基于LCA和LCC的桥梁全生命周期维护决策优化

为研究考虑生命周期环境和生命周期成本因素影响下的桥梁全生命周期最优维护策略,以预防性维护和实质性维护作为基本维护方式,以桥梁可靠度、生命周期环境和生命周期成本为目标函数,建立了桥梁全生命周期维护决策的多目标优化模型。推导了桥梁时变可靠度、生命周期环境和生命周期成本指标的量化方式,确定了基于遗传算法的桥梁生命周期维护决策优化问题的计算流程。以某预应力混凝土连续T形梁桥为算例,分析了该桥的最优维护策略集。研究表明：实施预防性维护可以有效提高桥梁的可靠性概率并减少实质性维护的次数,同时能够降低生命周期成本和环境影响;实施预防性维护可以较好地延长首次实施实质性维护的时间,并能延缓可靠度指标的降低。     

既有桥梁生命周期成本决策模型研究

为了合理分配有限的养护资金、确定最佳的维护对策和时机,基于结构可靠性,以既有桥梁的生命周期成本最小化为目标,利用决策树模型和马尔柯夫过程对既有桥梁的维修策略进行分析,结合桥梁的生命周期其他费用,建立桥梁的生命周期成本决策模型,找到桥梁在生命周期各阶段的最佳维护策略。通过计算案例对该模型的使用方法进行了说明。该模型可较全面地考虑到桥梁在生命周期各阶段的状态概率和成本因素,使决策结果更具有实际意义。     

基于性能劣化分析的钢桥维护策略优化研究

为保证桥梁的安全性与适用性,同时合理控制全寿命期总成本,在桥梁性能劣化分析的基础上,对钢桥维护策略优化的多目标动态优化方法进行研究.用可靠度指标与状态指标表征桥梁性能状态,考虑环境、荷载及材料特性的影响,提出基于损伤累积的桥梁可靠度指标与状态指标劣化模型;以全寿命成本最小为目标、以可靠度指标和状态指标为约束条件,分别建立加固策略及维修策略的优化模型.通过引入改进的Logistic动态粒子群优化算法结合Monte-carlo模拟与"乘大数"的惩罚策略实现多目标优化求解.通过对钢拱梁组合体系的天津海河国泰桥主桥运营期维修加固策略进行优化,证明了该方法的有效性和适用性.     

跨海斜拉桥涂层预养护时机选择与技术措施研究

通过资料调研整理与实桥检测结果，研究掌握了跨海斜拉桥钢箱梁及混凝土结构涂层病害特点，并分析了该类桥梁结构涂层病害发展过程和退化规律。运用理论分析和统计方法对涂层劣化进行预测，并在此基础上确定该类桥梁结构涂层预防性养护的最佳时机。根据跨海钢箱梁斜拉桥的结构和环境特点，提出了结构涂层预防性养护的工作内容和维护处治的具体技术措施。通过象山港大桥的应用和验证，进一步优化了跨海斜拉桥结构涂层预防性养护的策略和技术细节。     

跨海斜拉桥结构预防性养护阶段的检测养护内容与技术措施研究

与出现严重病害再维修处治的结构性修复不同,预防性养护阶段着眼于将来可能引起结构技术状况恶化的萌芽中的缺陷或病害,研究提出了跨海钢箱梁斜拉桥结构预防性养护阶段的具体检测内容、手段与方法。根据跨海钢箱梁斜拉桥的结构和环境特点,结合我国现行相关规范和桥梁全寿命养护的理念,提出了预防性养护阶段的养护工作内容和要求,优化了结构维护处治的技术方案,给出了维护处治的具体技术措施。通过象山港大桥预防性养护的应用和验证,进一步优化了预防性养护的策略和技术细节。     

桥梁整体安全余度及抗连续倒塌问题研究方法

桥梁结构的安全余度是指桥梁在个别构件失效后的剩余承载能力。在桥梁结构中任何构件都不是单独工作,而是始终处在相互作用影响下。现代桥梁在运营阶段部分构件的损伤与破坏不可完全避免,为了保证部分构件失效时结构具有良好的抗连续倒塌能力以确保结构的整体性,近年来,欧美国家颁布了结构抗连锁倒塌设计标准,以改善结构的安全余度储备。本研究通过对桥梁安全余度和抗连续倒塌研究发展状况的简要评述,介绍了结构安全余度的定义,讨论了桥梁安全余度和抗连续倒塌分析及评价的3类方法的演变和发展。判定性方法主要是基于桥梁的在荷载作用下的位移、承载力、能量、结构构件敏感性在桥梁破损发生后的变化确定结构的安全储备;结构概率方法是基于可靠理论针对桥梁在特定荷载作用下的相对可靠指标进行分析以求得结构的失效概率;基于风险分析方法主要是在确定了结构面临的风险以及相应的结构易损性后着重考虑了结构倒塌对于经济、社会、环境等方面的综合影响。指出了目前桥梁安全余度和抗连续倒塌分析的研究与应用方面的缺陷,并提出有待进一步研究的问题。文中指出:判定性方法应计入荷载作用形式对桥梁破坏过程的影响;对复杂结构桥梁安全余度评定制订出相应的应用标准;完备关于连续倒塌各方面影响的相关预测数据作为基于风险分析方法分析的基础。     

基于可靠度分析的既有钢筋混凝土桥梁性能评估

结合实际桥梁混凝土强度和钢筋锈蚀检测数据,考虑材料性能经时变化特点,构建了钢筋混凝土桥梁简支梁桥空心板梁弯矩抗力衰减模型;按照《公路工程结构可靠度设计统一标准》(GB/T 50283-1999)建立桥梁结构上的恒载作用效应概率模型和活载作用效应概率模型;以简支板梁跨中弯矩作为功能函数,运用根据JC法所编制的Matlab程序计算每片板梁的可靠指标.运用结构体系失效概率的点估计方法之一——概率网络估算技术,通过近似数值分析计算得出桥梁上部结构体系的可靠指标.并用算例验证了本文所提出的桥梁性能评估方法的正确性和可行性.     

基于时变可靠度的钢筋混凝土结构碳化腐蚀开裂比例预测和维护时间确定

基于改进的碳化深度预测模型,结合IPCC预测大气CO2浓度数据,研究了气候变化(CO2浓度)的规律及其对混凝土结构的碳化损伤影响和维护时间的确定。由于概率预测模型能够考虑CO2排放、环境、结构尺寸、腐蚀电流密度、钢筋布置、保护层厚度和劣化机制的不确定性和变异性,发展了时变可靠度模型来计算混凝土结构在多种CO2排放策略作用下和不同耐久性设计下将来100年内的开始腐蚀概率和腐蚀开裂比例。根据结构维护管理要求标准,确定结构第一次维护时间。研究表明:在A1FI排放策略下的开始腐蚀概率比其在最好CO2排放策略下高了720%;对于保护层厚度为20 mm和水灰比为0.55的混凝土,在将来100年的开裂概率为0.37,这意味着大多数混凝土结构在服役期存在碳化腐蚀损伤现象,将来需要大量的维修和维护工作;在A1FI排放策略下,当可接受的开裂比例设为1%时,对于建于2000年、保护层厚度为30 mm和水灰比为0.50的钢筋混凝土结构在碳化腐蚀下第一次维护时间在2058—2065年。     

基于支持向量回归的桥梁抗震动力可靠度计算

为了满足桥梁结构基于性能的抗震设计需求,提高桥梁抗震动力可靠度分析计算效率,提出一种基于支持向量回归(SVR)的桥梁抗震动力可靠度分析计算方法。该方法综合考虑了结构参数随机性和地震动激励随机性的影响。在ANSYS有限元分析软件中建立桥梁有限元数值分析模型,进行随机振动分析计算以确定结构在随机地震动激励作用下的响应功率谱;进而通过首次超越破坏准则得到桥梁结构在地震作用下的失效概率。采用均匀设计试验方法(UD)在结构参数样本空间选取合适的试验点,利用支持向量回归建立起结构参数与失效概率的对应关系式,再通过连续型随机变量的全概率公式得到结构在双重随机性下的失效概率。最后以一座主跨180 m的高墩大跨连续刚构桥为工程背景进行抗震可靠度分析计算,结果表明:采用UD-SVR方法拟合关于结构参数与失效概率的响应面函数进行可靠度分析计算,对复合随机系统的动力可靠度计算具有较高的效率,为复杂结构的抗震动力可靠度分析计算提供了一种新的思路。     

在役梁桥体系可靠度计算方法应用研究

基于可靠度理论,在单梁失效概率基础上,通过分析计算得出了主梁体系可靠度.对于横向联系无损伤桥梁,采用失效指标法求取权值,进而加权得出体系可靠度.同时,对于横向连接有损伤的桥梁,以最大横向分布影响线为基础,把体系失效概率分离为失效系数和单梁名义失效率的乘积,并通过刚接状况的模型试验分析了失效系数的规律,推导出了计算公式,...     

现役桥梁结构性能评估及全寿命维护加固决策

针对我国现役桥梁结构性能评估和维护加固研究现状,提出了基于不确定性参数评估桥梁结构安全性能和基于全寿命造价对现役桥梁结构维护加固进行决策等的理念,在此基础上建立了现役桥梁结构安全评估、维护加固决策管理系统,以用更合理的桥梁结构安全性能评估系统和全寿命造价思想指导桥梁后期维护加固决策.     

跨海斜拉桥结构退化分析及预养护时机选择

针对桥梁运营后逐渐形成、发展并持续影响结构性能的病害,分析其对跨海斜拉桥结构安全性和耐久性的影响,疏理出了跨海钢箱梁斜拉桥各主要构件的病害特点,提出了跨海钢箱梁斜拉桥预防性养护病害类型。针对目前桥梁性能与状态指标评价的不足,建立了跨海钢箱梁斜拉桥预防性养护的病害评分模型,给出了该类桥梁预防性养护的目标。通过理论分析和统计方法获得了跨海钢箱梁斜拉桥预养护病害的退化规律。分析了跨海钢箱梁斜拉桥病害与结构安全性、耐久性的关系,并在此基础上确定了跨海钢箱梁斜拉桥预防性养护的最佳时机。     

公路混凝土梁桥寿命期养护优化策略分析

我国现行公路桥梁养护规范体系没有对保证结构达到预期寿命做出相应的规定,这使得在役桥梁的实际使用寿命往往明显低于其设计使用年限。为研究在役公路混凝土梁桥寿命期的养护优化策略,以保证结构实际使用寿命不低于其设计使用年限,将桥梁养护措施划分为预防性养护和纠正性养护两大类。考虑影响养护决策的各随机因素,以寿命期总养护活动成本最小作为优化目标,提出在役公路混凝土梁桥寿命期养护优化决策的数学模型,通过调查统计福建省内81座公路混凝土梁桥的历史养护记录数据,确定了各随机变量的统计特征值。以福建省内某在役公路混凝土梁桥作为分析案例,利用Matlab软件的遗传算法进行养护策略优化分析,得到了该桥在设计使用年限内混凝土主梁和桥墩的最佳养护时间和养护方法。案例分析结果表明,在役混凝土梁桥寿命期总养护成本与其使用寿命和结构性能均不成正相关关系;仅通过预防性养护,混凝土梁桥不能满足在设计使用年限内结构安全的要求;在满足桥梁设计使用年限和最低性能的双重约束条件下,采用预防性与纠正性养护组合的综合养护优化策略对应的寿命期养护成本为最小;在桥梁结构性能指标接近最低限值时进行纠正性养护,也可使寿命期总养护成本显著减小。     

基于全寿命周期抗震性能的桥梁结构维修决策方法研究进展

为了给桥梁维修管理工作提供参考并探索该领域未来的发展方向,综述了目前国内外基于全寿命周期抗震性能的桥梁结构维修决策方法的研究进展。首先,总结了基于地震危险性、地震易损性、结构失效后果的桥梁全寿命周期地震风险评估方法并单独介绍地震危险性与地震易损性分析方法。其次,介绍了常见的桥梁全寿命周期耐久性维护与抗震维修加固方法。随后,讨论了地震引起的桥梁破坏所导致的经济与人员伤亡损失的计算方法、采取特定维修措施的情况下产生的直接与间接维修成本计算方法;并进行了相应的成本效益分析。最后,从风险的角度讨论了桥梁全寿命周期抗震维修决策的相关要点:介绍了桥梁全寿命周期内的基本维修策略,包括根据维修时刻桥梁性能是否达到阈值划分的预防性维修与必要性维修,以及根据维修程度划分的完美维修、非完美维修、最小限度维修;同时也论述了引入多目标优化技术的桥梁全寿命维修决策方法的研究进展。综合分析结果表明:全寿命周期抗震性能指标变化趋势对维修决策的制定具有指导作用,从全寿命周期角度的考量能有效提高项目的成本效益,使得维修决策更为经济合理。引入预防性维修的维修策略能够有效节约维修成本,同时使桥梁全寿命周期风险维持于较低水平。     

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。     

随机车载下连续刚构桥动力可靠度分析

引入车流-桥梁耦合振动模型至桥梁结构可靠度分析中,提出了随机车流作用下大跨桥梁动力响应的简化分析方法,应用于桥梁动力位移极值外推与首超失效概率评估。基于中国某高速公路的动态称重数据,模拟了稀疏和密集状态的随机车流,建立了主跨为200m连续刚构桥梁的车载效应概率模型。工程实例分析结果表明:随机车流-桥梁耦合振动分析结果为时程曲线,可视为随机过程的一个样本,而Rice公式可捕捉到该曲线的概率特征,可用于研究考虑车流-桥梁耦合振动效应的极值外推;随着输入车流样本的增长,桥梁响应均值与标准差趋于稳定,随机车流作用下大跨桥梁的荷载效应满足平稳随机过程假定;连续刚构桥在密集车流作用下的关键失效点位于中跨跨中,当现有密集车流占有率由1.2%增大到3.6%时,该桥梁的位移首超可靠指标从5.76下降至5.60。     

跨海桥梁全寿命周期可靠性管理框架

结构的抗力及荷载效应都是随时间变化的随机过程,具有大量的不确定性,因此,大型结构在全寿命周期内的性能也具有时变性,单纯依靠设计来保证结构的安全性是不够的,还需综合考虑检测、维护等策略。为保证结构在全寿命周期内的安全性和最优经济性,以时变可靠度分析为基础,通过抗力的不断更新,对结构作全寿命周期的经济分析,建立了大型跨海桥梁结构全寿命周期的可靠性管理框架。该框架体系要求决策者由静态思路转向动态思路,并强调耐久性模型的建立及其更新,以达到最佳的结构可靠性管理。     

基于BIM的桥梁结构健康监测运营技术应用探究

依托云南省玉溪市新平县峨德河大桥、华宁县天生桥6号桥和婆兮大桥,构建基于BIM的桥梁结构健康监测运营管理系统平台,整合桥梁竣工档案、桥梁评定和结构健康监测长期跟踪信息,将桥梁全生命周期运行维护数据标准化与融合,通过BIM模型进行三维可视化分析、展示、预警和预测,大大提高桥梁结构健康监测精准度和管理水平,深化BIM技术在桥梁养护工程中的应用,提高公路桥梁运营养护决策优化的科学性和智能化水平,支撑桥梁综合性能的提升。     

考虑失效准则模糊性的近海V腿连续梁桥时变地震易损性研究

为了研究在氯离子侵蚀作用下桥梁结构地震易损性,既往的研究方法大多是在考虑了氯离子腐蚀引起的材料退化后,明确定义了结构在服役过程中不同时间点的损伤状态准则,而忽略了结构损伤边界的模糊性。鉴于此,提出了一种考虑失效准则模糊性的桥梁结构时变地震易损性分析方法。以某近海V腿连续梁桥为例,首先分析了近海环境中氯离子对钢筋混凝土结构侵蚀过程,利用菲克第二定律,同时结合Monte Carlo法,得到了钢筋和混凝土材料性能时变退化规律;然后采用OpenSees程序建立算例桥梁弹塑性动力分析模型,通过非线性时程分析,得到桥梁构件在不同年份的概率地震需求模型;最后引入模糊数学理论,建立了基于隶属函数的桥梁时变地震易损性分析方法,得到了考虑桥梁构件损伤模糊性的时变地震易损性曲线。研究结果表明:应用菲克第二定律,可以得到钢筋混凝土结构材料在氯离子腐蚀下的性能随着服役时间的延长而明显退化规律;在时变地震易损性分析中,通过引入模糊数学理论,可以更加准确地反映近海桥梁的损伤过程;模糊区间范围的大小对于结构在地震作用下的失效概率的影响显著,在应用中,应根据实际工程需求来确定模糊区间大小,以确保桥梁结构安全。     

大成桥加固维护设计

阐述沈阳市大成桥病害加固维护处理,基于原施工图设计模型的复核计算及加固结构计算制定较为切实可行的加固维护方案,并按照该加固方案对大成桥实施了加固维护。实践证明,所采用方案是切实有效、经济合理的,可为解决类似桥梁的病害提供借鉴。