大、中跨径预应力混凝土桥梁评价理论及方法研究

论文摘要

既有预应力混凝土桥梁的评价问题是目前国内外桥梁界急需研究的热点问题之一。随着大、中型预应力混凝土桥梁在运营过程中性能的逐渐老化,桥梁安全事故时而发生,既有桥梁的评价问题日趋引起世界各国政府的重视,并对此项研究给予了持续的高强度的资金支持。到目前为止,桥梁评价的研究取得了一定的成绩,但由于实际桥梁评价问题与设计相比要复杂得多,诸多关键技术问题没有得到解决。基于此背景,本文对目前国内外桥梁评价的研究和应用状况进行了系统的总结和评述,分析了各种评价方法的优点及不足之处,并针对存在的问题进行了思考;结合目前国内预应力检测技术的水平及检测试验数据,就既有大、中型预应力混凝土梁桥上部结构评价的若干问题展开研究,主要研究内容及创新性成果如下:1.建立基于安全性、适用性和耐久性评价的桥梁的综合性评价体系。将对预应力混凝土桥梁进行评价分解为对桥梁安全性、适用性和耐久性分别进行评价,分别建立独立的评价模型进行评价;并通过分析确定桥梁安全性、适用性和耐久性对于具体桥梁的重要程度,进而完成桥梁的综合性评价。这种间接分析法将复杂的直接评价分解为若干较为简单而清晰的过程,可提高评价工程师判断的准确性和可操作性,从而使评价结果更为细致且更符合桥梁的实际情况。2.建立预应力混凝土桥梁的评价指标体系。结合目前国内预应力检测技术的水平及检测试验数据,分析预应力混凝土桥梁评价相关的评价指标如预应力筋锈蚀和预应力筋有效预应力缺损等对结构造成的不利影响;同时基于理论分析对其他评价指标如横向连接破损及荷载疲劳因素对结构的影响进行研究。并在考虑各评价元素对桥梁安全性、适用性和耐久性的不同影响基础上,分别确定评价中各元素的初始权重值和评价指标分级标准,从而建立预应力混凝土桥梁评价的评价指标体系,为量化的评价提供基础。3.提出成套评价方法,主要包括基于不确定型层次分析法初始权重确定、基于关联度评价值确定及基于剥离变权法权重修正计算等。对评价中各元素初始权重值的确定进行了研究。根据桥梁专家填写的桥梁评价元素两两判断矩阵,采用不确定型AHP的最优传递矩阵法计算判断矩阵,确定各评价指标的初始权重以及桥梁安全性、适用性和耐久性对于具体桥梁的重要程度,该方法相对简便,计算准确度较高,对专家构造的判断矩阵的一致性依赖相对较小。考虑到影响桥梁的各评价指标的不确定性,构造了正态关联函数进行关联度计算分析,并将评价模型中各个元素评价指标对各个评价等级的关联度作为桥梁定量评价的基本参数。该方法与桥梁结构的特性较为符合,可更好的对桥梁进行定量的评价分析。对分项层及指标层元素进行评价时,由于其下属元素之间不一定完全相对独立,且损伤程度大的元素的状态更大程度表征了其上级元素的缺损状态。本文考虑各元素的缺损状态采用剥离法进行权重修正,损伤较严重的元素修正系数大,反之则小。通过在评价过程中考虑元素缺损状态的权重修正,可使桥梁评价结果更符合具体桥梁的实际状况。并在对项目层及以上层次评价时,采用关联度及结构评定标度或全桥结构技术状态评分共同表征桥梁的缺损状态,从而使评价结果与现行《公路桥涵养护规范》的评价方法相统一。4.评价方法验证。通过评价方法的敏感性分析,以及实际桥梁的计算检验,证明了本文提出评价方法的合理性和正确性。5.编制预应力混凝土桥梁评价系统。根据评价分析思路,采用VB语言编制预应力混凝土桥梁评价系统。通过该程序系统,可大大减少评价工程师的计算工作;并且由于友好的可视化评价界面,不要求评价工程师必须具备较高的数学基础。同时,程序计算结果与手算结果相吻合,证明了程序的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 研究的目的和意义
• 1.2 既有桥梁评价方法研究现状与分析
• 1.2.1 基于实桥检测的经验方法
• 1.2.2 荷载试验法
• 1.2.3 理论分析法
• 1.2.4 专家系统评价方法
• 1.2.5 桥梁评价方法现况小结
• 1.3 本论文的名词定义及主要研究内容
• 1.3.1 主要研究内容及论文框架
• 1.3.2 名词定义
• 第2章 基于检测技术的评价元素研究
• 2.1 预应力筋位置偏差
• 2.2 预应力管道压浆状况
• 2.3 钢筋与预应力筋锈蚀状况
• 2.3.1 普通钢筋锈蚀
• 2.3.2 预应力钢筋锈蚀
• 2.4 预应力筋的有效预应力
• 2.5 裂缝
• 2.6 混凝土劣化
• 2.6.1 碳化
• 2.6.2 氯离子影响
• 2.7 各评价元素评价指标确定
• 2.8 本章小结
• 第3章 基于理论分析的评价元素研究
• 3.1 基于实体FEA的横向连接评价分析
• 3.1.1 基本假设、简化与实际结构的差别
• 3.1.2 非理想铰连接情况研究
• 3.1.3 桥梁改建及缺损对横向分布影响
• 3.1.4 评价指标及计算实例
• 3.1.5 横向分布分析小结
• 3.2 基于动力疲劳的交通量影响评价分析
• 3.2.1 车辆模型及动力分析
• 3.2.2 荷载谱建立
• 3.2.3 荷载谱下的疲劳分析
• 3.2.4 评价指标
• 3.2.5 计算方法及桥梁实例
• 3.2.6 交通量影响分析小结
• 3.3 本章小结
• 第4章 基于层次分析法的桥梁评价方法研究
• 4.1 相关数学理论与方法
• 4.1.1 层次分析法简述
• 4.1.2 评价模型确定及评定标准研究
• 4.1.3 不确定型层次分析法初始权重确定
• 4.1.4 基于关联函数的元素评价值确定及变权研究
• 4.1.5 评价结果分类及分析
• 4.2 预应力混凝土桥梁评价研究
• 4.2.1 安全性评价方法研究
• 4.2.2 适用性评价方法研究
• 4.2.3 耐久性评价方法研究
• 4.2.4 综合性评价方法研究
• 4.3 本章小结
• 第5章 桥梁评价敏感性分析及评价实例
• 5.1 预应力结构评价敏感性分析
• 5.1.1 耐久性评价的敏感性分析
• 5.1.2 安全性评价的敏感性分析
• 5.1.3 适用性评价的敏感性分析
• 5.2 桥梁评价示例
• 5.2.1 桥梁检测结果
• 5.2.2 安全性评价
• 5.2.3 适用性评价
• 5.2.4 耐久性评价
• 5.2.5 综合性评价
• 5.2.6 规范法评价
• 5.3 本章小结
• 第6章 预应力桥梁评定程序开发及验证
• 6.1 评价程序的介绍
• 6.2 评价程序界面说明及验证
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间撰写的学术论文、研究报告
• 致谢
• 个人简历