基于混凝土桥梁性能与维护策略的全寿命成本优化分析

论文摘要

在过去几十年中,桥梁工程中的初始投资一直倍受关注,然而建设后的长期维护成本却鲜少有人问津,如此造成的严重后果,比如桥梁结构的低耐用性,桥梁使用寿命的缩短,最终都给国家造成了巨大的经济压力和负担。于是出现了桥梁全寿命成本理论这种旨在攻克现有桥梁结构的退化和桥梁全寿命成本增加等难题的创新概念。本文旨在通过对混凝土桥梁结构裂化速率预测分析并对桥梁性能状态评估,利用量化分析后的桥梁维护策略对混凝土桥梁全寿命周期成本进行优化分析。主要做了以下几个方面的工作:(1)通过分析桥梁全寿命周期理论,提出了混凝土桥梁全寿命周期成本计算模型,并在此计算模型中提出了在计算桥梁使用者成本的一系列模型。之后通过对比四种世界常用的桥梁全寿命周期分析系统,为我国的桥梁全寿命周期分析系统发展提供建议。(2)通过分析香港、英国与美国的全寿命维护策略的优势以及不足,提出了公路资产维护计划以及预防性维护策略基于我国的维护策略的经验与应用,以期确保我国桥梁的长期成本效益。(3)通过分析对比三种常用的结构劣化预测模式,得出最适合我国国情使用的一种模式,并在此基础上提出预防性维护策略下的结构劣化预测模式,并提出了预防性维护策略下的结构劣化预测速率模型,为预防性维护策略进行的量化分析奠定了基础。(4)通过分析桥面板全寿命成本理论的发展,并对桥面板全寿命周期成本进行分类。在案例中对我国一座桥梁桥面板进行了全寿命周期分析,并提出了三种维护策略,经分析得出预防性维护策略相比较于常规维护策略可对桥梁构件全寿命成本更大的优化。并在以上理论的基础的上开发了混凝土桥梁构件全寿命周期分析系统,对案例桥梁进行全寿命周期分析计算证明得到其具有充分的实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 全寿命周期成本分析方法
• 1.2.2 桥梁的腐蚀及劣化
• 1.2.3 基于可靠性的全寿命研究
• 1.2.4 维护策略-结构性能-全寿命成本三者关系研究
• 1.3 研究目的与内容
• 1.4 本章小结
• 第2章 桥梁全寿命成本分析
• 2.1 桥梁全寿命周期成本设计阶段分析
• 2.2 桥梁全寿命周期成本设计与控制系统研讨对比
• 2.2.1 BridgeLCC
• 2.2.2 BLCCA
• 2.2.3 PONTIS
• 2.2.4 J-BMS
• 2.3 桥梁全寿命系统的分析对比
• 2.4 本章小结
• 第3章 桥梁全寿命维护策略研究
• 3.1 香港桥梁全寿命维护策略分析
• 3.1.1 香港桥梁的现状
• 3.1.2 香港目前维护策略
• 3.1.3 优势与建议
• 3.2 英国桥梁全寿命维护策略分析
• 3.2.1 公路资产管理计划分析
• 3.2.2 政策目标
• 3.2.3 数据库
• 3.2.4 维护策略
• 3.2.5 风险管理
• 3.2.6 优势与建议
• 3.3 美国桥梁全寿命维护策略分析
• 3.3.1 桥梁预防性维护策略
• 3.3.2 优势与建议
• 3.4 本章小结
• 第4章 混凝土桥梁结构性能评估与劣化预测
• 4.1 钢筋混凝土结构使用寿命的预测方法
• 4.2 桥梁结构劣化评估与预测方法
• 4.2.1 马尔科夫链（Markov-Chain）
• 4.2.2 建立在可靠度理论上的结构性能预测分析
• 4.2.3 DER& U桥梁性能评估准则
• 4.2.4 可靠度，马尔科夫链及DER&U法的对比
• 4.3 预防性维护策略下的结构劣化预测模式
• 4.4 本章小结
• 第5章 维护策略对桥梁全寿命成本的优化分析
• 5.1 桥面板全寿命成本理论
• 5.2 案例分析
• 5.3 案例结果分析
• 5.3.1 敏感性分析
• 5.3.2 参数重要性分析
• 5.3.3 不确定性与风险性分析
• 5.4 混凝土桥梁构件全寿命周期分析系统开发
• 5.5 调研受访专家反馈
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢