基于全寿命周期的桥梁结构抗震性能评价与设计方法研究进展

为了促进桥梁结构全寿命抗震设计研究在中国的发展,详细论述并总结了基于全寿命周期的桥梁结构抗震性能评价与设计方法在国内外的研究进展,同时建立了其研究体系的基本框架。首先介绍了钢筋混凝土桥梁结构在其全寿命周期内遭受以氯离子腐蚀作用为主的环境作用分析模型的研究成果,在此基础上着重介绍了以桥梁结构地震易损性分析方法为代表的抗震性能评价方法与地震损失成本评估方法的研究进展,最后论述了基于全寿命成本分析的桥梁结构抗震优化设计方法研究现状。研究结果表明：基于全寿命周期的抗震性能评价和设计方法能够合理地解决传统抗震设计方法中未考虑结构抗震性能退化的问题,对于桥梁抗震工程领域的发展具有重要意义。     

沥青混凝土路面结构全寿命周期费用分析方法

文中将全寿命周期费用的理念融入沥青混凝土路面结构的费用分析中。沥青混凝土路面在全寿命周期中发生的费用支出包括建设期的初期建设费用以及在运营期内发生的修补养护费用。运营期内的费用支出主要包括车辙修补费用和开裂修补费用。车辙的预估模型采用AASHTO模型的修正形式。开裂修补费用以路面结构的疲劳开裂率为依据进行计算。全寿命周期费用分析方法可为路面设计管理提供参考,以正确评估道路在全寿命周期内发生的费用支出。     

沥青砼路面和水泥砼路面全寿命周期成本分析

介绍了路面全寿命周期成本分析的原理及计算方法;以湖南省澧常(澧县东岳庙—常德)高速公路路面工程为例,采用全寿命周期成本分析方法,对沥青砼路面和水泥砼路面二种路面结构方案进行经济性分析比较。结果表明沥青砼路面结构在寿命周期内具有更低的等额年费用,是总体更节约的路面方案。     

基于费用效益最优的桥梁预防性养护时机确定方法研究

就桥梁预防性养护时机的确定方法展开研究,初步建立了桥梁预防性养护全寿命费用与优化方法的基本理论框架,从而保证桥梁结构在寿命周期内在满足耐久性要求的前提下,其养护综合花费成本最少,实现了技术可靠、经济合理的目的.文中所建立的模型和提出的计算公式与分析方法简单有效,提出的预防性养护概念和理论框架有利于改变人们对传统预防性养护的理解,是对现行设计体系和养护规范的完善和补充.     

路面寿命周期环境影响评价研究及软件开发

为了定量评估路面建设的环境效益,基于全寿命周期评价(LCA)的研究方法,对路面全寿命周期过程,包括原材料开采、建设、运营、养护维修以及最终废弃阶段的能耗排放进行研究分析,建立路面的LCA评价指标和框架,并开发相应的路面专业LCA分析软件,量化路面全寿命周期内的环境影响。     

大型桥梁成本控制与全寿命周期成本分析

工程成本控制的目标是合理地确定成本并进行有效的控制,以提高投资效益。桥梁全寿命周期成本包括整个寿命期内用于桥梁规划、研究、设计、试验、施工、养护、检测、维修、管理、拆除处理等支付的费用。我国现阶段工程成本管理只注重施工过程中的成本控制,忽视投资决策阶段、设计阶段的成本控制,成本管理的各阶段相互脱节,资料收集整理制度不完善。企业缺乏有效的成本管理体制。建议采用BOT(build-operate-transfer)模式,使企业主动按照全寿命周期成本进行管理和控制。以港珠澳大桥全寿命周期成本分析为例,说明:营运期成本在大型桥梁工程全寿命周期成本中所占比重较大,建议在桥梁投资决策和方案设计中,综合考虑桥梁全寿命周期成本。     

基于全寿命周期成本分析的桥梁设计研究综述

为系统阐述全寿命周期成本分析的桥梁设计的研究现状,介绍了全寿命周期成本分析的研究背景、基本概念和原理,综述了寿命周期成本分析方法在桥梁结构全寿命设计方案决策的研究现状、关键技术和使用前景.总结国外全寿命周期成本基本理论体系,对全寿命周期成本模型和框架的研究进行了介绍,将两种最具代表性的模型进行了对比.归纳了近年国内桥梁...     

桥梁全寿命设计方法框架性研究

分析了目前桥梁设计方法存在的问题,在寿命周期成本分析的基础上,提出了一种新的基于桥梁性能的桥梁全寿命设计方法和思路,即在满足桥梁服务水平的前提下,以桥梁寿命周期成本最小为优化目标对设计方案进行评估。研究了桥梁寿命周期成本的组成,并以此建立混合寿命周期成本优化模型,通过优化分析,得到最优的桥梁设计方案。通过算例研究,验证了该方法的有效性。该方法的实现不仅能保证桥梁提供长期稳定的服务水平,而且能起到控制长期投资、减小对社会不利影响的目的。     

桥梁全寿命管理在上海地区的应用

随着国内外越来越多的特大型桥梁投人运行,如何确保桥梁运行安全受到越来越多人的关注。基于对项目全寿命周期管理的考虑,提出桥梁安全的全寿命管理理念以及基于这一理念在管理体系及设计、施工、运行各阶段责任主体的建议,以上海近年来运用全寿命周期管理理念和用于桥梁建设和养护（尤其是特大桥）的一些有效技术措施为例,以期证明,运用全寿命周期管理方法,可以提高设计、施工、运行和维护各阶段的工作质量,保证桥梁的耐久性和结构安全,促进桥梁建设、养护技术的发展。     

基于性能的桥梁钢筋混凝土构件抗爆设计

桥梁结构全寿命周期内可能遭受爆炸冲击事故,设计阶段对这类冲击作用考虑不足。现建立了基于性能的钢筋混凝土构件抗冲击设计方法框架,包括冲击作用危险性分析、构件性能标准确定、构件性能评价和构件性能陈述。以钢筋混凝土立柱抗爆设计为例说明建立的设计流程,首先通过与空气爆试验对比验证ALE方法用于钢筋混凝土构件爆炸冲击损伤,分析可靠性;以位移角指标建立构件性能目标体系,通过非线性有限元分析得到了设计构件的抗冲击性能状态,并对不满足设防水准的设计参数进行优化,得到满足三水准抗爆设防目标的立柱设计参数。     

基于神经网络的斜拉桥钢箱梁局部连接细节腐蚀疲劳可靠度研究（双语出版）

腐蚀与疲劳是影响斜拉桥钢箱梁服役可靠性的关键因素，为研究两者双重作用下斜拉桥钢箱梁服役期可靠度的衰退规律，开展了基于神经网络技术的斜拉桥钢箱梁局部连接细节腐蚀疲劳可靠度分析。首先，通过疲劳强度与钢材强度的关系以及腐蚀引起的钢材抗力衰变，得到了钢材腐蚀疲劳抗力时变模型。然后，通过基于均匀设计法的神经网络技术和非线性有限元方法进行斜拉桥钢箱梁腐蚀疲劳时变可靠度分析。采用均匀设计法得到影响结构可靠性的基本随机变量的设计样本点，基于ANSYS求解样本点处疲劳荷载作用下的钢箱梁应力幅，通过神经网络得到钢箱梁构件的应力幅函数显式表达式。在建立腐蚀疲劳抗力和疲劳荷载效应时变模型的基础上，构建了斜拉桥钢箱梁局部连接细节腐蚀疲劳时变可靠度的显式功能函数，基于FERUM程序采用JC法计算斜拉桥钢箱梁腐蚀疲劳时变可靠指标。最后以苏通大桥为例，采用所提方法对钢箱梁局部连接细节服役期的腐蚀疲劳时变可靠度进行了计算，并进行了参数敏感性分析。结果表明：桥面板和U肋腐蚀疲劳可靠指标均随时间增加而减小，但桥面板腐蚀疲劳可靠指标衰退越来越快，而U肋腐蚀疲劳可靠指标则衰退越来越慢，桥面板腐蚀疲劳寿命不足100年。研究结果为斜拉桥钢箱梁服役期的运营维护提供了指导。     

基于评估荷载发生概率的在役混凝土桥梁可靠度分析方法

针对影响桥梁安全性的因素具有较多不定性的特点,应用随机可靠度理论,对在役混凝土桥梁荷载概率模型、抗力概率模型、可靠度评估流程、可靠度计算方法等方面进行了研究。基于可变荷载在评估基准期内的不同取值方式,提出了基于评估荷载发生概率和基于评估基准期荷载极大值的构件可靠度计算方法。从可靠指标的延续性出发,考虑构件抗力随时间变化,提出在役混凝土桥梁可靠度的预测方法。研究结果表明:两种方法可靠指标预测曲线规律是一致的,后者是前者的特例,且比前者偏于安全;预测初期两种方法可靠指标的计算结果与以往方法较为接近,预测后期两种方法可靠指标下降规律与以往方法基本一致。两种方法均偏于安全,对于荷载随时间增长较快的桥梁结构是适用的。     

抗压桩承载力可靠度指标分析

结合广东河（源）龙（川）高速公路工程实例，运用蒙特卡罗法，对抗压桩可靠度指标进行分析。分析表明：可靠度指标对场地承载力不定性、桩侧摩阻力和桩端阻力计算模式不定性的均值、变异系数均敏感；荷载变异系数对可靠度指标有较大影响。此外，得出可靠度指标较安全系数更能符合抗压桩的客观实际。     

Effectiveness of travel time reliability indicators in the light of the assessment of dynamic managed lane strategy

ABSTRACT

The aim of traffic management is to ensure a high quality of service for a maximum number of users by decreasing congestion and increasing safety. Uncertainty of travel times decreases the quality of service and leads end users to modify their plans regardless of the average travel time. Indicators describing travel time reliability are being developed and should be used in the future both for the optimization and for the assessment of active traffic management operations. This article discusses the efficiency of certain reliability indicators in an ex-post assessment of a traffic management strategy. Ex-post assessment is based on an observational before–after study. As some factors other than the studied management strategy may intervene between the two periods, and as most reliability indicators require knowledge of the full travel time distribution and not only its average, a methodology is developed for the identification of the impact of these exogenous factors on the whole distribution. Many reliability indicators are split into different parts allowing the identification of the part due to the management strategy impact. The methodology is tested numerically on a managed lane operation consisting of Hard Shoulder Running (HSR) at rush hour on a section of a French motorway. The variation of some reliability indicators appears misleading, whereas the splitting of the indicators increases our understanding of the strategy and highlights its impact. The paper gives the reliability assessment of the HSR field test and discusses different reliability indicators to identify their potential performances and shortcomings.     

Fatigue life reliability prediction of a stub axle using Monte Carlo simulation

A stub axle is a part of a vehicle constant-velocity system that transfers engine power from the transaxle to the wheels. The stub axle is subjected to fatigue failures due to cyclic loads arising from various driving conditions. The aim of this paper was to introduce a probabilistic framework for fatigue life reliability analysis that addresses uncertainties that appear in the mechanical properties. Service loads in terms of response-time history signal of a Belgian pave were replicated on a multi-axial spindle-coupled road simulator. The stress-life method was used to estimate the fatigue life of the component. A fatigue life probabilistic model of a stub axle was developed using Monte Carlo simulation where the stress range intercept and slope of the fatigue life curve were selected as random variables. Applying the goodness-of-fit analysis, lognormal was found to be the most suitable distribution for the fatigue life estimates. The fatigue life of the stub axle was found to have the highest reliability between 8000–9000 cycles. Because of uncertainties associated with the size effect and machining and manufacturing conditions, the method described in this paper can be effectively applied to determine the probability of failure for mass-produced parts.     

既有桥梁承载力评估的全过程动态可靠度法

提出既有桥梁可靠度鉴定的一种新方法一全过程动态可靠度法,该方法综合考虑了抗力、荷载以及目标可靠指标等因素的时变性。基于全过程动态可靠度法,对马迹塘公路桥进行承载能力评估,预测该桥的剩余寿命。     

在役混凝土梁桥时变可靠度评估技术研究综述

管理和养护桥梁需要准确把握线路上每座桥梁的现实状态,可靠度评估技术是达到这一目的的有效途径。总结在役混凝土梁桥研究中关于承载能力极限状态时变可靠度、正常使用极限状态时变可靠度、疲劳可靠度及系统可靠度等方面取得的成果,分析各项研究中存在的不足和可能进一步发展的研究方向,为在役混凝土梁桥时变可靠度评估技术的深入研究提供借鉴。     

在役混凝土桥梁非平稳抗力劣化模型建立与更新

为建立在役混凝土桥梁结构构件非平稳随机抗力劣化模型，并通过后验更新解决劣化模型与实际结构劣化特征的匹配问题，首先，联系在役混凝土桥梁结构实际劣化特征，基于Gamma随机过程推导并建立了初始抗力劣化模型，对初始模型所存在的问题进行探讨；其次，以初始模型吸收融合结构近期实际劣化状态为原则，以结构特定时刻劣化状态的确定为基础，构建了初始抗力劣化模型的后验更新流程；再次，联合非确定性层次分析法（NAHP）与实数遗传算法（RGA）建立了基于定期外观检测数据的特定时刻抗力劣化系数评定方法，为确保该评定方法为初始抗力劣化模型更新提供准确可靠的劣化数据，采用室内模型梁加载试验对所建立评定方法的准确性、适用性进行验证；最后，以一座在役25年的混凝土桥梁为例，基于所建立的分析方法框架，阐述了其一片内梁抗弯承载力劣化模型的建立与后验更新过程。结果发现：基于特定时刻抗力劣化系数评定方法所得到的劣化系数分析结果与试验值的误差介于2.83%~6.24%之间，由该方法所得到的特定时刻抗力劣化系数可应用于初始劣化模型的后验与更新，经过初始劣化模型的后验与更新，所得到的后验模型由于吸收了结构近期的实际劣化状态，在抗力劣化进程描述方面较初始模型具有更高的准确性和更好的匹配性。     

非平稳车载及抗力劣化进程下混凝土桥梁时变可靠性评估

为实现同时考虑车载过程及抗力劣化进程非平稳性的在役混凝土桥梁构件时变可靠性评估，首先，联合时域内的动态广义极值分布模型及蒙特卡洛模拟实现对连续非平稳车载过程的极值建模，介绍基于Gamma过程的在役混凝土桥梁构件抗力非平稳劣化模型的建立及更新；其次，综合考虑边际救生成本准则、个体风险准则及社会风险准则对运营阶段目标可靠度指标取值进行讨论，为时变可靠性评估提供基准安全边界；最后，在基于风险函数的时变可靠性分析方法框架之下建立同时考虑车载及抗力非平稳性的时变可靠性分析方法，其中借助高斯数值积分及泰勒级数展开解决时变可靠性的求解问题，并采用一个实桥分析案例对上述分析流程的应用进行说明。研究结果表明：当荷载参数截口分布呈现多峰形态时，可采用广义极值分布函数族中的极值Ⅰ型分布对其年最大分布进行描述；交通量的持续增长将导致变量年最大分布位置参数的不断提升及尺度参数的不断下降；综合考虑3种可靠度指标分析准则，建议在役混凝土桥梁构件运营阶段年目标可靠度指标取为3.98，具体评估工作中不能忽略基准期对目标可靠度指标的影响；通过时变可靠性评估工作的开展，可获取构件在未来较长服役期内可靠度指标的变化情况、服役状态达到临界安全水平所对应的时间节点以及构件可靠性冗余度的时变情况；该类结果的获取可为在役桥梁全寿命维养策略制定等工作提供直接参考。     

基于可靠性的桥梁抗剪承载力临界寿命曲线

为建立基于可靠性的在役T形截面简支梁桥抗剪承载力临界寿命曲线,并提出相应的受剪承载力剩余寿命实用预测方法,以设计目标可靠指标降低0.5为受弯构件抗剪承载能力最低可靠指标。在引入抗力简单随机过程模型的基础上,通过计算不同评估基准期与最低可靠指标对应的构件抗力相对折减系数限值,建立了基于抗力折减系数限值的受弯构件抗剪承载能力临界寿命曲线和预测方法。最后,以某20 m简支T形梁桥为例进行抗剪承载力寿命预测,计算结果表明,本文提出的抗剪承载力寿命预测方法简单实用,与基于可靠度的在役桥梁承载能力剩余寿命预测方法是等效的,避免了寿命预测中复杂的可靠指标计算过程,可用于在役桥梁受弯构件抗剪承载力寿命预测。