[01335174]高速公路桥梁施工安全监控技术研究

一．任务来源 “高速公路桥梁施工安全监控技术研究”是湖南省交通运输厅科技进步与创新计划项目。由长沙理工大学、湖南省通平高速公路建设开发有限公司、中国路桥工程有限责任公司共同承担完成。 二．应用领域与技术原理 应用领域： 桥梁工程施工安全监控与管理 技术原理： （1）从随机过程的视角来看待和研究安全风险事故,根据安全事故的类型与特征,在数学上建立具有某些特定性质的随机过程模型来模拟安全事故发生前安全风险的发生发展演化过程,从而为预测与控制安全事故的发生与发展提供客观而科学的理论依据。 （2）通过调查列出桥梁施工过程中各风险因素,在此基础上建立了灰色关联性风险识别系统以识别重大危险源,结合理想解法的思想建立了新型风险评估模型,并制定相应的评判标准评价风险等级。 （3）从桥梁施工安全事故特点出发,根据对施工事故不同角度的数据统计和分析,将安全流变-突变理论应用到桥梁施工事故发生过程的分析中,提出基于施工全过程事故规律的事故致因范式。 （4）分析了灰色关联分析中不同考考指标选取对结果的影响,提出采用更直观、更符合实际的最危险指标作为参考数列,给出了桥梁施工危险源辨识方法和步骤。考虑LEC辨识的多指标特点,引入了最大离差赋权法进行关联度计算的改进,建立基于离差赋权的风险源灰色关联识别方法。 （5）将施工暂态结构作为安全风险分析的重要内容,从施工暂态结构特点出发,提出采用可靠度方法进行安全风险分析,建立了基于挠度可靠度的安全风险判别方法,完善了安全风险分析的内容。 （6）利用云模型强大的不确定性处理能力,针对目前施工行业内风险评价专家评语的定性习惯和对评价结果定量要求的矛盾,将专家风险评价进行了从定性到定量的转换,提出了采用云滴偏离度进行桥梁施工安全风险评价的方法。 （7）针对轮扣式钢管支模架体系影响因素繁多和目前的计算理论不成熟的状况,提出了模板支架全等效初始缺陷的概念。首先通过试验得到了轮扣式钢管支模架试验模型的极限承载力Pu和荷载-位移曲线,然后基于SAP2000极限承载力线性屈曲分析理论和非线性屈曲分析理论,分析了全等效初始缺陷对轮扣式钢管支架体系稳定承载力的影响,提出了假定等效水平荷载来模拟支架全等效初始缺陷方法,进行高支模架体强度和稳定性的验算。 （8）进行了轮扣式钢管脚手架节点半刚性水平力加载试验,表明轮扣式钢管脚手架节点具有典型的半刚性连接特性,轮扣式钢管脚手架节点连接刚度相当于扣件式钢管脚手架在扣件拧紧力矩40N·m时的连接刚度,且轮扣式钢管脚手架节点连接稳定性和搭设质量、搭拆速度均优于传统的扣件式钢管脚手架,实际施工中能很好的提高施工效率。 （9）基于有限元软件SAP2000建立了轮扣式钢管支模架的有限元模型,分析了包括支模架的搭设参数横距、纵距和步距,扫地杆,水平剪刀撑,竖向剪刀撑,以及顶端伸出长度等构造因素对轮扣式钢管支模架稳定承载力的影响并给出建议取值。 （10）针对有意识的人为差错和无意识的人为差错（人为失误）,分别建立了量化模型。采取博弈论分析有意识的人为差错。而对人为失误,建立了应力强度模型和人工神经网络模型。在人的可靠性研究方面,在人因预测技术、认知可靠性和人误概率分析方法以及SPAR-H方法研究成果基础上,提出对桥梁施工过程人误概率的分析方法。 （11）采用人误因果图来表征人误原因和所造成的结果之间的相互关系,分析了建筑施工中人为失误产生的原因,然后用故障树分析法和结构可靠度 法计算人为失误对结构可靠度的敏感度。 （12）提出了施工期结构可靠度分析方法。方法中分时段或按施工阶段划分时变结构取功能函数,把随机过程模型转变为随机变量模型,把构件可靠度和各失效模式可靠度转变为串并联体系可靠度的分析方法。 三．成果的创造性、先进性 项目开展高速公路桥梁施工安全监控技术研究,采用了与以往不同的研究理念及独特技术,在施工安全风险的预测监控上提出并建立了新型的理论方法与手段。与同类型已有研究相比,本项目具有如下技术创新之处： （1）建立了基于随机过程的施工安全预测监控技术。构造适于描述桥梁施工安全风险演化过程的随机过程模型（Markov过程,正态过程,Possion过程）,以各类事故发生的门限值为安全界限,求解相应的事故发生概率,从而为预测与控制风险-事故的发展演化过程提供了客观而科学的理论依据。 （2）建立了新型的桥梁施工危险源识别及其风险评价方法,克服了传统风险分析方法存在的主观性大的缺点,包括：基于离差赋权和最危险指标的风险源灰色关联识别方法;基于理想解法的灰色关联性风险评价方法,基于挠度可靠度的安全风险判别方法、基于云滴偏离度的安全风险评价方法。 （3）基于matlab平台,根据灰色关联分析和离差最大化原理,编制了可视化软件“桥梁施工安全风险分析系统”。通过计算机操作解决了分析计算较繁琐的问题,能够迅速辨识风险并直观反应风险评价结果,指导风险预警。 （4）提出了假定等效水平荷载来模拟支架全等效初始缺陷方法。解决了钢管支模架刚接计算准确性存在不足的缺点,避免了钢管支模架半刚性计算理论复杂性,同时考虑了结构的非线性。并研究了钢管支模架的搭设参数对其稳定承载力的影响,得到了钢管支模架的搭设参数优化取值。 （5）提出了施工过程人因行为的失误概率计算方法,并给出参考的行为形成因子值。提出了在基准概率基础上计算人误概率的方法,引入修正公式考虑多个行为形成因子之间的相互影响。在对人为差错的统计分析的基础上,建立了人的 可靠性分析模型,从而量化了人的可靠性,可作为桥梁施工安全管理的理论依据。 四．作用意义 多年来桥梁工程施工安全事故频出,施工阶段已成为结构全寿命期的事故高发阶段。目前国内跨越江河、横跨海湾、连接海岛大陆的大规模桥梁工程不断涌现,投资规模动辄上亿、几十亿,甚至数百亿元人民币。这样的投资无论对于投资者还是国家,都是巨大的数目,安全事故所造成的生命、财产损失程度大大增加,经济损失十分巨大。该课题的研究成果已在多个项目中进行了应用,据不完全统计,已累计创造直接经济效益近千万元。 施工安全事故不仅导致了巨大的经济损失,而且也带来社会和政治不安定、家庭痛苦等阻碍社会和谐发展的负面影响。并且,由于事故不可避免地会造成对工程材料的巨大损耗,能源的巨大浪费,并且有可能会直接对工程周边环境造成破坏,桥梁施工安全对维护良好的社会生态环境和节约自然资源、能源也会产生重大积极影响。因此,保证高速公路桥梁工程的施工安全也具有显著的社会效益。