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不断发展的桥梁建设事业,在获得重大进展和巨大成就的同时,桥梁事故甚至是突发性桥梁垮塌事故仍不断发生,这说明在桥梁的设计、施工、养护管理等环节仍存在很多问题。正确面对已发生的事故,深入分析导致工程事故的关键原因,不但可以发现规律、提高认识;而且可以研究预先判断潜在事故隐患的方法,从而使事故转变为效益,已得到了国内外许多专家的肯定。于是,对已有桥梁事故的分析就成为国内外学术界、工程界关注的热点。
本文首先阐述了对已有桥梁事故分析的重要性和必要性,并对一些桥梁事故及分析方法进行回顾。在此基础上,提出应用改进型事件树分析法进行事故原因的定性分析,针对某个具体的事故原因,则采用仿真反演分析方法进行定量分析。结合宁波招宝山大桥施工事故,本文综合专家意见、现场调查以及已有的事故分析报告等确定了该桥梁可能事故原因:①箱梁底板设计厚度不足;②局部斜拉索超张拉;③海上脉动风的作用;然后应用改进型事件树分析法确定了该桥梁事故仿真反演分析的方案;最后通过事故仿真反演分析确定事故原因。
本文的事故仿真反演分析包括静力和动力两个方面。静力仿真反演分析主要考虑招宝山大桥施工阶段三种索力分布情况和两种箱梁底板厚度对主梁空间应力状态的影响。具体分析计算时,先就斜拉桥的三个主要受力构件的力学性能及非线性处理方式进行了介绍,并重点回顾了拉索模型的几何非线性和研究现状,在此基础上提出了一种考虑端部弯矩和垂度效应的拉索模型,通过两个算例与其它拉索模型进行了比较分析,表明该模型的可行性;然后对仿真模型进行了介绍,并将上述拉索单元及非线性处理方式应用到事故仿真反演分析模型中;最后对已确定的两种可能事故原因(拉索局部超张拉和底板厚度不足)应用ANSYS进行仿真反演分析,确定这两种可能原因对事故发生的影响。
动力仿真反演分析主要考虑招宝山大桥施工阶段固有动力特性和主梁处水平横向脉动风对主梁空间应力的影响,并对脉动风的理论作了详细的介绍,根据其理论应用Matlab软件编制相应程序对其进行模拟,然后将其模拟结果基于ANSYS模拟其对主梁空间应力状态的影响。
通过事故仿真反演分析,本文认为招宝山大桥施工阶段事故的发生是三种事故原因共同作用的结果:斜拉索局部超张拉是事故发生的主要原因,在斜拉索局部超张拉下,箱梁底板厚度不足也使事故得以发展,同时脉动风的作用也在一定程度上影响该桥梁事故的发生。