基于FMEA的土层锚杆病害预测分析.pdf

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1、第45卷第2期西安建筑科技大学学报(自然科学版)Vo1．45No．22013年4月J．XianUniv．ofArch．&Teeh．(NaturalScienceEdition)Apr．2013基于FMEA的土层锚杆病害预测分析汪班桥，门玉明(1．长安大学地质工程与测绘学院，陕西西安710054；2．国土资源部岩土工程开放实验室，陕西西安710054)摘要：通过设定土层锚杆的FMEA评定标准：故障严重度评价标准、故障频度评价标准、故障探测度评价标准，建立了土层锚杆支护体系的FMEA分析表，得出系统存在的各种失效模式，并指出了各种失效模式的责任部门．对土层锚杆的RPN值进行分析，预测出了土层锚

2、杆的四种高风险病害：土层与注浆体之间的剪切破坏、注浆体与筋体之间的剪切破坏、锚杆拉出破坏、锚杆直接破坏．并获知：土层锚杆的高风险病害主要集中在锚固段，且施工部门的责任比例较大，对这一部位，不仅应加强设计，而且应强化其施工管理．关键词：土层锚杆；失效模式；影响分析；风险顺序数；高风险病害中图分类号：TU942；X947文献标志码：A文章编号：1006—7930(2013)02—0228—05土层锚杆支护结构作为一个整体系统，其各个组成部分在使用过程中会发生各种各样不同的病害，病害的类型不同、发生的部位不同，对土层锚杆锚固性能的影响也就不同[1]．要保证土层锚杆的可靠性，最好的方法便是预防病害

3、．如何在土层锚杆的系统设计审查时，找出整个锚杆系统中的薄弱环节和潜在缺陷]，就显得尤为重要．目前，国内外对土层锚杆病害的研究主要是从力学机理的角度着眼，从定性的角度分析，没有定量化的数据作为依据，大多只是提出锚杆的破坏形式[3]．对各种破坏模式的风险顺序及锚杆各段杆体的病害频度没有涉及．失效模式与影响分析(FMEA，FailureModelsandEffectAnalysis)作为可靠性工程领域的基本工具，是一种用来确定潜在失效模式及其效果的分析方法]．它的核心是对失效从严重度S(Severi—ty)、频度o(Occurrence)和探测度D(Detection)3个维度评估风险l_6。]

4、，通过量化指标确定风险的失效模式及关键失效起因，并制定预防措施加以控制，从而将风险减少到可接受的水平．本文利用FMEA对土层锚杆可能出现的病害类型进行分析，预测土层锚杆设计、施工过程中最易发生病害的位置及病害类型，明确哪些故障模式对土层锚杆支护系统的安全性、稳定性有影响，其分析结果不仅可以为其设计、综合安全评价等工作提供信息，还可为土层锚杆使用过程的安全检测工作提供参考依据．1失效模式与影响分析(FMEA)FMEA是一种预防性的可靠性分析技术．它是使用结构化的系统程序方法，及早发现产品潜在的失效模式，探讨其失效原因及失效发生后对上一层分系统、次系统和系统所造成的影响，并采取适当的预防措施和

5、改进方案．该方法实际上是FMA(失效模式分析)和FEA(失效影响分析)的组合．在设计和运行系统时，通常有3道控制缺陷的防线：避免或消除失效起因、预先确定或检测失效、减少失效的影响和后果．FMEA正是从第一道防线就将缺陷消除在摇篮之中的有效工具．它对各种可能的风险进行评价、分析，以便在现有技术的基础上消除风险或将风险减小到可接受的水平，提高系统过程的可靠性，降低后期进行弥补改善的成本[5_6J．FMEA分析的流程如图1所示．收稿日期：2011-11一O8修改稿日期：2013—03—19基金项目：国家自然科学基金青年科学基金资助项目(41102177)；国家中央高校基本科研业务费专项(CHD2

6、011JC181)；长安大学基础研究支持计划专项基金资助；国土资源部岩土工程开放实验室资助．作者简介：汪班桥(1977一)，女，陕西I临潼人，讲师，现从事地质工程学、安全工程学的教学与科研工作．第2期汪班桥等：基于FMEA的土层锚杆病害预测分析229组成FMEA评估小组2土层锚杆支护体系失效模式与影响分析收集资料并确定系统功能特性2．1土层锚杆的系统功能框图土层锚杆支护系统由锚头及垫块、锚杆杆体和土体三部分析系统失效模式分组成口。]．依照这三个组成部分之间荷载的传递过程，绘分析失效原I1分析现有检测I1分析失效效率制其功能框图，如图2所示．因及发生率II手段及难检度If及严重度2．2土层锚

7、杆FMEA评定标准设定根据发生率、难榆度、严重度分析主要失效模式2．2．1土层锚杆的严重度土层锚杆的严重度是指土层锚杆的故障模式对土层锚杆建立FMEA分析表功能的影响程度．严重度是单一的FMEA范围内的相对定级实施改进措施并新进行分析结果，如表1所示．2．2．2土层锚杆的频度图1故障类型及影响分析程序框图Fig．1Failuremodeandimpactanalysisflowchart土层锚杆的频度是指土层锚杆可能出现