斜拉橋運(yùn)營期間的風(fēng)險(xiǎn)評估

魏美玲

（日照交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司， 山東 日照 276800）

0 綜述

近代以來中國的橋梁建設(shè)事業(yè)呈現(xiàn)出跨越式發(fā)展，尤其是在大跨度斜拉橋建設(shè)方面取得輝煌成就。其中以港珠澳大橋、蘇通大橋、滬通長江大橋等最為矚目。在中國橋梁事業(yè)的飛速發(fā)展的機(jī)遇下，同時(shí)也面臨著來自橋梁的管理、維護(hù)以及使用壽命的挑戰(zhàn)，因此對斜拉橋運(yùn)營期間的風(fēng)險(xiǎn)評估迫在眉睫。

1 模糊層次分析法識別主橋運(yùn)營期間風(fēng)險(xiǎn)源

層次分析法是一種定性與定量相結(jié)合的、系統(tǒng)化的、層次化的分析方法；模糊層次分析法是在運(yùn)用層次分析法的基礎(chǔ)上引入模糊集理論，使之能更準(zhǔn)確地反映事物間的實(shí)際狀態(tài)。本論文采用模糊層次分析法對某海灣大橋運(yùn)營期間的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識別。

2 建立模糊層次分析結(jié)構(gòu)

根據(jù)調(diào)研以及專家建議將斜拉橋運(yùn)營期間風(fēng)險(xiǎn)因素分為兩個(gè)層次：第1層為斜拉橋運(yùn)營期間總風(fēng)險(xiǎn)；第2層為斜拉橋運(yùn)營期間的八個(gè)具體因素。

圖1 海灣大橋運(yùn)營期間分險(xiǎn)層次分析結(jié)構(gòu)

3 構(gòu)造風(fēng)險(xiǎn)模糊判斷矩陣

通過專家問卷的形式，專家對斜拉橋2個(gè)層次的風(fēng)險(xiǎn)因素重要性進(jìn)行分析、比較和打分。

構(gòu)造矩陣進(jìn)行兩兩比較，經(jīng)一致性檢驗(yàn)并進(jìn)行歸一化處理后，最終所求得各個(gè)影響因素的權(quán)重值。

4 海灣大橋船撞風(fēng)險(xiǎn)概率計(jì)算

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)因素的分析結(jié)果，對斜拉橋最重要的風(fēng)險(xiǎn)-船舶撞擊風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行建模計(jì)算分析。

5 橋梁結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算

采用Midas軟件建立了該斜拉橋運(yùn)營期間有限元分析模型。本模型共建立梁單元674個(gè)（模擬主梁和塔），桁架單元156個(gè)（模擬斜拉索）。

根據(jù)船舶撞擊Midas軟件分析結(jié)果可得斜拉橋橋墩126號單元產(chǎn)生的內(nèi)力最大，為整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的最危險(xiǎn)部位。

6 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

根據(jù)船撞概率模型，選取23個(gè)樣本：20個(gè)訓(xùn)兩樣本，3個(gè)檢驗(yàn)樣本訓(xùn)練并檢驗(yàn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

表1 仿真結(jié)果與有限元分析結(jié)果比較

3 -5289.5 -5282.12 0.1 4 -6003.76 -6003.76 -0.004 5 -6371.71 -6371.71 -0.244 訓(xùn)練樣本 7 -7237.47 -7237.47 0.151 8 -7756.93 -7756.93 0.094 9 -8016.66 -8016.66 -0.019 10 -8882.42 -8882.42 -0.102 11 -9380.24 -9380.24 0.021 13 -10397.5 -10397.5 0.059 14 -10981.2 -10981.2 0.077 15 -11263.3 -11263.3 0.042 16 -11992 -11992 0.093 17 -12561.9 -12561.9 -0.031 19 -14271.8 -14271.8 -0.079 20 -15527.2 -15527.2 -0.017 21 -15808.5 -15799.2 -0.059 24 -17366.9 -17149.4 1.2526 23 -16989.1 -16979 -0.059 6 -6718 -6702.62 0.2289 檢驗(yàn)樣本 12 -9964.63 -9974.33 -0.097 18 -13449.3 -13532.7 -0.62 22 -16447 -16462 0.091

7 Monte Carlo 計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)概率

根據(jù)Monte Carlo原理，在Matlab中編寫程序，使其仿真模擬10000組船舶撞擊荷載。利用已訓(xùn)練完成的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對仿真模擬的10000組船舶撞擊荷載進(jìn)行計(jì)算分析，求得10000組船舶撞擊荷載作用下對應(yīng)的最不利單元126號單元的內(nèi)力值。10000組船舶撞擊荷載中，有28個(gè)產(chǎn)生的內(nèi)力大于橋墩允許屈服彎矩。因此，可以得出結(jié)論：該斜拉橋在船舶撞擊荷載作用下的風(fēng)險(xiǎn)概率為：

8 總結(jié)

本文分析了某斜拉橋在運(yùn)營期間的潛在風(fēng)險(xiǎn)：首先利用專家打分法對影響斜拉橋營運(yùn)期間的的八個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行分析，采用模糊層次分析法，確定了船舶撞擊風(fēng)險(xiǎn)為該斜拉橋運(yùn)營期間的最主要風(fēng)險(xiǎn)因素；然后利用有限元計(jì)算獲得樣本，并訓(xùn)練檢驗(yàn) BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；最后利用Monte Carlo法計(jì)算出船撞的風(fēng)險(xiǎn)概率。