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斜拉桥超宽挂篮施工安全风险分析国外对风险的研究已经比较全面，施工企业在实际的工程管理中，能根据项目特点建立项目风险管理的框架和控制预防体系，对施工过程中可能出现的风险开展管控，制定防控措施指导项目施工，基本形成一个动态的系统风险管理。
我国在风险研究的领域起步较晚，与国外还存在较大差距，单纯从斜拉桥建设施工风险分析与控制的研究上来看，我国学者大多数的研究主要集中在具体的施工技术，很少把整个斜拉桥或斜拉桥的关键部分工程，从定性到定量对施工期间的风险开展系统的分析与控制研究。
斜拉桥主梁采用前支点挂篮悬臂浇筑施工，因此对该桥挂篮悬臂浇筑施工安全风险的控制研究显得非常必要。
１工程概况____四环线汉江特大桥为五跨一联双塔双索面预应力混凝土斜拉桥，全长７１４ｍ，主跨３６０ｍ，主桥桥面宽度为４３.６ｍ，引桥为３×６５ｍ跨预应力混凝土连续箱梁桥。
该桥桥面宽度为国内同类桥梁之最，故主梁采用的是超宽前支点挂篮悬臂浇筑施工，标准节段长６ｍ，该挂篮由设置在主梁两边腹板上的辅助纵梁、梁底中轴线的牵索纵梁、前后下横梁、底模平台、侧模及锚固和走行系统组成。
挂篮承载能力要求为７００ｔ，空挂篮控制重量２８０ｔ（包括模板和其他施工荷载），其中，中支点距已浇梁段前端０.５ｍ，作用４０００ｋＮ垂直向下的力，后锚点距中支点的距离为６ｍ，作用１２００ｋＮ垂直向上的力。
２风险分析风险分析主要是采用系统安全工程的方法对风险源可能发生的事故开展全面的分析，找出潜在的事故类型、可能受伤害人员、致害物、事故原因等，确定主要物的不安全状态和人的不安全行为。
（１）致险因子分析。
致险因子的分析从作业人员、机械设备、材料、施工工艺、作业环境等方面对可能导致事故的致险因子开展分析。
（２）受伤人员类型、伤害程度分析。
可能受到事故伤害的人员类型分为作业人员本身、同一作业场所的其他作业人员及周围其他人员；人员伤害程度分为死亡、重伤和轻伤。
（３）不安全状态、不安全行为分析。
斜拉桥上部结构施工危险源辨识及措施斜拉桥是一种独特的桥梁结构，具有较大的横向稳定性和较小的纵向变形，被广泛应用于大型桥梁工程中。
然而，斜拉桥上部结构的施工也存在一定的危险源，包括高空作业、跨度较大、施工材料和设备运输等。
本文将对斜拉桥上部结构施工危险源进行辨识，并提出相应的措施，以确保斜拉桥施工安全。
1.高空作业斜拉桥上部结构的施工需要进行高空作业，存在坠落、护坡等危险。
因此，施工前需要制定详细的高处作业安全操作规程，明确高处作业人员的资格要求，并进行相应的培训。
同时，要确保高处作业区域设备、工具和材料的固定稳定，设置安全网和护栏等防护设施，以防止坠落事故的发生。
在高温天气施工时，还需注意防止中暑和高空作业人员的滑倒。
2.跨度较大斜拉桥的跨度较大，施工时需要进行大跨度吊装和固定，存在起吊、支撑和垮塌等风险。
在施工计划中，要合理安排吊装时间、方法和设备，保证吊装过程的稳定和安全，并及时进行吊装吊点和吊绳的检查。
在进行大跨度固定时，要确保支撑架的稳定和固定牢固，防止支撑架变形和垮塌。
3.施工材料和设备运输施工材料和设备是斜拉桥上部结构施工的重要组成部分，也是潜在的危险源。
在运输过程中，要选择合适的运输工具和载重方式，确保运输安全。
对于大型设备和多种材料的运输，要制定详细的运输计划和装卸方案，保证装卸过程的稳定平衡。
同时，要对运输人员进行培训，提高其运输安全意识和操作技能。
4.天气条件天气条件对斜拉桥上部结构施工有着重要影响，如大风、雷电和雨雪等极端天气条件会增加施工风险。
在施工前，要根据天气预报和气象条件制定相应的施工计划，合理安排施工时间和工序。
对于不利天气的情况，要停止施工并采取必要的防护措施，如加固施工现场和设备、材料的固定等，以确保施工安全。
5.安全培训和意识对斜拉桥上部结构施工参与人员进行安全培训和教育，提高他们的安全意识和操作技能，并确保他们了解施工过程中可能发生的危险源和相应的应对措施。
大跨度叠合混合梁斜拉桥施工阶段敏感性分析摘要：斜拉桥是由塔、梁、索三种结构元件组成的高次超静定结构体系、以其自重小、柔度大、跨越能力大和造型美观等优点，成为现代桥梁工程中发展最快的桥型之一。
大跨度叠合混合梁斜拉桥主跨采用叠合梁体系，通过现浇接缝混凝土使桥面板与焊有剪力钉的钢梁格形成整体共同受力，边跨则采用自重较大的现浇混凝土主梁压重。
结构体系受力明确，优势互补。
但大跨度叠合混合梁斜拉桥存在结构体系复杂，施工步骤繁琐，施工周期长，施工技术要求高，施工控制难度大等问题，施工过程中对结构状态产生重要影响的参数众多，各类施工误差耦合作用，进而影响到斜拉桥成桥状态是否能达到所期望的目标，同时也会导致施工过程和结构运营安全性隐患。
为了实现这一最终目标，必须系统研究关键结构参数对施工过程结构力学行为的影响，揭示结构施工期力学特性时变过程规律。
关键词：斜拉桥；叠合混合梁；施工；敏感性引言斜拉桥施工过程是一个复杂的系统工程，地基环境复杂，结构转换体系复杂，施工周期较长，施工工艺多等因素对桥梁结构产生严重影响，使实际桥梁结构参数与设计值存在一定的误差。
斜拉桥施工控制的最终目标是使结构处于安全范围内，成桥状态最大程度上与理想设计状态一致。
在实际工程中，桥梁施工误差受到桥梁材料性能差异，施工荷载变化，周围大气温度等因素影响。
造成实际状态与理想状态出现差异，因此需要对结构进行参数敏感性分析，确定对结构产生影响的参数以及其可能的偏差范围，研究其对结构响应的影响程度，为桥梁施工误差修正提供科学依据。
1试验模型设计及制作1.1试验模型设计依据采用有限元软件MIDAS/CIVIL建立全桥空间静力模型。
加劲梁、混凝土主塔、承台采用梁单元，斜拉索采用桁架单元。
加劲梁采用单主梁模型，支座均采用抗震支座，斜拉索与主梁、主塔之间采用刚性连接，根据《公路桥涵设计通用规范》关于荷载组合的规定施加相应荷载。
根据计算结果，靠近索塔顶部的第16对拉索表现出最大索力，最大索力为3409.5kN。
大跨度斜拉桥施工风险分析与对策研究修改大跨度斜拉桥施工风险分析与对策研究摘要：本文主要对大跨度斜拉桥在施工期间可能存在的施工风险进行研究，详细分析了施工过程中的各种风险，针对分析结果，提出相应的风险预防措施和策略，旨在为施工决策者提供风险预防的依据。
关键词：大跨度斜拉桥;风险;对策斜拉桥是一种组合结构的桥梁建筑，它有梁、塔、索三个基本构建组成，现代设计的斜拉桥不仅可以跨越很大的跨度、拥有良好的结构性能而且以其优美的造型广受人们喜爱。
斜拉桥是一种结构体系比较复杂的建筑，跨度越大的斜拉桥，其结构刚度就越低，而结构柔度则更高，在影响斜拉桥结构的要素中，材料非线性和几何非线性就更为重要。
现代的大跨度斜拉桥多为混凝土斜拉桥，大多数采用悬臂浇筑的方法进行施工，工艺较为复杂，工序也相对较多，而很多时候必须在短时间内完工，就给斜拉桥施工造成了很多不利的因素，也埋下了许多安全隐患，导致大跨度斜拉桥的施工风险成倍提高，事故多有发生。
上世纪五六十年代，欧美在核电站安全评估中开始启用了风险分析策略，随后，风险分析研究被广泛地应用在其他各个领域。
当前国内很多领域都开始应用风险分析策略，主要包括化工、核电、航空航天、环境保护、海洋勘探以及经济等领域。
本文将针对大跨度斜拉桥进行施工风险分析以及对策研究。
1、大跨度斜拉桥施工中存在的风险1.1斜拉桥施工中的不确定性使施工存在很大风险随着桥梁建造技术的发展和社会经济发展的需要，当代斜拉桥的跨度越来越大，结构刚度也不断降低，几何非线性结构的影响也越来越突出，这就给斜拉桥施工造成了更多不确定因素，风险不断增高。
对于斜拉桥结构中的确定性因素，国内外很多学者都进行了研。
例如大跨度斜拉桥设计中的稳定性问题、承载性问题以及非线性问题，美国、德国以及丹麦等过都进行大量深入研究；而国内的学者则在斜拉桥成桥状态的合理性、施工控制、施工状态确定以及几何非线性等方面研究相对较多。
但是这些研究大都处于对斜拉桥施工中的确定性问题的研究，而对于施工中和结构安全中的不确定因素，研究还处于较浅的层面。
桥梁工程中斜拉桥施工技术的应用探究一、斜拉桥的特点和优势斜拉桥是一种采用斜拉索将桥面支撑的桥梁结构，它以其特有的结构形式和设计理念，成为了21世纪跨度大、美观大气的特大桥型，具有以下几个特点和优势：1. 跨度大：斜拉桥可以实现跨度较大，因此可以应用于一些特殊的场合，比如河流较宽、跨越山谷、跨越湖泊等。
2. 结构轻巧：相对于梁桥和拱桥，斜拉桥的自重虽然也比较重，但由于其结构形式的特殊性，可以使得整座桥梁结构显得十分轻巧。
3. 美观大气：斜拉桥的设计可以体现出工程的美学和艺术价值，因此在城市和旅游区的选择上也比较普遍。
4. 施工周期短：采用斜拉桥结构的桥梁施工周期相对较短，可以快速投入使用，减少了施工对交通造成的影响。
二、斜拉桥施工技术的关键点斜拉桥的施工技术与传统桥梁的施工技术相比，具有一些特殊的要求和关键点：1. 斜拉索的预应力调整：斜拉桥的主要受力构件是斜拉索，而斜拉索的张拉和预应力调整是整个桥梁施工过程中的一个非常关键的环节。
2. 斜拉索的固定和锚固：斜拉桥的斜拉索一般是通过锚固构件固定在桥塔或桥墩上，而这个固定和锚固工艺对斜拉索的受力和桥梁的承载能力有着直接的影响。
3. 钢梁的制作和吊装：斜拉桥的主梁一般是采用大跨度的钢梁，它的制作和吊装是整个桥梁工程中的另一个重要环节。
4. 桥塔和桥墩的施工：斜拉桥的桥塔和桥墩一般都比较高大，这就对施工工艺和安全要求提出了很高的标准。
5. 桥面系的施工：斜拉桥的桥面系一般由混凝土浇筑的桥面板和支座组成，而混凝土的浇筑和支座的安装也是整个施工过程中的关键环节。
1. 斜拉索的预应力调整斜拉索的预应力调整是整个斜拉桥施工过程中最为核心的环节之一。
通过预应力调整可以有效地控制斜拉索的受力情况，从而保证整座桥梁的稳定性和安全性。
在这个环节中需要采用先进的张拉设备和技术手段，以及合理的调度和协调，确保每根斜拉索都能够达到设计要求的预应力状态。
2. 斜拉索的固定和锚固3. 钢梁的制作和吊装斜拉桥的主梁一般是采用大跨度的钢梁，它的制作和吊装是整个桥梁工程中的另一个重要环节。
大跨度桥梁施工期安全风险分析摘要：本文对大跨度桥梁主要施工方法进行论述，结合桥梁施工中存在的风险因素，提出大跨度桥梁的风险应对措施。
关键词：桥梁；施工；安全风险Abstract: in this paper, the large span bridge main construction method is discussed, and the bridge construction with the risk in the factor, put forward the large span bridge risk response measures.Keywords: bridge; The construction; Safety risk0.前言由于桥梁工程特别是大型复杂桥梁工程的建设往往是在复杂多变的自然和社会环境中运作的，其本身具有规模大，施工期长，内部结构复杂、外部联系广泛等特点，这些特点决定了桥梁工程建设阶段必然存在很多不确定因素，所以风险也始终存在于桥梁建设的全过程。
近年来，一些研究调查表明，桥梁施工期的风险远远高于使用期。
桥梁在任何施工阶段都有可能发生坍塌、变形等事故，而且事故发生的可能性贯穿桥梁施工的整个过程，同时也会造成极大的损失。
桥梁施工损失类型包括结构损坏、人员伤亡、施工延误、经济损失等多种形式，而且往往多种损失同时发生，影响范围甚广。
造成事故的原因多种多样，经常会同时发生，因此必须系统的了解桥梁在施工中存在的风险因素，提高桥梁施工安全，应对桥梁施工风险。
对确保大跨度桥梁安全施工有着重大的意义。
1. 大跨度桥梁施工方法改革开放以来，我国桥梁工程的发展进入了一个高速的发展时期，主要体现在桥梁总体数量大幅度增加，桥梁的结构体系多样化，桥梁的跨度也越来越大，而桥梁的施工环境却越来越复杂，所以对大跨度桥梁的施工方法有了更高的要求。
在桥梁工程中，施工是非常重要的一个环节，合理的施工方法，能有效的提高施工组织和管理的水平。
大跨度斜拉桥施工风险分析与对策研究摘要：以大跨度斜拉桥施工期间的施工风险为主要研究对象,对桥梁施工中的各种风险进行了分析,并就分析结果提出针对性的风险应对措施与决策建议,从而为风险决策者提供决策依据。
关键词：大跨度斜拉桥; 风险; 对策斜拉桥是一个由索、塔、梁三种基本构件组成的组合结构体系,现代斜拉桥以其良好的结构性能和跨越能力以及优美的建筑造型受到人们的广泛青睐。
斜拉桥结构体系统为复杂,伴随着跨径的不断增大,斜拉桥的结构刚度越来越低,柔度不断增大,几何非线性和材料非线性因素对结构的影响变得更为突出。
大跨度斜拉桥(尤其是混凝土斜拉桥)多采用悬臂浇注的施工方法,施工工序多、施工工艺复杂,施工周期又短。
所有这些不利因素使得大跨度斜拉桥在建造期间充满着各种风险,极易发生各种事故。
风险分析研究最早起源于20世纪50~60年代,应用于欧美核电厂的安全评估中,随后在诸多领域得到了推广和应用。
目前,国内外学者已对核电工业、化学工业、环境保护、航天工程、海洋石油、经济领域的风险问题展开了较为广泛的研究。
本文针对大跨度斜拉桥施工风险分析与对策进行研究。
1大跨度斜拉桥施工风险分析1.1大跨度斜拉桥结构施工存在大量的不确定性随着斜拉桥的发展和跨径的不断增大,斜拉桥的结构刚度越来越低,结构的几何非线性效应越来越明显,各种不确定性对结构的影响也越来越大。
目前,国内外学者已对结构中的确定性问题进行了大量的研究,如丹麦、德国以及美国以林同炎为代表科研机构等对大跨度斜拉桥设计中的非线性问题!稳定问题以及极限承载力等问题进行了研究;国内众多学者亦对斜拉桥的合理成桥状态与施工状态的确定、施工控制、几何非线性等问题展开了广泛的研究。
但是,现有研究大多是针对结构中的确定性问题,对于影响结构安全的各种不确定性问题研究较少。
而事实上,和其它结构物一样,大跨度斜拉桥结构中存在着大量的不确定性"同时,由于大跨度斜拉桥结构体系复杂,施工难度大,尤其是大跨度混凝土斜拉桥,多采用悬臂浇注的施工方法,施工工序多,施工工艺复杂,施工周期又短,这些不利因素进一步增加了大跨度斜拉桥在施工过程中的不确定性。
收稿日期:2005211211基金项目:国家自然科学基金资助项目(50408037)。
作者简介:巩春领(19752),男,黑龙江鹤岗人,博士生,从事桥梁结构理论方面的研究。
大跨度斜拉桥施工风险分析理论研究与应用巩春领1,程 进1,沈祥福2(1.同济大学桥梁工程系,上海 200092;2.鹤岗市交通局公路处,黑龙江鹤岗 154001)摘 要:结构在施工期的平均风险远远高于使用期,开展大跨度斜拉桥施工期间的风险分析研究是十分必要的。
本文在介绍风险分析基本原理的基础上,针对斜拉桥施工期风险分析中不存在显式的极限状态函数的问题,提出了基于人工神经网络2有限元2蒙特卡罗模拟的风险分析方法。
运用该方法对某大跨度斜拉桥进行施工风险分析,结果表明该方法可行、有效。
关键词:斜拉桥;风险分析;神经网络;施工期中图分类号:U448.27 文献标识码:A 文章编号:100927716(2006)022*******0 引言斜拉桥是一个由索、塔、梁三种基本构件组成的组合结构体系,现代斜拉桥以其良好的结构性能和跨越能力以及优美的建筑造型受到人们的广泛青睐。
斜拉桥结构体系统为复杂,伴随着跨径的不断增大,斜拉桥的结构刚度越来越低,柔度不断增大,几何非线性和材料非线性因素对结构的影响变得更为突出。
大跨度斜拉桥(尤其是混凝土斜拉桥)多采用悬臂浇注的施工方法,施工工序多、施工工艺复杂,施工周期又短。
所有这些不利因素使得大跨度斜拉桥在建造期间充满着各种风险,极易发生各种事故。
例如,1987年施工的四川达县洲河大桥一跨度为190m +70m 的混凝土独塔斜拉桥,在跨中合拢时,主梁混凝土突然破坏坠落,并造成伤亡16人的重大事故;1992年7月韩国汉城发生了一起施工即将完成的斜拉桥倒塌事故;1998年在建的跨度为258m 的混凝土斜拉桥———招宝山大桥,在施工过程中发生主梁压溃破坏的严重质量事故。
这些在建的斜拉桥事故造成了巨大的经济损失和人员伤亡,引起国内外学者对施工期间桥梁安全性问题的广泛关注。
风险是特定系统危险事件的发生概率与损失程度的综合描述,通常以事故发生概率与其造成的后果的乘积来表达[1]。
风险分析是研究风险发生规律和风险控制的一门技术,它是在风险识别的基础上,分析风险发生的概率及其可能导致的损失的大小,确定系统的整体风险水平,并提出规避风险的对策与措施,对风险实施有效的控制和妥善处理,以达到以最小的成本获得最大安全保障的目的。
风险分析主要包括风险识别、风险估计、风险评价、风险应对与决策等几部分。
常用风险分析方法有很多,大致可以分为三大类;(1)定性的分析方法,如专家调查法、层次分析法等;(2)定量的分析方法,如蒙特卡罗法、敏感性分析法等;(3)定性与定量相结合的分析方法,如CIM 模型、影响图法等。
这些风险分析方法有各自的优缺点和适用范围,在进行风险分析时,应该根据具体问题、问题的不同阶段和不同目的、可获得信息量的多少以及分析方法的特点,来选取适合而有效的风险分析方法。
风险分析研究最早起源于20世纪50～60年代,应用于欧美核电厂的安全评估中,随后在诸多领域得到了推广和应用。
目前,国内外学者已对核电工业、化学工业、环境保护、航天工程、海洋石油、经济领域的风险问题展开了较为广泛的研究。
然而,对土木工程尤其是桥梁工程中结构的风险分析进行比较深入的研究仅是近几年的事情,针对桥梁风险分析的研究较少,而且主要集中在桥梁营运阶段的船撞、车撞和抗震等相关领域,以及桥梁管理和维护方面的风险管理方面,针对桥梁施工期间的风险分析则更少。
这些研究,其深度和水平参差不齐,研究的目标、流程、研究方法和评价标准各异,多为定性的分析并带有较为浓重的安全评价色彩,缺少系统而全面的风险分析研究。
因此,开展大跨度斜拉桥施工期间结构风险分析研究,建立系统、有效的风险分析方法,分析施工期间的各类风险,制定相应的防范措施以确保大跨度斜拉桥结构在施工建造期间的安全,具有十分重要的理论价值和现实意义。
1 基于神经网络2有限元2蒙特卡罗模拟的风险分析方法1.1 大跨度斜拉桥结构失效概率求解问题大跨度斜拉桥结构失效概率求解的功能函数具有以下两个特征:(1)功能函数对基本随机变量是非闭合的,即功能函数是隐式的。
斜拉桥结构分析通常借助于有限元等数值计算方法,在这种情况下进行失效概率分析通常不能给出极限状态函数对于基本随机变量的显式形式。
(2)功能函数高次非线性。
大跨度斜拉桥除了受本身的几何非线性和材料非线性的影响外,还由于响应量与基本变量的非线性关系、变量的非正态分布、变量的相关性等原因引起求解结构失效概率的功能函数具有高次非线性。
处理这类高次非线性隐式功能函数的失效概率问题,使用J C 法、中心点法等常规失效概率求解方法就会遇到一定的困难。
针对这类问题,不少学者也提出了利用非线性有限元正交设计算法[2]、响应面法、随机有限元法[3](如Monte 2Carlo 有限元法)等来解决。
但是,非线性有限元正交设计法和响应面法都是用一个低次多项式来近似替代隐式功能函数,而多项式函数以任意精度逼近非线性映射是不可能的,这会给高次非线性功能函数的可靠性问题带来较大误差。
Monte 2Carlo 有限元法是分析工程结构荷载效应的重要手段,但该方法需要对确定性有限元程序加以改造,而且对于求解单元数目较多的非线性问题,计算次数多达成千上万次,令人难以忍受。
这弊端限制了Monte 2Carlo 有限元法在实际工程中的应用。
人工神经网络的出现,为结构可靠度的研究提供了新的思路和方法。
人工神经网络模拟人脑的信息处理机制,采用类似于“黑箱”的方法,通过学习和记忆,找出输入与输出之间的映射关系,它具有高度的非线性映射能力和大规模并行分布处理能力,可以用来逼近结构响应量与随机变量的映射关系。
其中,B P 算法结构简单,工作状态稳定,具有很强的非线性映射能力。
在实际应用中,80%～90%的神经网络模型都是采用BP 网络或其变化形式[4][Hornik ,1990],可以解决大多数神经网络所面临的问题。
针对大跨度斜拉桥施工期间的结构特点和隐式功能函数失效概率的求解问题,本文将人工神经网络引入到斜拉桥结构失效概率分析当中,提出了基于神经网络2有限元2蒙特卡罗模拟的风险分析方法。
该方法可直接使用现已广泛应用的确定性结构有限元分析程序而无需任何改动,对于极限状态函数不能用显式表达和高次非线性的大跨度斜拉桥施工期间的失效概率求解问题尤为适用。
1.2 基于神经网络2有限元2蒙特卡罗模拟的风险分析方法解题步骤基于神经网络的有限元蒙特卡罗风险分析方法以神经网络、有限元和蒙特卡罗(Monte 2Carlo )法为基础,构建风险概率分析的新思路,即通过尽可能少的一系列确定性有限元数值计算建立神经网络模型,由其近似替代结构响应量与随机变量映射关系或隐式极限状态函数,然后根据蒙特卡罗模拟法原理,利用神经网络的泛化能力,获得足够多的极限状态函数值,进行风险概率分析。
其计算步骤如下:(1)确定极限状态方程,确定基本随机变量的概率模型。
(2)对基本随机变量重复p +q 次有目的采样(p ,q 分别为神经网络学习和检验所需要的次数),进行p +q 次有限元分析,获得p +q 组响应量值。
(3)将p 次采样的基本随机变量作为神经网络的输入,p 组有限元分析确定的响应量作为输出,进行多次学习;然后用q 组样本检验网络的性能,确保建立正确的神经网络映射关系。
(4)对基本随机变量进行n 次随机采样(n 为蒙特卡罗模拟所需的次数),输入神经网络模型,得到n 组响应量值,代入极限状态函数,取得n 个仿真随机样本。
(5)根据n 个极限状态函数值,计算结构的失效概率。
2 应用实例为了验证本文所提出的基于神经网络2有限元2蒙特卡罗模拟的风险分析方法的有效性以及正确性,下面以某座大跨度斜拉桥施工阶段的主梁静力弯曲失效模式为例,分析斜拉桥施工期间的结构风险。
某座大跨度斜拉桥为三跨预应力混凝土斜拉桥,桥跨布置为143.5m +320m +143.5m ,全长607m ,索塔高70.5m ,主梁为箱形截面梁,采用挂篮悬臂现浇法施工,斜拉桥总体布置如图1所示。
根据大跨度混凝土斜拉桥施工阶段的受力特点以及施工经验,施工期间的结构风险因素主要涉及结构截面特性、材料特性、荷载、环境因素以及施工图1 斜拉桥立面布置图操作等方面。
本文以取主梁容重、结构刚度、施工荷载以及温度等风险因素为例,对该桥上部结构施工期间的风险进行分析。
根据施工期应力限值准则,建立第i 个施工阶段的第j 个梁段的极限状态函数:Z =[σ]-σij =[σ]-σij (ρ,E ,I ,F ,T )式中:[σ]———主梁应力限值σij ———第i 个施工阶段的第j 个梁段(这里取中跨合拢前最后一悬浇段施工阶段的靠近桥塔的梁段为例)的应力,显然为设计变量的隐函数ρ———主梁容重E ———主梁的弹性模量I ———主梁截面惯性矩F ———施工荷载T ———温度在极限状态方程(1)中,ρ、E 、I 、F 、T 均视为随机变量,这些随机变量的概率分布、均值和变异系数等统计特性如表1所示。
表1 随机变量的统计特性变量单位概率分布均值变异系数ρkN ・m-3正态26.00.10E MN/m 2对数正态 4.0×10-40.10I m4正态18.90.10F kN正态185.00.15T℃正态20.00.12 建立一个三层B P 神经网络来替代功能函数Z ,如图2所示。
其中输入层有5个节点,分别是ρ、E 、I 、F 、T 5个随机变量,隐含层有10个节点,输出层只有一个节点,对应函数值Z 。
首先利用非线性有限元程序计算得到神经网络的20个学习样本和10个检测样本,然后采用BP 算法的改进法Leven 2nerg -Marguardt (L 2M )法来进行网络学习,激活函数采用Tansig 函数,选取学习步长为0.001,网络误差取10-5。
通过学习训练与检验,结果显示学习样本和检验样本的神经网络输出值与计算值的相对误差均小于1.0e 23,误差非常小,表明网络建立了正确的映射关系。
生成随机变量ρ、E 、I 、F 、T 各100000个模拟值,输入已训练好的神经网络,得到100000个极限图2 BP 神经网络模型状态函数值,根据蒙特卡罗原理,求得本施工阶段主梁的风险概率为1.86×10-4。
直接采用蒙特卡罗法计算10000次得到的结果是1.8×10-4,两个结果非常接近,说明本文的基于神经网络2有限元2蒙特卡罗模拟的风险概率分析方法是切实可行的。
由于篇幅所限,本文不针对风险后果和风险评价部分展开进一步的论述。
对于以上得到的风险概率结果,参照欧洲的风险评定标准,失效概率值介于1×10-4～2×10-4者为中级风险,所以本例在此施工阶段斜拉桥处于中级风险水平,应予以关注,必要时采取措施降低施工风险。
