斜拉橋運營期間的風險評估

魏美玲

（日照交通規劃設計院有限公司， 山東 日照 276800）

0 綜述

近代以來中國的橋梁建設事業呈現出跨越式發展，尤其是在大跨度斜拉橋建設方面取得輝煌成就。其中以港珠澳大橋、蘇通大橋、滬通長江大橋等最為矚目。在中國橋梁事業的飛速發展的機遇下，同時也面臨著來自橋梁的管理、維護以及使用壽命的挑戰，因此對斜拉橋運營期間的風險評估迫在眉睫。

1 模糊層次分析法識別主橋運營期間風險源

層次分析法是一種定性與定量相結合的、系統化的、層次化的分析方法；模糊層次分析法是在運用層次分析法的基礎上引入模糊集理論，使之能更準確地反映事物間的實際狀態。本論文采用模糊層次分析法對某海灣大橋運營期間的風險進行識別。

2 建立模糊層次分析結構

根據調研以及專家建議將斜拉橋運營期間風險因素分為兩個層次：第1層為斜拉橋運營期間總風險；第2層為斜拉橋運營期間的八個具體因素。

圖1 海灣大橋運營期間分險層次分析結構

3 構造風險模糊判斷矩陣

通過專家問卷的形式，專家對斜拉橋2個層次的風險因素重要性進行分析、比較和打分。

構造矩陣進行兩兩比較，經一致性檢驗并進行歸一化處理后，最終所求得各個影響因素的權重值。

4 海灣大橋船撞風險概率計算

根據風險因素的分析結果，對斜拉橋最重要的風險-船舶撞擊風險進行建模計算分析。

5 橋梁結構有限元計算

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

根據船舶撞擊Midas軟件分析結果可得斜拉橋橋墩126號單元產生的內力最大，為整個橋梁結構的最危險部位。

6 BP神經網絡構建

根據船撞概率模型，選取23個樣本：20個訓兩樣本，3個檢驗樣本訓練并檢驗BP神經網絡。

表1 仿真結果與有限元分析結果比較

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 計算風險概率

根據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。利用已訓練完成的BP神經網絡，對仿真模擬的10000組船舶撞擊荷載進行計算分析，求得10000組船舶撞擊荷載作用下對應的最不利單元126號單元的內力值。10000組船舶撞擊荷載中，有28個產生的內力大于橋墩允許屈服彎矩。因此，可以得出結論：該斜拉橋在船舶撞擊荷載作用下的風險概率為：

8 總結

本文分析了某斜拉橋在運營期間的潛在風險：首先利用專家打分法對影響斜拉橋營運期間的的八個風險因素進行分析，采用模糊層次分析法，確定了船舶撞擊風險為該斜拉橋運營期間的最主要風險因素；然后利用有限元計算獲得樣本，并訓練檢驗 BP 神經網絡；最后利用Monte Carlo法計算出船撞的風險概率。