基于概率的网络层次桥梁最优维护决策研究

论文摘要

在我国,大量的桥梁面临着老化、破损以及性能衰减等方面的问题,而对劣化桥梁结构的状态的评估和预测,以及各种维护措施的选择变得愈发的重要。对于路网中桥梁的维修加固,如何利用有限的资金确定一个最优的维修加固策略,从而使得网络的性能最优,同时也能保证单座桥梁自身处于一个可靠的水平,是桥梁维护管理需要解决的一个重要问题。本文基于可靠性分析和优化算法分别对单座桥梁和桥梁网络的最优维护决策进行了研究,主要做了以下工作：(1)依据钢筋锈蚀、混凝土强度退化、车辆荷载的时变性等因素,分别对桥梁的承载能力极限状态和正常使用极限状态的时变可靠度指标进行计算。通过分析各种维修与加固方法对桥梁承载能力以及最大裂缝宽度的影响,运用JC法编制了在各种维护措施作用下的桥梁时变可靠度计算程序。(2)建立了在满足桥梁目标可靠度指标的前提下,维护成本最优的多准则维护决策模型。运用遗传算法对桥梁的维护策略进行优化,编制相应的程序,计算得到了中山市民众沥大桥的钢筋混凝土T梁在寿命周期内的最优维护管理策略及其维护成本。(3)简要介绍了图论及网络的基本概念,建立了桥梁网络模型。依据我国实际的交通路网状况,对桥梁网络性能可靠性评价方面的三个指标进行了研究：桥梁网络连通可靠指标、用户满意度可靠指标和关键桥梁性能的可靠指标。(4)通过对桥梁网络中各座桥梁承载能力极限状态下的时变可靠度分析和网络中各路段的设计小时交通量的年增长量的计算,来预测桥梁网络的这三个可靠度指标随时间变化的趋势。建立了中山市部分区域的桥梁网络模型,并运用桥梁网络概率评定方法对其性能进行了评定。(5)应用多目标优化和动态规划的基本理论,对桥梁网络的最优维护决策模型进行分析,运用多目标优化问题的遗传算法编制中山市部分区域桥梁网络最优维护决策的程序,得到了该网络桥梁30年内的动态最优维护策略。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 桥梁管理系统
• 1.1.1 桥梁的现状
• 1.1.2 桥梁管理系统概况
• 1.2 可靠性在路网评价中的应用
• 1.2.1 国外交通运行状态可靠性评价方法研究
• 1.2.2 国内交通运行状态可靠性评价方法研究
• 1.2.3 可靠性在桥梁管理系统中的应用
• 1.3 结构可靠度分析
• 1.3.1 可靠度评估准则
• 1.3.2 可靠度分析方法
• 1.3.3 已有结构时变可靠度
• 1.4 桥梁的最佳维护策略
• 1.4.1 旧桥维修加固措施
• 1.4.2 优化方法
• 1.5 本文研究背景及主要研究内容
• 1.5.1 研究背景
• 1.5.2 本文的研究思路
• 第2章 基于可靠度分析的单座桥梁最优维护决策
• 2.1 引言
• 2.2 在役钢筋混凝土桥梁的时变可靠度定义分析
• 2.2.1 可靠度的计算基本原理
• 2.2.2 承载能力极限状态下的可靠度分析
• 2.2.3 正常使用极限状态下的可靠度分析
• 2.2.4 时变可靠度定义
• 2.2.5 桥梁的劣化模型
• 2.2.6 目标可靠指标
• 2.3 桥梁的维修与加固
• 2.3.1 维修与加固方式
• 2.3.2 维修与加固费用的确定
• 2.3.3 维修加固对桥梁可靠指标的影响
• 2.4 桥梁维护管理策略的优化
• 2.4.1 优化方程
• 2.4.2 基于遗传算法的优化过程
• 2.5 实例
• 2.5.1 概况
• 2.5.2 时变可靠度分析
• 2.5.3 优化结果
• 2.6 本章小结
• 第3章 桥梁网络的建立及其性能可靠性评定
• 3.1 引言
• 3.2 桥梁网络模型的建立
• 3.2.1 图论的基本理论
• 3.2.2 公路网络模型
• 3.2.3 桥梁网络模型
• 3.3 桥梁网络的连通可靠性
• 3.3.1 系统可靠度模型
• 3.3.2 网络可靠度模型
• 3.3.3 桥梁网络连通可靠度
• 3.3.4 桥梁网络连通可靠度的时变指标
• 3.4 桥梁网络用户满意度可靠性
• 3.4.1 交通量的确定
• 3.4.2 道路通行能力的确定
• 3.4.3 道路通行成本
• 3.4.4 道路的阻塞概率
• 3.4.5 桥梁网络的用户满意度可靠指标
• 3.5 桥梁网络关键桥梁性能的可靠性
• 3.5.1 最短路问题
• 3.5.2 最短路算法
• 3.5.3 桥梁网络关键桥梁性能可靠指标的确定
• 3.6 工程实例
• 3.6.1 中山市公路网的概况
• 3.6.2 桥梁网络模型的建立
• 3.6.3 网络连通可靠度评定
• 3.6.4 网络用户满意度可靠性评定
• 3.6.5 关键桥梁性能可靠性评定
• 3.7 本章小结
• 第4章 桥梁网络的最优维护决策
• 4.1 引言
• 4.2 动态规划
• 4.3 多目标优化
• 4.3.1 多目标优化的概念
• 4.3.2 多目标优化问题的遗传算法
• 4.3.3 共享函数法
• 4.3.4 混合法
• 4.4 桥梁网络的最优维护决策
• 4.4.1 桥梁网络优化方程的确定
• 4.4.2 基于多目标遗传算法的优化过程
• 4.5 实例
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读硕士期间所发表的学术论文目录
• 附录B 中山市部分区域桥梁网络特性统计表