大跨度斜拉桥养护管理系统的数字化研究

论文摘要

随着大型桥梁设计的轻柔化、结构设计的日趋复杂化以及桥梁安全事故的频频发生,大跨度桥梁的安全性问题日趋引起世界各国政府的重视。到目前为止,大跨度桥梁管理系统的研究取得了一定的成绩,但由于大跨度桥梁养护管理系统是一个复杂的系统工程,无论国内或国外,该领域的研究仍处于基础性的探索阶段,很多问题没有得到解决。基于此背景,本文就大跨度斜拉桥养护管理系统的几个关键问题展开研究。首先针对目前国内外大跨度桥梁管理系统的研究和应用现状进行了系统的总结和评述,提出了现有桥梁养护管理系统存在的一些问题,并针对这些问题进行了大跨度斜拉桥数字化养护管理系统的总体框图设计,该系统中提出了将桥梁健康监测数据与养护管理系统相融合的设计思想,以及大跨度斜拉桥的主动养护理念与实施方法,建立较为完整的大型桥梁检查、评估体系。基于不确定型层次分析法建立了一套相对完整、实用的大跨径斜拉桥的综合评估理论体系,该体系从评估指标的选择、标度的选择、判断矩阵的构造、区间数判断矩阵的一致性检验、区间数判断矩阵方法的选择,到专家客观权重的计算、指标权重的合成、最后到变权理论在评估结果综合中的应用都进行了深入、细致的研究。通过实例分析,验证了评估理论的可行性和实用性。此外,基于模糊评估理论,建立了一套适用于大跨度斜拉桥综合评估的模糊综合评判方法。该方法从评语等级的确定、隶属函数的建立到合成算子的选择,都对大跨度斜拉桥进行了针对性的研究。这两种评估理论同时应用,相互校核,保证了综合评估结果的客观性和科学性。将综合评估指标分为定性指标和定量指标,研究了定性指标的定量化和细致化方法,并根据大跨度斜拉桥评估指标的特点,构造了三类定量指标的“六点法”模型(包括基于“六点法”的正指标模型、逆指标模型和适度指标模型),最后通过三类模型的应用实例,验证了该模型的科学性与适用性。建立了大跨度斜拉桥病害诊断库和维修决策库,并应用到了哈尔滨四方台斜拉桥数字化养护管理系统中。该库的建立可为养护人员的病害识别和维修决策提供重要参考。利用耐久性和全时程时效分析理论对斜拉桥进行了长期性能预测,该预测结果为桥梁养护管理部门提供定量的参考。此外,研究了基于规范的承载能力评定理论,并将变权理论应用到其中。采用Visual studio.net 2003编程环境和SQL Sever 2000数据库软件,开发了哈尔滨四方台斜拉桥数字化养护管理系统DMMS。DMMS系统建立了比较完整的大跨度斜拉桥养护管理体系,该系统根据人工检查数据库、桥梁基本资料库和健康监测子系统的数据信息,通过对空间有限元模型的修正、计算,采用两种综合评估方法和承载力评估方法对桥梁的状态进行科学的评价,能够完成桥梁的病害诊断、构件预警、寿命预测、维修管理等功能。此外,该系统还建立了较为全面的斜拉桥病害维修知识库,提供了较为完整的斜拉桥养护管理指南和实验方法手册,为大跨度斜拉桥的养护管理工作提供了详细、具体的技术指导,为确保桥梁的安全运营提供可操作的技术手段。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景与研究意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 研究的目的和意义
• 1.2 国内外的研究现状及尚待解决的问题
• 1.2.1 桥梁管理系统的发展现状及分析
• 1.2.2 桥梁健康监测系统的发展
• 1.2.3 大跨度桥梁养护管理系统中的几个主要问题
• 1.3 本论文的主要研究内容
• 第2章 大跨度斜拉桥养护管理系统的总体设计
• 2.1 现有桥梁养护管理系统存在的问题
• 2.1.1 养护管理模式
• 2.1.2 数据来源方面
• 2.1.3 桥梁评估方面
• 2.1.4 病害分析与维修决策方面
• 2.2 大跨度斜拉桥养护管理系统的总体设计
• 2.3 大跨度斜拉桥养护管理系统的理论研究
• 2.3.1 桥梁健康监测数据与养护管理系统的有机结合
• 2.3.2 大跨度斜拉桥的主动养护理念
• 2.3.3 建立完整合理的检查体系
• 2.3.4 大跨度斜拉桥的评估理论
• 2.3.5 大跨度斜拉桥的病害诊断库与维修决策库的建立
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于不确定型AHP 的大跨度斜拉桥综合评估理论研究
• 3.1 综合评估理论的介绍
• 3.1.1 综合评估的概念
• 3.1.2 综合评估的决策意义
• 3.1.3 综合评估理论的研究现状
• 3.1.4 综合评估的基本过程
• 3.2 不确定型层次分析法
• 3.2.1 层次分析法
• 3.2.2 不确定型层次分析法
• 3.3 基于不确定型AHP 的大跨度斜拉桥综合评估理论
• 3.4 建立斜拉桥综合评估的递阶层次模型
• 3.5 各评估指标权重的确定
• 3.5.1 判断矩阵的构造与标度的选择
• 3.5.2 区间数判断矩阵的一致性检验
• 3.5.3 区间数判断矩阵权重的计算
• 3.5.4 专家客观权重的计算
• 3.5.5 各评估指标最终权重的确定
• 3.6 评估指标分数的确定
• 3.6.1 底层评估指标评估结果的确定
• 3.6.2 专家评估结果的综合
• 3.6.3 上层评估指标评估结果的确定
• 3.7 基于变权理论计算综合评估结果
• 3.7.1 变权基本原理
• 3.7.2 综合评估中的变权
• 3.7.3 变权系数的选择
• 3.8 评估实例
• 3.9 本章小结
• 第4章 基于模糊理论的大跨度斜拉桥综合评估理论研究
• 4.1 模糊理论简介
• 4.1.1 模糊子集的概念
• 4.1.2 模糊集的运算
• 4.1.3 隶属函数的确定方法
• 4.2 模糊综合评判决策理论
• 4.2.1 模糊综合评判的概念
• 4.2.2 模糊综合评判决策的数学模型
• 4.2.3 模糊综合评判的计算步骤
• 4.3 基于模糊理论的大跨度斜拉桥综合评估方法研究
• 4.3.1 确定综合评估指标体系
• 4.3.2 确定评语等级
• 4.3.3 确定评估指标权重
• 4.3.4 建立模糊关系矩阵
• 4.3.5 进行模糊综合评估
• 4.3.6 关于合成算子的讨论
• 4.4 评估实例
• 4.5 本章小结
• 第5章 综合评估指标取值方法研究
• 5.1 评估指标的分类
• 5.2 定性指标取值方法研究
• 5.2.1 定性指标定量化
• 5.2.2 定性指标细致化
• 5.3 定量指标取值方法研究
• 5.3.1 无量纲模型
• 5.3.2 “六点法”模型的构造
• 5.3.3 “六点法”模型的应用
• 5.4 序列指标的取值方法研究
• 5.5 本章小结
• 第6章 大跨度斜拉桥养护管理系统设计的若干关键问题研究
• 6.1 有限元模型的建立
• 6.1.1 MIDAS 空间有限元模型的建立
• 6.1.2 ANSYS 空间有限元模型的建立
• 6.2 斜拉桥病害诊断库的建立
• 6.2.1 斜拉桥结构病害产生的原因分析
• 6.2.2 斜拉桥易损伤部位分析
• 6.2.3 斜拉桥拉索损伤对结构静、动力性能的影响性分析
• 6.2.4 斜拉桥病害诊断库的建立
• 6.3 斜拉桥维修决策库的建立
• 6.3.1 斜拉桥维修决策库的建立
• 6.3.2 斜拉桥换索预案研究
• 6.4 基于耐久性分析的桥梁主要构件性能预测
• 6.4.1 索塔、桥面板混凝土结构耐久性预测分析及防护对策
• 6.4.2 钢梁涂层的耐久性预测分析及防护对策
• 6.4.3 拉索PE 护套的耐久性预测分析与防护对策
• 6.5 基于全时程时效分析理论的斜拉桥长期性能预测
• 6.6 基于规范的承载能力评定理论
• 6.6.1 承载能力评定中的修正系数
• 6.6.2 变权理论的应用
• 6.6.3 在DMMS 中进行承载能力评估
• 6.7 本章小结
• 第7章 哈尔滨四方台斜拉桥数字化养护管理系统的开发
• 7.1 工程概况
• 7.1.1 设计标准
• 7.1.2 斜拉桥主桥布置
• 7.2 系统软件的开发
• 7.2.1 系统开发的目标
• 7.2.2 系统开发的工具
• 7.2.3 系统的功能模块
• 7.2.4 系统中数据库的设计
• 7.3 系统的功能实现
• 7.3.1 基本数据模块
• 7.3.2 结构分析模块
• 7.3.3 评估子系统
• 7.3.4 结构预警功能
• 7.3.5 病害诊断模块
• 7.3.6 预测功能
• 7.3.7 决策管理及其他功能模块
• 7.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 个人简历