橋梁施工臨時結(jié)構(gòu)安全評價研究

周 奎 何永東

(重慶市智翔鋪道技術(shù)工程有限公司，重慶 400074)

近些年來我國的橋梁建設(shè)事業(yè)得到了飛速的發(fā)展。在高速發(fā)展的同時也帶來了許多問題，由于所處地理環(huán)境的復(fù)雜和不完全明了性，自然災(zāi)害不確定性大，工期較長，造成橋梁基礎(chǔ)施工風(fēng)險的難預(yù)測性。橋梁建設(shè)中會涉及到很多風(fēng)險因素，包括政治上的、經(jīng)濟上的、社會上的、自然的和技術(shù)上的因素等，由于橋梁工程建設(shè)中這些因素都會不同程度的作用，同時對橋梁建設(shè)產(chǎn)生錯綜復(fù)雜的影響。而且，不同的風(fēng)險因素都會產(chǎn)生許多不同的風(fēng)險事件，所以增大了橋梁建設(shè)過程的風(fēng)險概率。因此一旦發(fā)生風(fēng)險事件往往會造成巨大的損失。由于工程中的單個風(fēng)險出現(xiàn)是隨機的，沒有規(guī)律可以去摸索。假如產(chǎn)生風(fēng)險的概率很高很頻繁，我們就可以通過概率論與數(shù)理統(tǒng)計以及風(fēng)險分析理論的方法相結(jié)合去抓住事故出現(xiàn)的規(guī)律性。通過對已發(fā)生的橋梁事故，總結(jié)歸納事故產(chǎn)生的原因，對新建橋梁進行風(fēng)險評估和估算，提出相應(yīng)的預(yù)防風(fēng)險的措施，從而可以很好的避免各種風(fēng)險的發(fā)生，降低了施工過程中的風(fēng)險程度，確保了整個工程施工建設(shè)能夠順利進行。在這方面講，橋梁施工風(fēng)險安全評價現(xiàn)在應(yīng)該已經(jīng)成為從事橋梁工程者最關(guān)注的課題之一。

1 橋梁施工階段的風(fēng)險識別［1-4］

橋梁施工的風(fēng)險因素有很多，但是橋梁施工項目在有些方面比如施工環(huán)境、施工方法和機械使用等有相似之處，因此，可以將這些相似之處加以對比，從而找出其中有規(guī)律的東西。而對于各個橋梁施工特點存在的各種風(fēng)險，由于橋梁施工項目周圍的自然環(huán)境、社會環(huán)境以及橋梁自身結(jié)構(gòu)的差異，相應(yīng)的采取的應(yīng)對或防范風(fēng)險的措施也有所差異，這就使橋梁施工項目的特點具有自身獨特的性質(zhì)，這就決定了進行風(fēng)險識別和風(fēng)險分析的工作人員具有較高的專業(yè)素質(zhì)和細致的觀察能力。

橋梁施工風(fēng)險識別主要分4個步驟進行:1)根據(jù)橋梁施工具有的信息性特點，對項目各個方面的信息進行全面的搜集和整理。根據(jù)上述對橋梁施工階段風(fēng)險因素的分類，從自然環(huán)境、橋梁結(jié)構(gòu)形式、橋梁施工技術(shù)及管理、管理制度等方面進行材料的收集。信息收集完之后，研究信息的可信度和準確度，確保所收集的信息可供風(fēng)險識別研究。2)將收集到的信息進行歸納整理，確認其是否是橋梁施工的風(fēng)險因素也即橋梁施工的不確定性。對橋梁施工階段可能存在的各種風(fēng)險事故進行風(fēng)險識別，并推測出這些風(fēng)險因素可能產(chǎn)生的后果或危險性。3)總結(jié)出可能發(fā)生的風(fēng)險事故后，以各種風(fēng)險事故為研究對象，找出這些風(fēng)險事故的不確定性因素，根據(jù)上述對橋梁施工階段風(fēng)險因素的分類，從自然風(fēng)險因素和人為因素兩方面進行考慮。對風(fēng)險因素進行研究時，可以運用專家調(diào)查法、故障樹分析法、幕景分析法、WBSRBS法等常用風(fēng)險識別方法。4)在識別出潛在的風(fēng)險因素之后，按照一定的規(guī)律對這些風(fēng)險因素進行詳細分類，將主要的風(fēng)險因素和次要的風(fēng)險因素區(qū)別開來，建立風(fēng)險清單對風(fēng)險源進行歸納整理，得出風(fēng)險識別的結(jié)論。

2 模糊層次分析法［5-7］

在一般問題的層次分析中，引入模糊數(shù)改進層次分析法是由于在對有些問題進行專家咨詢時，專家們往往會給出一些模糊量(進行三個取值判讀時:最高可能值、最可能值、最低可能值;二值區(qū)間判斷:很可能、不可能等)。

模糊層次評價法的一般程序如下:

1)確定因素集。把影響評價對象的各因素組成一個集合，即:U={u1，u2，…，un}。其中，ui為各影響因素，ui=(1，2，…，n);n為影響因素的個數(shù)。

2)確定評價集。評價集是由評價者對評價對象給出的各種評價結(jié)果所組成的集合，可表示為:V={v1，v2，…，vk}。其中，V為評價集;v為評價標準，一般由模糊語言來表述。

3)確定隸屬度，建立評價矩陣。模糊數(shù)學(xué)中用［0，1］間取值的隸屬度函數(shù)量化，構(gòu)造隸屬度函數(shù)的方法有很多。每個因素具有m個等級，隸屬度表示每個因素等級對評價指標的影響程度，將它們建立成評價矩陣Ri。

4)建立因素等級的權(quán)重值。假設(shè) uij(i=1，2，…，n;j=1，2，…，m)表示第i個因素第j個等級，它相應(yīng)的權(quán)重為aij，則對于ui的權(quán)重集為:Ai=(ai1，ai2，…，aim)。因為因素的等級表征因素本身的重要程度，故實際運算中取Ai與ui等同。

5)模糊綜合評價。為了處理因素的模糊性，通過綜合一個因素的各個等級，對評價對象取值的貢獻，來做一個單因素的模糊評價。Bi=Ai·Ri=(bi1，bi2，…，bim)。其中，“·”為模糊矩陣的合成運算，采用M(·，+)算法，其表達式為:bik=∑aijrijk。得到模糊矩陣:B=

6)建立因素權(quán)重集。因素集中，不同因素對于評價目標的重要程度是不一樣的，對不同的因素應(yīng)賦予一合理的權(quán)數(shù)，由這些權(quán)數(shù)所組成的集合就稱為因素權(quán)重集。因此因素權(quán)重集反映了各因素對于評價對象的影響大小，記為:A=(a1，a2，…，an)。本文用層次分析法來確定因素權(quán)重集。

7)評價結(jié)果。由最大隸屬度原則來確定評價指標vl，得到最終的評價結(jié)果。用公式表示為

3 工程實例

3．1 概況

某高速大橋設(shè)計行車速度100 km/h，按雙向六車道標準建設(shè)。主橋為(95+170+95)m的連續(xù)剛構(gòu)橋，上部箱梁底寬11 m，頂寬19．58 m，外翼板懸臂長4．29 m，橋面全寬39．5 m。箱梁采用單箱單室截面，為三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。箱梁0號段長2 m(包括墩兩側(cè)各外伸1．5 m)，每個T構(gòu)縱橋向為24個對稱梁段，梁段數(shù)及梁段長度從根部至跨中分別為6 m×2．5 m，6 m×3 m，6 m×3．5 m，6 m×4．0 m，單側(cè)懸臂累計總長78 m。1號～24號梁段采用掛籃懸臂澆筑施工，懸臂澆筑梁段最大控制重量2 000 kN(未考慮施工荷載)，掛籃設(shè)計自重1 200 kN。全橋合龍段(兩幅橋)共有6個，分別是2個中跨合龍段和4個邊跨合龍段，合龍段長度均為2．0 m，邊跨現(xiàn)澆段長8．75 m。

3．2 掛籃施工的安全評價

把掛籃施工安全評價分解成一個二級三層結(jié)構(gòu)的指標體系，這些指標大多數(shù)具有模糊性。依據(jù)上面的模糊綜合評價方法，把次準則層對主準則層的評價看成第一級評價，把主準則層對目標層的評價看成第二級評價。

1)確定因素集。

首先把掛籃安全評價分成表1的三層結(jié)構(gòu)，掛籃安全評價的第一層因素集為:U={U1，U2，U3，U4，U5，U6}。

第二層因素集有6個，其中掛籃施工為:U1={U11，U12，U13，U14，U15，U16}。

鋼筋安裝為:U2={U21，U22，U23}。

模板施工為:U3={U31，U32，U33，U34，U35}。

預(yù)應(yīng)力構(gòu)件及預(yù)埋件安裝為:U4={U41，U42，U43}。

混凝土澆筑為:U5={U51，U52，U53，U54，U55，U56}。

文明安全施工保證措施為:U6={U61，U62，U63，U64，U65，U66}。

2)確定評價集。

請專家對橋梁臨時結(jié)構(gòu)施工進行安全等級評定(見表1)，并得到最終的評價集V，V={Ⅰ級，Ⅱ級，Ⅲ級，Ⅳ級，Ⅴ級}={優(yōu)，良，中，差，很差}。

表1 安全評價等級

3)確定權(quán)重。

運用層次分析法進行權(quán)重的確定，邀請相關(guān)專家對準則層的Ui(i=1，2，…，6)的下層元素Uij進行比較，以標度1～9來確定判斷矩陣的元素值，得到各因素的判斷矩陣。

求解各權(quán)重，歸一化后得:

4)模糊評價。

邀請專家對各種因素作出評價，確定各因素的評價矩陣。然后進行模糊變換Bi=wi·Ri，其中，“·”為模糊算子。得到各單因素的模糊層次評價結(jié)果如下:

將6個Bi組合建立二級評價矩陣R，得:

然后進行二級模糊評價，B=(0．097 4，0．154 6，0．266 7，0．060 1，0．038 0，0．383 2)。

歸一化得:B=(0．233 3，0．175 0，0．296 0，0．262 4，0．033 2)。

總得分為:F=B·VT=73．855 74。

總得分說明該臨時結(jié)構(gòu)施工安全狀態(tài)為中等偏上。

4 結(jié)語

進入了新時代，我國的橋梁事業(yè)在改革開發(fā)初期已經(jīng)開始大力發(fā)展。在新型橋梁建設(shè)方面，相繼進入了實施階段。在橋梁建設(shè)飛速發(fā)展的同時，如何提高施工安全管理成為迫切需要解決的問題。本文選擇橋梁施工階段臨時結(jié)構(gòu)的風(fēng)險分析為研究課題，運用模糊層次分析法對具體的臨時結(jié)構(gòu)施工過程進行評估。

模糊層次分析方法是模糊數(shù)學(xué)理論和層次分析法的綜合，評價過程很好地實現(xiàn)了主觀評價與客觀評價相統(tǒng)一，將定性分析和定量分析相結(jié)合并兼具二者優(yōu)點。

運用模糊層次評估模型對橋梁施工中的臨時結(jié)構(gòu)安全評估，安全評估的結(jié)果符合工程的實際情況，說明了模型的建立是正確合理的。對臨時構(gòu)筑物的施工進行安全評估，彌補了以往橋梁臨時結(jié)構(gòu)安全評估中的不足。

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