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橋梁施工安全事故流變——突變規(guī)律

文檔作者：楊偉軍1 王鵬1 2 楊永達(dá)1 文檔來源： 1.長沙理工大學(xué)土木與建筑學(xué)院 2.中鐵十一局集團(tuán)		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年08月18日
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學(xué)兔兔
第35卷增刊
2013年6月
土木建筑與環(huán)境工程
 Journal of Civil, Architectural &amp;amp; Environmental Engineering
 Vol.35
jun.2013
doi:10.11835/j.issn.1674-4764.2013.1.010
橋梁施工安全事故流變突變規(guī)律
楊偉軍1,王鵬12,楊永達(dá)1
(1.長沙理工大學(xué)土木與建筑學(xué)院,長沙4100762.中鐵十一局集團(tuán),武漢430062
摘要:結(jié)合橋梁施工事故的特點,通過對流變突變理論的橋梁施工安全事故規(guī)律研究,繪制出橋梁施工安全事故
流變規(guī)律曲線。建立了橋梁施工安全事故流變突變數(shù)學(xué)模型,基于該數(shù)學(xué)模型采用數(shù)學(xué)軟件 MATLAB分析了事故
致因與流變突變曲線的關(guān)系。對該數(shù)學(xué)模型進(jìn)行假設(shè)性驗證分析,得到起始安全度和衰減系數(shù)對事故時間的影響。
通過支架結(jié)構(gòu)的施工期變形的監(jiān)測數(shù)據(jù)和某次支架坍塌事故實驗證流變一突變數(shù)學(xué)模型是合理的
關(guān)鍵詞:橋梁施工安全事故;流變突變理論;安全度;我減率;流變突變曲線
中圖分類號:TV332.19文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號:1674-4764(2013)1-0040-05
 Safety Accident Law of Bridge Construction Based
 on the Rheology and Mutation Theory
 YANG Weijun' WANG Peng12 YANG Yongdal
 1. School of Cil Engineering and Arehitecture, Changsha University of Science and Technology, Cha
 ingsha 410076, P. R. China:
 Abstract: Based on the characteristics of the bridge construction accident, the bridge construction safety accident rheological rule
 curve was drawn by studying on the theory o
 eology and mutation bridge construction safety accident law. The bridge
 construction safety accident rheology and mutation mat
 al model was set up, and the cause of the accident and the
 relationship between rheological mutation curve was
 ed using the mathematical software MATLAB based on the
 ect was obtained by means of verify and analysis on
 the mathematical model. The rheology and mutation mathematical model is proved to be reasonable, through studying on the
 deformation monitoring data support structure during construction
 Key words: bridge construction accident; the rheology and mutation theory; degree of safety: attenuation rate; rheology and
 mutation cur
近年橋梁安全事故頻發(fā),支架坍塌后果最為嚴(yán)重,對人
橋梁施工安全風(fēng)險分析的根本目的是為了防止安全事
民的生命和財產(chǎn)安全造成巨大損害,橋梁施工安全問題再次故的發(fā)生因此在進(jìn)行風(fēng)險分析前應(yīng)該對安全事故的致因
引起廣泛關(guān)注施工安全事故的種類較多,應(yīng)結(jié)合施工生產(chǎn)及其發(fā)生過程有深刻的認(rèn)識從而能夠?qū)?dǎo)致安全事故發(fā)生
特點從分析安全事故的特點著手,掌握事故發(fā)生規(guī)律,著重的危險源影響程度等進(jìn)行全面的辨識和評價通過大
分析影響較大傷害較大損害較大發(fā)生較頻繁的安全事工程實踐積累,結(jié)合施工特點,利用科學(xué)的方法找到事故規(guī)
故(12)在施工生產(chǎn)中,有些事故類型出現(xiàn)較多,尤其是塌律,深刻認(rèn)識事故致因和過程文章結(jié)合這一特點,從事故
事故占的比例較大表1統(tǒng)計了近幾年全國施工安全事故觸發(fā)過程方面來研究施工安全事故致因
坍塌事故所占的比例
1橋梁施工事故流變突變基本規(guī)律
表1施工安全事故坍塌事故所占的比例
年度
當(dāng)前常用的全事故致因理論有軌跡交叉論和能量轉(zhuǎn)移
坍塌事故所占比例%
論進(jìn)行致因分析時前者缺少對環(huán)境系統(tǒng)的分析,且偏重
2
005
18.61
于管理角度,而缺少控制方法后者在分析具體事故時較為
2
006
20.61
有效,但無法明確能量轉(zhuǎn)移路徑和具體能量值要進(jìn)行橋梁
施工過程安全事故致因理論的研究,首先應(yīng)該明確安全事故
2007
20.36
在施工過程中表現(xiàn)是突發(fā)的但其根源是各種因素和條件的
2008
14.83
結(jié)合從事故發(fā)生過程來看,表現(xiàn)出各種潛在風(fēng)險因素量的
收日期:2012-12
作者簡介楊偉軍(1962),男教授博士生導(dǎo)師,主要從事混凝土結(jié)構(gòu)計算理論及其應(yīng)用橋梁可靠度等研究,(E mai mgby@16.com
第35卷增刊
楊偉軍,等:橋梁施工安全事故流變突變規(guī)律
41
積累,最終變成事故,即事故本身是實質(zhì)上的流變和形式上最終出現(xiàn)安全事故借助衰減率,安全度和時間的關(guān)系可表
的突變
示為
從目前關(guān)于流變突變理論的研究可見,施工事故的發(fā)
生同樣存在流變突變特征對事故過程進(jìn)行該理論的分析
 dDs=. DS (1-DS)
(2)
不僅可以客觀的解釋事故發(fā)生原因也可以作為對事故本質(zhì)
 DS I-=DS.
原因挖掘的基礎(chǔ)但和一般的流變突變規(guī)律有所不同
對于曲線斜率的變化受衰減率和安全度影響,DS(1
橋梁施工安全事故的發(fā)生更容易顯現(xiàn)出突變性,而流變性不DS)可以理解為施工系統(tǒng)對安全度下降的阻滯作用,而
容易被察覺這也是對其進(jìn)行流變突變研究的必要性所在
在安全事故中,人員傷亡或者結(jié)構(gòu)坍塌是標(biāo)志事故發(fā)生的主阻尼件安全可逆件等元件作用原理是吻合的結(jié)合曲線特
要特征如果用安全度來表示事故發(fā)生過程中的人員或結(jié)構(gòu)征按照流變突變理論將事故過程分為a-
的狀態(tài)那么按照流變突變理論,在事故經(jīng)過時間內(nèi),隨著三個過程,假設(shè)在t之間的某時刻,處有dD/=1
么照
時間增加安全度逐漸降低,而影響安全度隨時間變化的因素
就是事故致因
則代入式(2)可以得到
對于橋梁施工過程,不安全度為0的時候是不存在的
這也是流變突變普通規(guī)律圖中所存在的缺陷且安全事故s)+
(3)
ds(t)=-+
工過程中隱含了不安全因素,即為施工過程中的防護(hù)不足
4
自身抗力不足或自身外力過大此時施工系統(tǒng)安全度會逐漸
根據(jù)反LOG函數(shù)曲線特征和已知式(2)和(3)可得到
降低根據(jù)流變突變理論可以繪制其近似的規(guī)律圖如圖1
s隨時間變化函數(shù)為
 1-DS
所示
(4)
。
 DS ( =1/[1+( DS. )
 Dy
根據(jù)式(1)的設(shè)定,以及20時刻為起始時間,設(shè)為0,式
 ps
(4)可以簡化為
s()=1/+
(5)
 DS
圖1中為事故全過程時間,當(dāng)事故到達(dá)事故結(jié)束時間
 Ds
D
時,施工系統(tǒng)安全度降到最低DS則事故時間為
=- IIn(
(6)
圖橋梁施工安全事故流變規(guī)律曲線
對于橋梁施工而言,安全事故發(fā)生時間一般是比較短暫
圖1所示曲線中DS為安全度,橫軸為事故從風(fēng)險因素的,因此對式(6)事故時間的理解應(yīng)該是將事故時間分為
作用到最終發(fā)生的時間t當(dāng)施工過程中的風(fēng)險因子開始作
N個無量綱的細(xì)小步距,為不同細(xì)小單元時間對總時間的
用時后,施工系統(tǒng)安全度隨時間到t時,從初始的DS開始比值若將時間以進(jìn)行表示則可以得到橋梁施工安全
緩慢降低降到DS后開始快速下降,施工系統(tǒng)即將發(fā)生事
事故流變突變模型為
故,當(dāng)安全度D突破后,事故已經(jīng)發(fā)生,到DS時已降到
 DS (0) =1/1+( DS. )e-g
(7)
最低狀態(tài)事故過程完成采用流變突變規(guī)律曲線進(jìn)行橋其中,N為常數(shù)
梁施工安全事故過程分析只能定性的進(jìn)行事故發(fā)生過程描
述因此可對曲線規(guī)律進(jìn)行一些數(shù)學(xué)模型上的研究從而找到3基于流變突變數(shù)學(xué)模型的事故致因分析
更深層次的原因和規(guī)律
3.1事故致因與流變突變曲線的關(guān)系
2橋梁施工安全事故流變突變數(shù)學(xué)模型
合橋梁安全事故進(jìn)行分析試圖找到事故的規(guī)律性素結(jié)
根據(jù)式(7)和圖1所顯示的規(guī)律對其中的影響
規(guī)律性和控制
當(dāng)施工系統(tǒng)在事故發(fā)生過程中按照圖1曲線變化時,曲途系統(tǒng)起始安全度和進(jìn)入施工系統(tǒng)的人設(shè)備以及
線斜率代表安全度下降量和時間的比值且小于0。令系統(tǒng)安
全度DS∈(0,1),這里取開區(qū)間是因為實際中并不存在絕對外力等均有很大關(guān)系人的安全度環(huán)境的安全度設(shè)備的
安全和絕對不安全。與安全度反對應(yīng)的是危險度DU,若系安全度以及外來負(fù)作用力的影響等可以構(gòu)成一個起始安全
統(tǒng)總度為1,則有
度,假設(shè)廣義的各種因素起始安全度由不同的影響因子組
 DU=1-DS
1)成人的因素H=(h,h2,h物或設(shè)備因素M=m
引入系統(tǒng)衰減率來表示單位時間內(nèi)安全度下降量與安m,m}環(huán)境的因素E=+那么起始的系
+"+m.
全度的比值,因此可以假設(shè)安全度衰減率為是系統(tǒng)安全統(tǒng)安全度由不同的人物環(huán)境和負(fù)作用力因素決定,且隨著
度Ds和時間的函數(shù)當(dāng)=t時從圖1中可知施工安全時間變化,各種因子變化會造成安全度的變化對于事故致
度為DS,是系統(tǒng)中最大的安全度,此時
越=0,對應(yīng)的危險因的分析,可以從幾個方面進(jìn)行但目前由于事故數(shù)據(jù)的缺
度為1-D6隨時間增長,安全度越來越小,則,越來越大乏很難找到各因素之間定量的權(quán)重關(guān)系具體因子值文
42
土木建筑與環(huán)境工程
第35卷
章借鑒因果連鎖理論對人和物的不安全狀態(tài)的研究研究發(fā)素對安全度和流變曲線的貢獻(xiàn)是提高曲線起始點增大拐點
現(xiàn)事故原因中人的不安全行為占88%,物的不全狀態(tài)占
因的時間,但對衰減率的作用恰好相反,因此可以與
因此可
設(shè)衰減率
10%,其他占2%。故假設(shè)人因的權(quán)重為0.88,物的權(quán)重為起始安全度成反比從圖3衰減率對流變影響和事故經(jīng)驗可
0.1,環(huán)境因的權(quán)重為0.02%,則初始安全度表示為DS=知,還應(yīng)有一個影響衰減率的因素,即外界負(fù)作用力影響因
0.88Dn+0.1sm+0.o2d假設(shè)不同因素的起始安全子F=(ff2,…,f),當(dāng)該作用力越大,衰減率越大,因此
度相同,依次變化為0.8、0.7、0.5,衰減系數(shù)為0.5,時間步衰減率可以表示為fS(mE)這種外界負(fù)作用
距劃分為20份時通過數(shù)學(xué)軟件 MATLAB處理得到不同起力既可以表現(xiàn)為具體的外力,也可以是人物環(huán)境的不利
始安全度下的流變突變曲線如圖2所示
變化
0.8
0.7
3.2流變突變模型的假設(shè)性驗證分析
0.7
06
通過幾組假設(shè)的施工系統(tǒng)利用上面的分析說明事故致
0.5
0.5
因,施工系統(tǒng)A:人員心理素質(zhì)技能等方面均具有較高水
0.4
0.4
03
03
平設(shè)備穩(wěn)定可靠,環(huán)境適合作業(yè),該施工過程中,人物環(huán)境
0.2
02
對事故可能性的影響權(quán)重為0.5:0.2:0.3。施工過程中的負(fù)
0.1
0.1
外力主要來自于自然環(huán)境的變化
0010.2030405607080.91003040.50070.8091
8
DS=0.7
施工系統(tǒng)B人無環(huán)境因素較A稍低,施工過程的影響
 =0.
07
和A相同,施工過程中負(fù)外力主要來自原自然環(huán)境變
06
0.45
化,但較A更容易受到環(huán)境影響
0.5
0.4
03
施工系統(tǒng)人物環(huán)境水平和A相當(dāng),但該施工過程中
0.3
0.25
0.2
人物環(huán)境對事故可能性影響權(quán)重為0.5:0.4:0.1,施工中的
0.2
0.15
0.1
01
0.05
負(fù)外力主要來自于設(shè)備所承擔(dān)的荷載重量。工過程影響權(quán)
施工系統(tǒng)D任務(wù)環(huán)境水平較A稍低,施
0010.2030.4050.60.7080910010203040.50670.80.91
重和C相同,施工中主要負(fù)外力來自于設(shè)備所承擔(dān)荷載重
D=06
 DS=
量,但受荷載重量影響較C弱
圖2不同起始安全度下的流變突變曲線
其主要影響因子如表3所示
從圖2中可以看出起始安全度對流變和突變速度沒有
表3事故流變突變分析假設(shè)參數(shù)表
 DSH DSM DSH DSe DU/DS.
物環(huán)境起始狀態(tài)安全度較高時,發(fā)生事故的時間會后移從
事故本質(zhì)上講,當(dāng)外界作用力一定時人物環(huán)境自身的狀態(tài)是A組0.70.80.70.720.3890.3-0.417
影響事故的主要原因
B組0.60.70.60.620.6130.4-0.645
在D=0.8時,假設(shè)衰減系數(shù)分別為2、一0.4、c組0.70.80.70.40.3510.45-0.608
0.6、-0.8,觀察流變突變曲線變化,如圖3所示
D組0.60.70.60.640.5620.3-0.625
08
0.8
0
0.7
0.6
06
利用軟件進(jìn)行流變突變函數(shù)的繪制,得到圖4結(jié)果
0.5
05
0.4
04
0.8
0.3
03
0
02
0.7
0
01
0.6
0010203040.506070.80.9001020304050.600.8091
=-0.2
=-04
05
08
07
04
06
03
04
02
0.3
0.2
0.1
01
0010.20304050.60.708091
010.20304050.60.70.809
-0.6
圖3不同衰減率的流變實變曲線
圖不同假設(shè)因子的安全度衰減曲線
若假設(shè)負(fù)外力影響只對有影響的因素產(chǎn)生作用,那么衰
從圖3衰減率對流變_突變的影響看,當(dāng)衰減率值增大減系數(shù)可以取為負(fù)外力因子和其影響因素安全度的比值,此
時,流變速度增大,事故安全度隨時間的加速度變大,流變突時安全度衰減曲線如圖5所突變曲線非常吻合實際施
變拐點時間提前當(dāng)衰減率較低時,在預(yù)計的事故發(fā)生時間
從圖4可以看出,這種流變
內(nèi)可能不會出現(xiàn)事故這是施工過程中期望的情況
工情況,即一旦事故進(jìn)入發(fā)生過程,沒有過多的流變階段
衰減率除了與影響初始安全度的這些因素有關(guān),這些因施工系統(tǒng)雖然起始狀態(tài)較安全但由于負(fù)外力影響大,
第35卷增刊
楊偉軍,等:橋梁施工安全事故流變突變規(guī)律
43
4常見橋梁安全事故的流變突變實證研究
::::::
----
從事故致因模型和流變突變曲線分析得到了事故致因
的本質(zhì)條件的進(jìn)入施工系統(tǒng)的不同因素的安全度的衰減
0.5-----
由于在一般事故中較難獲取各種因素隨事故時間的變化情
04-----
況,而且不同的施工系統(tǒng)的權(quán)重負(fù)作用力均不同橋梁施
3
工過程中支架坍塌是常見的安全事故筆者通過對支架結(jié)
02-----
構(gòu)的施工期變形的監(jiān)測數(shù)據(jù)和某次支架坍塌事故來驗證流
變突變模型
4.1數(shù)據(jù)處理及系統(tǒng)安全度計算
0.10.203040506070809
統(tǒng)計了某施工現(xiàn)場支架垮塌前所測得變形數(shù)據(jù),采用轉(zhuǎn)
圖5負(fù)作用力對影響因素作用的衰減曲線
換和估算的方法進(jìn)行支架坍塌事故的流變突變模型的研
因此較A提前進(jìn)行突變期,先發(fā)生事故從表3的起始安全究表4為一支架群施工項目的幾個梁支架撓度測量變化
度來看施工系統(tǒng)A和CB和D雖然各因素起始安全狀態(tài)值其中測量時次為從立模綁扎鋼筋到混凝土澆筑時中間的
相當(dāng),但由于在施工過程中所占權(quán)重不同,最終的系統(tǒng)狀態(tài)測,測量間隔時間為4h在2d時間內(nèi)共進(jìn)行g(shù)次測量
起始安全度也有所不同對于A組和D組,當(dāng)外力影響因子
于支架施工和支架坍塌事故系統(tǒng)的不安全同樣
全度同樣來
相同時,由于起始狀態(tài)不同,導(dǎo)致衰減系數(shù)不同
源于人機(jī)環(huán)境以及負(fù)外力影響但由于缺乏對人和環(huán)境的數(shù)
時施工系統(tǒng)c將比系統(tǒng)更早發(fā)生事故這種方法對于施響結(jié)果實測支架群為30m跨支架,實際計算度為27m
從以上4組驗證性假
以看出,施工系統(tǒng)的安全事故系數(shù),這里取允許最大撓度為35mm隨著支架撓度增大
發(fā)生是由組成系統(tǒng)的不同因素的狀態(tài)和外界對這些因素的理論上安全事故可能性增大,因此令系統(tǒng)總安全度D3=1-
影響共同作用而成的當(dāng)系統(tǒng)在自身組成因素和外界負(fù)作用e/fme為實測變形量,為允許安全撓度,利用這種方法
因素
力作用下,會出現(xiàn)事故趨勢進(jìn)而加速出現(xiàn)事故,直到事故結(jié)
進(jìn)行確定后可以得到幾個支架體系的安全度隨測量時間的
束按照流變_突變理論觀點,事故的發(fā)生是不可避免的,因變化如表4所示
此對于施工安全事故應(yīng)盡可能的延緩事故時間,從流變突4.2支架坍塌事故流變突規(guī)律擬合
變模型和曲線規(guī)律來看主要是要保證進(jìn)入施工系統(tǒng)的人機(jī)
多個系統(tǒng)分析時,如果不容易確定總時間和步距劃分可
物環(huán)境的良好狀態(tài),提供一個較高的起始安全度對于外力以按照式()進(jìn)行分析,用數(shù)學(xué)模型 MATLAB對表4中的數(shù)據(jù)
作用影響則盡可能減少其對系統(tǒng)因素的影響
進(jìn)行報合可以得到各支架的流變突變模型如表5所示
表4以變形量為度量的支架系統(tǒng)安全度
支架D
測量時次
支架A
支架B
支架C
支架E
 e/mm
 Ds
 e/mm Ds /mm Ds e/mm Ds e/mm
19.150.73917.310.5051.900.6898.170.7675.450.844
212.700.63720.670.40914.210.59410.850.907.360.790
316.670.52425.590.26917.70.49413.980.60110.150.710
420.900.40328.670.18121.42
0.38816.5
0.52713.260.621
524.70.29430.010.14324.570.29819.89
0.43216.670.524
627.80.20632.420.0727.380.21824.020.31420.230.422
730.010.14333.300.04929.570.15526.770.23523.390.332
831.760.093
31.130.11129.03017126.280.249
932.680.066
32.350.07630.740.12228.590.183
表5擬合的支架安全度衰減規(guī)律
各支架安全度衰減規(guī)律圖6所示
衰減規(guī)律
起始安全度安全度衰減率
從圖6可以看出,各支架安全度遵循流變_突變特征,且
支架aDSA()=1/[1+0.22140.819-0.474
支架的事故時間最短
支架BDS(=1/[1+0.5750.6350.499
4.3坍塌事故分析
支架CDS()1/2840.770
0.413
在該支架群施工中,支架A、C、D、E順利完成了施工任
務(wù),并及時拆除而支架B在底腹板澆筑完后出現(xiàn)了垮塌
支架DDSD(t)=1/[1+0.17-0.835-0.395
如圖7所示
支架DS)=1/[1+0.10.8910.401
從流變突變規(guī)律看最終系統(tǒng)都將進(jìn)入崩潰,但對于出
土木建筑與環(huán)境工程
第35卷
2)基于橋梁施工安全事故流變突變數(shù)學(xué)模型,采用數(shù)
0.
學(xué)軟件 MATLAB得到了不同起始安全度和不同衰減率下橋
0
梁施工安全事故流變突變曲線結(jié)果顯示,起始安全度對
流變和突變速度沒有影響,對于流變突變拐點時間有影響
0000
當(dāng)衰減率值增大時,流變速度增大,事故安全度隨時間的加
速度變大流變突變拐點時間提前
3)對該數(shù)學(xué)模型進(jìn)行假設(shè)性驗證分析發(fā)現(xiàn)保證進(jìn)入施
工系統(tǒng)的人機(jī)物環(huán)境的良好狀態(tài),提供一個較高的起始安全
度盡可能減少其對系統(tǒng)因素的影響可以延緩事故發(fā)生時間
減少事故發(fā)生概率
8101214161820
4)通過對支架結(jié)構(gòu)的施工期變形的監(jiān)測數(shù)據(jù)和某次支
圖6支架安全度衰減規(guī)律
架坍塌事故實例驗證流變突變數(shù)學(xué)模型是合理的
參考文獻(xiàn)
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圖支架B垮塌現(xiàn)場圖
安全科學(xué)報2011)6-10
[6]肖紅飛,何學(xué)秋人員傷亡事故中的安全流變突變論的研究
事支架是其事故時間較支架服役時間短,因此發(fā)生事故,而
華北科技學(xué)院2(4)
其他結(jié)構(gòu)的事故時間點上臨時結(jié)構(gòu)已退出使用,進(jìn)入下一個7]張守健建筑施工安全事故流變過程哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報,
施工系統(tǒng)中從安全度衰減規(guī)律分析這次事故,施工系統(tǒng)的
2011,43(2)89-91.
起始安全度太低,按照前述的人機(jī)環(huán)境原因分析為由于施[8]何學(xué)秋,陳金君,聶百勝系統(tǒng)安全流變突變瑤論規(guī)律新進(jìn)展
工人員支架設(shè)計理解錯誤,將30對雙排雙層貝雷片設(shè)計施沙安民安全流變模型在井噴事故中的
工成為30片因此對于施工結(jié)構(gòu)系統(tǒng)本身已經(jīng)是一
有9]何沙,吉安民,等安全流變突變模型在井噴事故中的應(yīng)用分析
安全保01
極大風(fēng)險度的系統(tǒng),在澆筑過程中沒有及時發(fā)現(xiàn)支架的異?！?0]張鑫,毛保華基于安全流變理論的交通系統(tǒng)事故過程分析
變化當(dāng)?shù)装搴透拱鍧仓瓿珊笾Ъ馨踩仍谥亓亢褪┕ず?
和完成
中國安全1921.
載的負(fù)作用影響下安全度下降迅速,最終出現(xiàn)事故
王書明何學(xué)秋王元基流變變理論的安全投入決策
5結(jié)論
中國安全科學(xué)學(xué)26
[12]李珞銘,吳超,王立磊,等流變突變論在預(yù)防硫化礦自燃中的
1)根據(jù)橋梁施工安全事故流變突變理論,繪制橋梁施
應(yīng)用研究中國安全科學(xué)學(xué)報28211
2008,2(18),81-86.
工安全事故流變規(guī)律曲線并通過理論推導(dǎo)建立了橋梁施工
安全事故流變突變數(shù)學(xué)模型
(編輯王宣)

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