小半径钢结构桥梁施工安全综合评价系统研究

小半径钢结构桥梁施工安全综合评价系统研究

杨俊峰1韩丽丽1

（1.河南省交通规划设计研究院股份有限公司 河南郑州 450000）

摘要：通过层次分析法建立包括目标准则层、目标层和指标层的模型，确定了各指标的权重，使用灰色聚类法建立梁定量评价小板件钢结构桥梁施工安全的计算方法，通过叶鲁高速C匝道跨郑栾高速桥的实际评价，得到了该大桥基于小半径钢结构桥梁施工安全综合评价结果为II级，即基本合格，并且为今后这方面建设提出建议。

关键词：小半径钢结构桥梁；层次分析法；灰色聚类法

Abstract: The concept of construction of small radius steel structure bridges is proposed。And the comprehensive evaluation system for small radius steel structure bridges is established. Each index’s weight is determined by AHP. The quantitative evaluation of construction of small radius steel structure bridges is calculated by grey clustering method. The C-ramp of Yelu Expressway crosses the Zhengluan Expressway bridge is evaluated. It’s proved that construction of small radius steel structure bridges of C-ramp bridge is qualified (II)，At last, the suggestions for future construction in this area are recommended.

Key words: small radius steel structure bridges;AHP; grey clustering method

钢结构桥梁因其自重轻、制造加工技术成熟、施工效率高、耐久性好等优良特性，近年来成为桥梁工程建设的主要结构形式之一，而小半径曲线钢结构桥梁因其结构线形美观、占用桥下空间小、对既有交通干扰小、适应多种场地，在高速公路、城市高架桥、枢纽互通式立交应用广泛。然而，钢结构桥梁的侧翻、倒塌、倾覆也成为近些年不断出现的重大事故。如：2007年10月，内蒙古自治区包头市民族东路高架桥简支钢箱梁主梁突然发生倾覆，造成4人受伤；2010年11月，江苏省南京市城市内环西线快速路的南延工程匝道简支钢箱梁桥发生侧翻施工，造成7人死亡，3人受伤；2012年8月，哈尔滨市三环路群力高架桥洪湖路上桥分离式匝道桥倾覆，造成3人死亡，5人受伤；2020年10月，四川省叙永县正东镇境内在建的叙威高速公路TJ1标段普占互通发生一起钢箱梁倾覆事故，致3人死亡、5人受伤；2021年12月，湖北省鄂州市大广高速花湖互通D匝道钢箱梁桥发生桥面侧翻施工，造成4人死亡，8人受伤；2021年11月，弥玉高速施工现场，钢箱梁在架设过程中，发生坠落，砸在在建高速下方的道路上。这些事故发生一方面是由于超载现象的管理不到位，另一方面，也暴漏出钢结构桥梁在设计施工过程中存在一定的风险因素。

本文将重点研究小半径钢结构桥梁建设过程中施工安全评价系统的建立和应用，采用灰色聚类评价法对桥梁绿色施工进行等级评价，为今后相关建设项目 的应用提供参考依据。

1 小半径钢结构桥梁施工安全指标体系

钢结构桥梁施工不同于一般的混凝土结构施工，由于小半径钢结构桥梁的复杂性和施工技术要求高等特点，其设计表达因素决定了后期施工的组织安排，在整个桥梁施工中起到了先导作用。施工企业的主观因素是评价小半径钢结构桥梁施工水平必不可少的组成部分，因为作为桥梁建设的主要承担者，施工企业的主观意识决定了其施工水平，通过征集在桥梁建设领域的多为专家、学者和一线管理人员，得到了企业管理水平、一线技术水平、施工过程监督、业主协调管理和钢结构加工品质组成了评价施工主观因素的指标。施工客观因素同样影响着小半径钢结构桥梁施工的水平，例如，钢结构运输、施工场地条件和施工装备投入就具有典型的代表性。最后，小半径钢结构桥梁施工中保护措施因素不能不考虑，因为施工过程中对于既有交通组成系统的保护是最直接能表达小半径钢结构桥梁安全施工理念的外在指标。综合上述考虑和分析，建立了小半径钢结构桥梁安全施工综合评价指标系统如图1所示。

图1 小半径钢结构桥梁施工安全综合评价指标体系

2 AHP法计算各层次权重系数

2.1AHP法介绍

设某层指标为，两两比较

，对上层某个指标的影响重要程度，以＝表示，的值用数字1~9及其倒数表示 ，即用AHP 中的标度表示，标度含义见表1。

表1 AHP标度含义

最后构成判断矩阵，矩阵中元素的定义如下。

式中：；。

层次判断矩阵构造后，计算判断最大特征值及其对应的特征向量，然后将特征向量归一化处理，获得同层各评价指标相对于上层某一指标重要性的排序权值，此过程即为层次单排序构造的判断矩阵应进行一致性检验。

2.2准则层权重确定

根据专家咨询法，咨询了多位桥梁领域专家，建立了准则层到目标层的判断矩阵，将准则层的所有指标两两相互比较就可以得到准则层的判断矩阵，从而得到指标权重，见表2。

表2准则层判断矩阵及指标权重

2.3指标（方案）层权重确定

参照AHP的使用方法和准确层相对于目标层的权重确定方法，同理就可以得到指标层相对于准则层的判断矩阵和权重见表3~表6.

表3指标层关于指标的判断矩阵及权重

表4指标层关于指标的判断矩阵及权重

表5指标层关于指标的判断矩阵及权重

表6指标层关于指标的判断矩阵及权重

3 基于灰色聚类法的桥梁绿色施工评价

灰色聚类法是一种基于灰数的白化权函数评价方法，其具体的算法描述详见文献。灰色聚类法中白化权函数和白化权聚类系数以及聚类向量的确定是关键。白化权函数选用函数，其解析表达式如下。

式中：为指标子类白化权函数，为灰类。

在确定了白化权函数后白化权聚类系数以及聚类向量的计算如下：，为小半径钢结构桥梁施工评价的白化权聚类系数；为指标子类白化权函数；为指标在综合聚类中的权重。通过计算小半径钢结构桥梁施工评价的白化权聚类系数可以构造出聚类向量，如果，则判断对象属于灰类。

小半径钢结构桥梁施工安全评价系统将待评价桥梁工程分为3个级别，分别为I级、II 级、III 级，每个级别对应的小半径钢结构桥梁施工安全评价解释见表7。

表7小半径钢结构桥梁施工安全评价等级解释

对于小半径钢结构桥梁安全施工中各项评价指标的灰数确定分别参考绿色建筑评价标准[12] 、绿色生态住宅评估手册[13]及咨询评估专家，采用Delphi法[14]得到了其具体数值见表8。

表8小半径钢结构桥梁施工安全评价指标灰数表

4 工程实例

4.1工程概况

C匝道跨郑栾高速桥是河南省叶县至鲁山高速公路枢纽型互通控制性桥梁工程，本桥上部结构为(35+50+35)m三跨一联钢箱梁桥，平面曲线半径R=100m，桥面横坡5%，按公路-I级设计。桥梁建设按照《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T 3650—2020)严格施工，在设计、管理、监管和技术保障等方面贯彻技术创新、质量可靠、节能环保的理念。

4.2评价系统计算分析

大桥建设邀请包括桥梁专业教授团队、高速建设管理专家在内的7位业内资深人士严格按照灰类评分标准进行评分，根据各位专家的评分结果整理得到C匝道跨郑栾高速桥桥梁施工安全指标值见表9。

表9 　C匝道跨郑栾高速桥施工安全指标值

根据白化权聚类系数的计算方法计算得到各评价指标的白化权系数见表10。

计算出各指标的白化函数聚类系数后可以根据上文描述进一步计算得到设计表达、施主观因素、施工客观因素、施工保护措施以及桥梁施工安全的总评价结果，具体的计算结果见表11。

表10 　白化权系数值

表11 　小半径钢结构桥梁施工安全评价指标体系综合聚类系数及评价结果

根据如果，则判断对象属于灰类的原则，C匝道跨郑栾高速桥的桥梁施工安全评价结果如下：设计表达III级、施工主观因素II级、施工客观因素II级、施工保护措施II级、总评价等级II级。

通过C匝道跨郑栾高速桥的桥梁施工安全评价可以看出现阶段对于小半径钢结构桥梁施工的措施和监管还不够完善，相关施工企业和管理部门应该给予重视。