斜拉桥运营期间的风险评估

魏美玲

（日照交通规划设计院有限公司， 山东 日照 276800）

0 综述

近代以来中国的桥梁建设事业呈现出跨越式发展，尤其是在大跨度斜拉桥建设方面取得辉煌成就。其中以港珠澳大桥、苏通大桥、沪通长江大桥等最为瞩目。在中国桥梁事业的飞速发展的机遇下，同时也面临着来自桥梁的管理、维护以及使用寿命的挑战，因此对斜拉桥运营期间的风险评估迫在眉睫。

1 模糊层次分析法识别主桥运营期间风险源

层次分析法是一种定性与定量相结合的、系统化的、层次化的分析方法；模糊层次分析法是在运用层次分析法的基础上引入模糊集理论，使之能更准确地反映事物间的实际状态。本论文采用模糊层次分析法对某海湾大桥运营期间的风险进行识别。

2 建立模糊层次分析结构

根据调研以及专家建议将斜拉桥运营期间风险因素分为两个层次：第1层为斜拉桥运营期间总风险；第2层为斜拉桥运营期间的八个具体因素。

图1 海湾大桥运营期间分险层次分析结构

3 构造风险模糊判断矩阵

通过专家问卷的形式，专家对斜拉桥2个层次的风险因素重要性进行分析、比较和打分。

构造矩阵进行两两比较，经一致性检验并进行归一化处理后，最终所求得各个影响因素的权重值。

4 海湾大桥船撞风险概率计算

根据风险因素的分析结果，对斜拉桥最重要的风险-船舶撞击风险进行建模计算分析。

5 桥梁结构有限元计算

采用Midas软件建立了该斜拉桥运营期间有限元分析模型。本模型共建立梁单元674个（模拟主梁和塔），桁架单元156个（模拟斜拉索）。

根据船舶撞击Midas软件分析结果可得斜拉桥桥墩126号单元产生的内力最大，为整个桥梁结构的最危险部位。

6 BP神经网络构建

根据船撞概率模型，选取23个样本：20个训两样本，3个检验样本训练并检验BP神经网络。

表1 仿真结果与有限元分析结果比较

3 -5289.5 -5282.12 0.1 4 -6003.76 -6003.76 -0.004 5 -6371.71 -6371.71 -0.244 训练样本 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 检验样本 12 -9964.63 -9974.33 -0.097 18 -13449.3 -13532.7 -0.62 22 -16447 -16462 0.091

7 Monte Carlo 计算风险概率

根据Monte Carlo原理，在Matlab中编写程序，使其仿真模拟10000组船舶撞击荷载。利用已训练完成的BP神经网络，对仿真模拟的10000组船舶撞击荷载进行计算分析，求得10000组船舶撞击荷载作用下对应的最不利单元126号单元的内力值。10000组船舶撞击荷载中，有28个产生的内力大于桥墩允许屈服弯矩。因此，可以得出结论：该斜拉桥在船舶撞击荷载作用下的风险概率为：

8 总结

本文分析了某斜拉桥在运营期间的潜在风险：首先利用专家打分法对影响斜拉桥营运期间的的八个风险因素进行分析，采用模糊层次分析法，确定了船舶撞击风险为该斜拉桥运营期间的最主要风险因素；然后利用有限元计算获得样本，并训练检验 BP 神经网络；最后利用Monte Carlo法计算出船撞的风险概率。