,可以完成對P泵站參數(shù)調(diào)整的設(shè)定。隨后,結(jié)合上述所設(shè)定的具體參數(shù),進(jìn)行內(nèi)部結(jié)構(gòu)的部分調(diào)整。當(dāng)承接點(diǎn)在極限峰值狀態(tài)下時(shí),金屬結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)相對較小,反之,當(dāng)承接點(diǎn)在極限峰值狀態(tài)之內(nèi)時(shí),金屬結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)相對較大。

        在上述基礎(chǔ)上,還需要?jiǎng)澏ň唧w的浮吊安全荷載范圍。通常情況下,浮吊安全荷載的最大幅度設(shè)定在17.25~25.66 t,雙向動(dòng)載結(jié)構(gòu)承壓作用下,可以在泵站的結(jié)構(gòu)中選擇1個(gè)核心安全浮吊節(jié)點(diǎn),將其與每一個(gè)單元結(jié)構(gòu)相連,形成初始的安全區(qū)域,在這個(gè)區(qū)域內(nèi),可以無限調(diào)整、修改內(nèi)部結(jié)構(gòu)。大應(yīng)力峰值通常會(huì)安裝在圓筒的下部,設(shè)定具體的測點(diǎn),確保安全荷載應(yīng)力峰值為-43.0 MPa。此時(shí),在結(jié)構(gòu)的臂架處安裝力壓分化裝置,平衡整體結(jié)構(gòu)所承受的壓力,轉(zhuǎn)移對應(yīng)的承壓點(diǎn)。起升的額定載荷值為初始的1.4倍,保證在安全評估過程中可以靈活實(shí)現(xiàn)上升、下降、制動(dòng)等回轉(zhuǎn)動(dòng)作。核定測試相關(guān)設(shè)備以及裝置是否處于穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài),并確保不存在影響最終測試結(jié)果的外部因素,核定無誤后,開始具體的安全評估測試。

        2.2 測試過程及結(jié)果分析

        根據(jù)P泵站的實(shí)際執(zhí)行情況,同時(shí)也為了確保最終測試結(jié)果的穩(wěn)定性與可靠性,劃定具體的位置作為測試的主要區(qū)域。結(jié)合熵權(quán)法,進(jìn)行安全穩(wěn)態(tài)值的計(jì)算,其公式為:

        (3)

        式中:G表示安全穩(wěn)態(tài)值,d表示權(quán)值穩(wěn)態(tài)距離,y表示預(yù)估安全差值。通過上述計(jì)算,最終可以得出實(shí)際的安全穩(wěn)態(tài)值。結(jié)合得出數(shù)值,核定劃定的范圍之內(nèi)是否處于預(yù)設(shè)的穩(wěn)態(tài)情況。在范圍內(nèi),對金屬結(jié)構(gòu)的余厚比進(jìn)行計(jì)算,其公式為:

        (4)

        式中:N表示余厚比,W表示動(dòng)態(tài)熵權(quán)自重應(yīng)力,v表示負(fù)載系數(shù)。通過上述計(jì)算,最終可以得出實(shí)際的余厚比。余厚比的獲取可以更好地獲取金屬結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀態(tài)以及數(shù)據(jù)信息,并結(jié)合余厚比,計(jì)算P泵站金屬結(jié)構(gòu)的安全系數(shù),并以對比的形式分析驗(yàn)證,具體如表3所示。

        表3 安全評估測試結(jié)果對比分析表

        根據(jù)表3,可以完成對測試結(jié)果的分析與驗(yàn)證:與傳統(tǒng)模糊集成判斷安全性評估測試組和傳統(tǒng)靜載應(yīng)力安全性評估測試組相對比,本文所設(shè)計(jì)的熵權(quán)法安全評估測試組最終得出的安全系數(shù)相對較高,這也表明在實(shí)際應(yīng)用過程中,對P泵站金屬結(jié)構(gòu)的安全評估結(jié)果更加穩(wěn)定、可靠,具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值與社會(huì)意義。

        3 結(jié)語

        基于熵權(quán)法的泵站金屬結(jié)構(gòu)安全性評估方法的設(shè)計(jì)與分析,本文從多個(gè)角度構(gòu)建了安全性的方法,在熵權(quán)法的輔助與支持下,結(jié)合實(shí)際工程建設(shè)情況,建立更加靈活、多變的評估體系,在獲取處理數(shù)據(jù)的同時(shí),整理存在的問題,設(shè)計(jì)具有針對性的處置方案。不僅如此,在初始泵站金屬結(jié)構(gòu)評估的設(shè)計(jì)方案中,添加了評測模型,構(gòu)建了熵權(quán)法數(shù)值測算矩陣,進(jìn)一步完善了整體的評估架構(gòu),在提升安全性評估工作效率與質(zhì)量的同時(shí),為后續(xù)的施工奠定了更為堅(jiān)實(shí)的參考依據(jù),增強(qiáng)了現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義,推動(dòng)相關(guān)行業(yè)邁入新的發(fā)展臺(tái)階。

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