基于层次分析法节段梁拼装施工风险评估

李国琪

摘要：针对某高速铁路中56m节段预制拼装的单箱单室简支箱梁，依据节段预制胶接工艺施工过程中的主要风险因素，建立基于层次分析方法的数学模型进行风险评估。采用定量的方法确定了桥梁施工过程中各风险因素的权重，按其优先级进行排序，并采取有针对性的风险控制措施。

Abstract：  For a 56m segmental prefabricated simple supported single cell box beam in a high speed railway， according to the main risk factors during the construction of the prefabricated gluing process，  a mathematical model based on the analytic hierarchy process is established to carry out risk assessment. The quantitative method is used to determine the weight of each risk factor in bridge construction. The factors are sorted by priority， and targeted risk control measures are taken.

关键词：简支箱梁;节段拼装;层次分析法;风险评估

Key words： simple supported box beam;segmental erection;analytic hierarchy process;risk assessment

中图分类号：U447                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）16-0075-03

0  引言

随着我国桥梁建设技术水平的进步，桥梁结构体系变得更加复杂，各种不确定性对桥梁的影响也越来越大。在桥梁施工过程中，施工方案的不同、施工过程中桥梁受力状态的变化、施工的环境条件等使得桥梁施工中各种不确定因素增加，从而加大了桥梁施工中所面临的风险。基于此，对于桥梁建设而言，如何科学评估桥梁施工中各种风险因素，并采取有效应对措施是其重要课题[1-6]。

节段预制胶接桥梁工程有其特殊性，本文结合这类项目特点，分析形成安全事故的主要原因，提出安全风险评估指标体系，在查阅相关文献的基础上，采用层次分析法构造桥梁安全性评价的层次结构模型，确定各级指标的权重，进而构造风险评估模型[7，8]，并结合实例进行评估分析。

1  层次分析法

1.1 层次分析法原理

20世纪后期，美国学者提出了一种决策分析方法，即层次分析法，该方法目前得到了广泛应用[9]。应用层次分析法解决问题时，首要找到解决问题时面临的主要因素，然后按照其隶属关系把这些因素构成递阶层次模型，利用构造判断矩阵和简单排序解决问题。

1.2 层次分析法步骤

利用层次分析法分析包含以下四个步骤：

1.2.1 建立阶梯式层次模型

确定风险评估目标以及判断准则，分析系统中个元素之间的关系，明确各元素的隶属关系及其在模型中所处的层次，从而形成风险评估层次模型。

1.2.2 构造两两判断矩阵

1.2.3 确定风险因素的相对权重

1.2.4 一致性检验

1.2.5 各层元素对目标层的合成权重，计算公式如下：

2  层次分析法基于层次分析法桥梁施工风险评估流程

2.1 项目风险识别

项目风险识别是根据项目定义，研究确定所有可能对评估目标形成影响的风险事态，并形成列表。通过多种方式均可以获取项目风险列表，包括借助过往研究经验、现场调查、查阅相关资料数据、与专家通过交流等，其目的是能够得到尽量全面的风险列表，以保证风险结构模型体系的完备性。

2.2 建立层次结构模型

首要找到解决问题时涉及的主要因素，然后按照其隶属关系把这些因素构成递阶层次模型，然后根据层次分析法原理确定所建立结构模型的目标层、准则层、指标层，将方案的风险水平称之为评估模型的目标层，分析风险因素将对施工质量、结构耐久性等造成的影响形成准则层，所有识别的风险因素作为指标层，由此建立桥梁施工阶段的风险评估的阶梯层次模型。

2.3 构造风险因素的判断矩阵并进行计算

根据项目风险取值表，相互比较每一个风险元素在所属上层元素下的相对重要性，根据所得的判断结果计算每个风险因素的相对权重，然后进行一致性检验，最后得出各層元素对目标层的合成权重。

2.4 层次总排序

确定各个风险因素的危害程度，得到施工阶段总的风险水平，并制定相应的风险策略。

3  56m节段预制胶接箱梁风险评估

3.1 工程项目简介

银西铁路银吴客银川机场黄河特大桥17#-30#墩初拟设计为13孔56米节段预制拼装箱梁，由于节段拼装架桥机设备的缺乏及施工工期的限制，最终改为支架现浇施工，本文在不考虑以上因素的影响下对此施工方案综合抗风险性能进行评估。

3.2 风险识别并建立层次模型

经查阅文献资料，确定风险因素为风致灾害、预应力、剪力键、普通钢筋、环氧胶技术为主要的风险因素，基于层次分析法，按照桥梁施工过程风险评估流程，定义层次模型的目标层为节段预制胶接施工风险水平，准则层为施工质量、结构耐久性、指标层为风致灾害、预应力、剪力键、普通钢筋、环氧胶技术[10]。建立层次结构模型，如图1所示。

3.3 构造判断矩阵并检验单排序一致性

3.4 计算组合权重排序并检验一致性

根据上述得出的结果，计算出组合权重如表6。

由于准则层只有两项，故一致性满足要求，认为该层次结构的所有判断具有整体满意的一致性。

3.5 依据组合权重优先级排序

由以上的计算结果可以得出，该桥梁施工中风险因素的排序为：预应力、剪力键、普通钢筋、风致灾害、环氧胶技术。

4  风险控制措施

相对于整体现浇而言，节段预制胶接拼装结构具有混凝土不连续、接缝处纵向普通钢筋的特点。所以胶接拼装桥梁需要较高的预应力度来弥补接缝边缘抗拉强度，在布置预应力钢筋时应合理布置，确保各截面处于全截面受压状态;其次，为了有效的承受及传递接缝上的剪力，腹板上的剪力键应尽量全高度布置，基于美观要求在箱梁外侧留有一定距离，考虑到涂胶方便腹板剪力键在箱梁内侧设为通缝，顶板和底板设挤胶槽口;对于普通钢筋，在箱梁的接缝处应加强布置，将固定于顶板上、下层纵向分布钢筋的竖向扣筋设置在跨中区段接缝两侧顶板内，将固定于腹板箍筋的封闭箍筋设置在接缝两侧顶板与腹板结合区内;胶的配合比根据环境温度和固化时间来选定;考虑到施工时风致灾害的影响，预制梁时可以选择气候相对较差的时间，在施工时一定要按照相关规范要求作业，在保证工作人员安全的前提下保质保量的进行施工。

5  结语

通过对层次分析法的研究以及对节段胶接预制拼装箱梁的特点的了解，利用层次分析法构造数学模型，从而定量地分析预制拼装胶接箱梁在施工过程中所面临的重要的风险因素，确定各因素的层次优先级顺序，并提出相应的风险控制措施，从而保证桥梁建设安全有效的进行。

参考文献：

[1]Deng J. Structural reliability analysis for implicit performance functions using artificial neural network[J]. Structural Safety. 2005， 27： 25-48.

[2]Hadipriono F.C. Analysis of Events in Recent Structural Failures[J]. Journal of Structural Engineering. 1985， 111（7）： 1468-1481.

[3]Hadipriono F.C.， Diaz， C.F. Trends in recent construction and Structural Failures in the United States[J]. Foren. Eng. 1988， 1（4）：227-232.

[4]陈亮，陈玉文.SWOT-AHP分析法在仿制药研发过程中风险管理的运用[J].广州化工，2018-12-23.

[5]YuSuPing. Cast-in-place bridge construction safety risk assessment of fuzzy analytic hierarchy process [J]. Journal of sichuan institute of technology （natural science edition）. 2014.

[6]周凌宇，鄭恒，侯文崎，尹国伟.短线预制箱梁节段线形误差的改进调整法[J].华中科技大学学报（自然科学版），2016（09）.

[7]RuanXin. Bridge project risk assessment system and the key problems in research [D]. Shanghai： institute of civil engineering of tongji university. 2006.

[8]高伟.基于层次与灰色模糊理论的桥梁建设风险评估研究[D].成都：西南交通大学，2012.

[9]许树柏.层次分析法原理[M].天津：天津大学出版社，1998.

[10]高凝哲.预制节段拼装架设桥梁的耐久性分析[J].中国水运，2007（10）：70-73.