大跨度刚构桥上部结构施工风险预测仿真_李莉斯.pdf

基金项目:西藏自治区自然科学基金项目(XZ2019ZRG);西藏大学大学生创新训练项目(S201910694014)收稿日期:2021-05-20 修回日期:2021-06-30 第 40 卷 第 4 期计 算 机 仿 真2023 年 4 月 文章编号:1006-9348(2023)04-0149-04大跨度刚构桥上部结构施工风险预测仿真李莉斯,斯朗拥宗,汪汉龙(西藏大学工学院,西藏 拉萨 850000)摘要:大跨度刚构桥施工的特性与应用环境复杂性导致大跨度刚构桥上部结构施工过程中存在较大风险,为此,提出一种大跨度刚构桥上部结构施工风险预测方法,准确预测大跨度刚构桥上部结构施工风险。以大跨度刚构桥上部结构施工信息采集与分析为基础,确定该施工工程存在潜在风险后,利用模糊层次分析法识别其潜在风险事故,构建优先关系判断矩阵生成模糊一致判断矩阵,确定主要风险因素;在此基础上,构建大跨度刚构桥上部结构极限状态方程,设计各主要风险因素样本,利用有限元径向基神经网络蒙特卡洛模拟(FRM)算法预测大跨度刚构桥上部结构施工风险。仿真结果表明:利用所提方法可准确预测大跨度刚结构桥上部结构施工风险。关键词:大跨度;刚构桥;上部结构;施工风险预测;层次分析法中图分类号:TP 391 文献标识码:BSimulation of Construction Risk Prediction of Superstructureof Long-span Rigid BridgeLI Li-si,SILANG Yong-zong,WANG Han-long(School of Engineering,Tibet University,Lhasa Tibet 850000,China)ABSTRACT:The risk in the superstructure construction of long-span rigid frame bridge derives from the characteris-tics of long-span rigid frame bridge construction and the complexity of application environment.Therefore,this paperstudied a construction risk prediction method of superstructure of long-span rigid frame bridge.The potential con-struction risk of the superstructure was determined by the analysis of the construction risk of the large-span rigidframe bridge.Fuzzy analytic hierarchy process was introduced to identify potential risk accidents.The priority rela-tionship was established to judge the matrix,and the fuzzy consistent judgment matrix was generated to determine themain risk factors.Then,the limit state equation of superstructure of long-span rigid frame bridge was founded.Sam-ples of major risk factors were set.According to the finite element radial basis function neural network Monte Carlosimulation(FRM)algorithm,the construction risk of superstructure of long-span rigid frame bridge was estimated.The simulation results show that this method can accurately predict the construction risk of superstructure of long-span rigid structure bridge.KEYWORDS:Largespan;Rigidframebridge;Superstructure;Constructionriskprediction;Analytichierarchy process1 引言随着交通领域的快速发展,作为一种全新的桥梁工程,刚构桥以受力合理性的主要优势被普遍使用于山区、丘陵等偏僻或特殊地形中1。大跨度刚构桥施工过程中,较长的施工工期导致其包含风险因素较多。考虑其跨度较大,自身结构较为复杂,施工过程中需确保全部截面的完整性2。大跨度刚构桥上部结构施工过程中通常选用条件普遍对称的分节段悬臂浇筑法,由此对其自身结构造成较为多变的内力与位移波动3。同时结合大跨度刚构桥上部结构施工过程中的大量不确定性因素,令其风险预测成为桥梁工程施工研究领域的热点课题。文献4提出一种基于 F-R-M 法的刚构-连续梁桥施工期结构强度风险预测方法。该方法以某地一特大桥为研941究对象,通过构建有限元模型确定大跨度刚结构施工中存在的敏感参数以及随机变量,然后借助人工智能方法计算建筑结构的主要风险以及结构失效风险,完成施工风险预测。该方法研究中考虑的桥梁参数较多,具有一定预测精度,但操作过程较为复杂,存在一定局限。文献5提出基于 BP 神经网络的跨既有线高速铁路桥梁施工安全风险评估方法。该方法首先通过对现有桥梁进行施工风险因素的识别,借助4M1E 分析方法构建施工安全风险评估指标体系,在此基础上,借助 BP 神经网络对桥梁施工安全风险进行评估。该方法风险预测的速度较快,但构建的风险指标存在一定限制,需要进一步的改善。基于上述方法中存在的不足,本文提出一种新的大跨度刚构桥上部结构施工风险预测方法。通过对大跨度刚构桥上部结构分析,确定其施工风险,完成风险预测。与传统方法相比,本文方法具有风险预测精度高的优势。2 大跨度刚构桥上部结构施工风险预测方法2.1 大跨度刚构桥上部结构施工风险预测流程大跨度刚构桥上部结构施工风险预测以大跨度刚构桥上部结构施工信息采集与分析为基础,确定该施工工程存在潜在风险后,利用模糊层次分析法识别潜在风险因素,并利用有限元径向基神经网络蒙特卡洛模拟(FRM)算法预测大跨度刚构桥上部结构施工风险,输出准确风险预测值。2.2 风险因素确定风险因素确定是大跨度刚构桥上部结构施工风险预测的主要环节6,该环节所获取风险因素的准确性直接影响最终风险预测的准确性。考虑到大跨度刚构桥上部结构施工风险由多方面因素导致,因此,本文采用模糊层次分析法确定主要风险因素7。表 1 所示为大跨度刚构桥上部结构施工风险因素指标。表 1 施工风险因素指标目标层指标层因素层大跨度刚构桥自然环境风险指标地质因素上部结构施工地形地貌因素风险事故识别温度因素指标体系水文因素规划设计风险指标方案合理性因素内容详实性因素结构数据准确性因素可操作性因素建设施工风险指标跨中挠度因素安全保障因素设备使用规范性因素施工工艺适用性因素质量控制风险指标桥墩应力因素目标层指标层因素层墩身垂直稳定性因素主梁应力因素挂篮安装及定位因素合拢端高差因素悬臂安装质量因素悬臂浇筑质量因素 利用层次分析法构建大跨度刚构桥上部结构施工风险事故识别指标体系后,选用三标度法逐一对比不同指标内两个因素8,构建优先关系矩阵,获取模糊一致判断矩阵。利用风险交流获取不同指标体系间相对关键度9。以 U=u1,u2,un表示影响评价对象的 n 种基本因素集合,通过式(1)可表示其优先关系判断矩阵r=r11r12r1nr21r22r2nrn1rn2rnn|(1)式(1)内,rij可通过三标度法获取,所得结果如式(2)所示r=0.5g(i)=g(j)1g(i)g(j)0g(i)规划设计风险指标建设施工风险指标自然环境风险指标。由此说明质量控制风险指标是造成仿真对象上部结构风险的主要指标,其次为规划151设计风险指标,对仿真对象上部结构风险影响最小的指标为自然环境风险指标。3.2.2 层次排序与一致性检验为确定本文方法中指标体系因素层内各因素对于指标层的相对关键度,统计各层权重,确定风险层析总排序,结果如表 3 所示。表 3 层次总排序因素层自然环境风险指标规划设计风险指标建设施工风险指标质量控制风险指标关键性排序0.1310.2190.2030.447C10.02560.02830.02190.026116C20.02170.02350.02220.024117C30.01430.01910.01780.016919C40.03170.03980.04040.040915C50.02090.01870.01980.019618C60.04230.04350.05250.040313C70.03850.04030.04410.041714C80.06980.07590.06130.06985C90.06260.07200.06740.07037C100.04530.05160.04460.044912C110.05680.06630.06230.05769C120.06820.05340.06110.049711C130.07280.08390.07270.08341C140.06350.06980.06840.07196C150.07410.06530.07300.06964C160.06990.05340.06870.06468C170.08580.06360.07590.06972C180.06030.05870.05680.062510C190.07590.07290.06910.07643 分析表 3 得到,仿真对象上部结构施工风险主要指标为质量控制风险指标,其中桥墩应力因素、合拢端高差因素和悬臂浇筑质量因素为造成仿真对象上部结构施工风险的主要因素。3.2.3 风险预测精度分析为进一步验证本文预测方法的有效性,实验分析了本文方法、文献4方法以及文献5方法对样本对象上部结构施工风险预测精度,得到的结果如图 1 所示。分析图 1 中数据可以看出,在相同实验环境下采用本文方法、文献4方法以及文献5方法对样本结构进行预测的精度存在一定差异。相比之下所提方法的预测精度最高约为 99%,而其他两种预测方法的精度始终低于本文方法,验证了本文方法的有效性。图 1 不同方法预测精度分析4 结论大跨度刚构桥上部结构施工过程的复杂性导致其事故风险因素具有复杂性,基于此,本文研究大跨度刚构桥上部结构施工风险预测方法。利用模糊层析分析法确定导致施工风险的主要因素,通过 FRM 算法预测大跨度刚构桥上部结构施工风险。与传统方法相比本文方法可有效确定风险因素,且预测的精度较高。参考文献:1 李检平.大跨混凝土连续刚构桥施工临时结构强度与稳定性分析J.施工技术,2019,48(5):48-51.2 李浩,裴炳志,郭泽平,等.节段现浇预应力混凝土宽箱梁后浇湿接缝的早龄期受力分析及开裂控制J.中外公路,2020,252(2):160-166.3 罗浩,吕海龙,谢献忠,等.风浪荷载共同作用下大跨度刚构桥动力响应规律研究J.公路交通科技,2019,36(8):78-85.4 冯莉,樊燕燕,王力,等.基于 F-R-M 法的刚构-连续梁桥施工期结构强度风险分析J.中国安全生产科学技术,2019,15(9):135-140.5 王飞球,黄健陵,符竞,等.基于 BP 神经网络的跨既有线高速铁路桥梁施工安全风险评估J.铁道科学与工程学报,2019,16(5):23-30