大跨径预应力混凝土梁式桥施工期船撞风险分析

论文摘要

随着我国跨江河以及海峡海湾大桥的日益增多和船舶运输业的快速发展,桥梁遭受船舶撞击的事故时有发生,轻者桥梁受损,重者桥梁垮塌。船撞桥事故属于风险事件,涉及到许多不确定性因素。如何科学评价船桥相撞风险事件、采取合理措施把风险水平降到社会所能接受的程度,从而为设计人员和决策者提供依据,这正是本文研究的内容和目的。本文以大跨径预应力混凝土梁式桥建设期船撞风险为主要研究对象,围绕以下几个方面展开研究:1.本文首先回顾和总结了国内外船撞桥问题的研究及进展概况,包括船撞桥的力学问题研究、船撞桥风险分析（包括船撞桥的概率、后果以及风险准则等）、船撞桥事故研究、桥梁防船撞设计方法以及桥梁防撞设施研究等方面。2.大跨径预应力混凝土梁式桥船撞分析理论框架研究。阐述了风险的基本概念与风险分析的基本原理,给出了风险的一般性定义,明确给出大跨径预应力混凝土梁式桥结构船撞风险定义,构建了桥梁船撞风险分析总体理论框架;3.对桥梁船撞概率的计算模型进行了深入研究。在对比分析目前国内外现有模型的基础上,本文将BP神经网络系统方法引入了船撞桥概率的研究当中。采用MATLAB语言程序和现有数据样本,以桥梁跨径、水流流速、水流方向与桥轴法线的夹角以及桥区航道弯曲度等4个船撞桥主要影响因素为输入参数,以船撞桥概率为输出参数,经训练得到了能较好地反映上入参数影响的撞判断系统。4.基于ANSYS概率有限元的船撞可靠性分析。针对传统的求解结构可靠度的方法的不足,本文提出了利用有限元软件ANSYS与MonteCarlo数值模拟相结合的概率有限元法（ F-M）来分析结构施工期关键工况的可靠度。5.对桥梁船撞的风险接受准则进行了研究。在对比和研究国内外桥梁船撞相关规范、各行业的风险水平、各类自然灾害的风险水平和我国现有事故的基础上,初步建议了我国桥梁船撞倒塌风险的接受准则和等级评价标准。将桥梁的年倒塌频率大于10-3定为高风险, 10-510-3为中等风险, 10-710-5为低风险,小于10-7为可忽略风险,并建议了初步的风险处置对策。6.工程实例—北山大桥船撞风险分析。运用本文建立的大跨径预应力混凝土梁式桥的船撞风险评价理论,对北山大桥施工期间船撞风险进行分析。最后,对全文所做的研究工作进行了总结,并对今后的研究工作进行了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 船撞桥风险分析研究的必要性
• 1.2 船撞桥事故调查
• 1.2.1 国外典型船撞桥事故
• 1.2.2 国内典型船撞桥事故
• 1.2.3 船撞桥事故总体趋势
• 1.3 船撞桥理论研究及应用现状
• 1.3.1 船撞桥风险分析研究现状
• 1.3.2 船撞桥有限元仿真及碰撞力学研究现状
• 1.3.3 船撞桥可靠度研究现状
• 1.3.4 降低船撞桥风险措施的研究现状
• 1.4 本文主要研究内容及技术路线
• 1.4.1 主要内容
• 1.4.2 技术路线
• 第二章 桥梁施工船撞风险评价的基本理论
• 2.1 风险的基本概念
• 2.1.1 风险的定义
• 2.1.2 风险的度量
• 2.2 桥梁施工船撞风险分析的基本方法
• 2.3 基于概率风险的大跨径预应力混凝土梁式桥船撞风险评估
• 2.3.1 大跨径预应力混凝土梁式桥施工船撞风险分析的相关定义
• 2.3.2 基于概率风险的桥梁船撞风险评估原理
• 2.3.3 桥梁船撞风险评估系统的基本框架
• 2.4 桥梁施工船撞风险接受准则研究
• 2.5 桥梁施工船撞风险应对策略及决策准则研究
• 2.5.1 桥梁施工船撞风险应对策略研究
• 2.5.2 桥梁施工船撞风险决策准则研究
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于BP 神经网络的船撞桥概率估算方法
• 3.1 人工神经网络的基本原理和基本特点
• 3.1.1 人工神经网络的基本原理
• 3.1.2 人工神经网络的基本特点
• 3.2 BP 神经网络
• 3.2.1 BP 神经网络结构
• 3.2.2 BP 神经网络算法的数学描述
• 3.2.3 BP 神经网络算法的训练过程
• 3.2.4 Matlab 神经网络仿真与应用
• 3.3 应用BP 神经网络估算桥梁船撞概率
• 3.3.1 BP 神经网络结构的建立
• 3.3.2 BP 神经网络输入参数的确定
• 3.3.3 BP 神经网络样本的选择及数据准备
• 3.3.4 BP 神经网络估算船撞桥概率的实现
• 3.3.5 训练结果分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于ANSYS 概率有限元的船撞可靠性分析
• 4.1 结构的失效概率与功能函数
• 4.2 两种极限状态
• 4.3 结构失效概率常用的计算方法及其评述
• 4.3.1 结构失效概率常用的计算方法
• 4.3.2 结构失效概率计算方法评述
• 4.4 基于ANSYS 概率有限元的可靠性分析
• 4.4.1 高墩结构的极限状态功能函数
• 4.4.2 蒙特卡罗法的基本原理
• 4.4.3 拉丁超立方抽样法（LHS）的抽样原理
• 4.4.4 结构可靠性分析数值模拟的实现
• 4.5 本章小结
• 第五章 桥梁施工船撞风险接受准则及风险应对与决策研究
• 5.1 桥梁施工船撞风险接受准则研究
• 5.1.1 现有桥梁船撞风险接受准则
• 5.1.2 其它工程结构风险接受准则
• 5.1.3 风险接受准则的分类及其制定的常用方法
• 5.1.4 桥梁船撞风险接受准则及等级评价标准
• 5.2 桥梁施工船撞风险应对策略及决策准则研究
• 5.2.1 桥梁施工船撞风险应对策略研究
• 5.2.2 桥梁施工船撞风险决策准则研究
• 5.3 本章小结
• 第六章 工程实例—北山大桥施工船撞风险分析
• 6.1 北山大桥工程概况
• 6.1.1 工程项目简介
• 6.1.2 设计指标
• 6.1.3 主桥基本构造
• 6.2 北山大桥桥区通航情况
• 6.2.1 桥区水道流量流速流向
• 6.2.2 桥位通航条件及通航净空尺度
• 6.2.3 通航船舶及船舶航行速度
• 6.3 北山大桥防船撞设计情况
• 6.3.1 《公路桥涵设计通用规范》防船撞设计要求
• 6.3.2 北山大桥防船撞设计情况
• 6.4 北山大桥船撞力计算及桥墩抗力计算
• 6.4.1 北山大桥船撞力计算
• 6.4.2 北山大桥桥墩抗力计算
• 6.5 北山大桥各桥墩不同水位频率估算及船舶交通流量估算
• 6.5.1 各桥墩不同水位频率估算
• 6.5.2 船舶交通流量估算
• 6.6 北山大桥船撞概率估算及风险校核
• 6.6.1 桥梁船撞概率估算
• 6.6.2 桥梁倒塌概率PC 估算
• 6.6.3 桥梁倒塌风险校核
• 6.7 北山大桥施工中关键工况可靠性分析
• 6.7.1 桥墩船撞可靠性分析
• 6.7.2 最长悬臂船撞可靠性分析
• 6.8 北山大桥施工船撞风险应对与决策
• 6.9 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 作者简介
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 作者在攻读硕士学位期间参与的科研课题
• 致谢