桥梁构件评级系统研究

论文摘要

现行的桥梁养护采用的是基于人工检查的传统桥梁养护方式,当人工检查发现有结构病害或损伤发生后,再对其进行维修加固工作,其实质是一种纠正式的养护。目前这种纠正式养护措施存在以下不足:(1)人工检查只能对人力所及范围内的结构或构件上出现肉眼可见的缺陷时方可见效,存在着诸多检查盲点,具有较大的局限性;(2)人工检查属于一种间断性的检查,检查结果只能局部反映桥梁当时的健康状态,难以全面了解和及时掌握桥梁整体的健康状态;(3)桥梁养护策略的制定缺乏客观的评判标准和科学的决策手段,单纯依靠主观判断来分配养护资源,凭借个人经验来进行目标排序,按照历史记录来制定养护计划,缺乏针对性。随着缺陷桥梁以及大跨度、复杂桥梁结构的日益增多,这种事后纠正式的桥梁养护不仅存在着对桥梁结构安全的巨大威胁,而且容易造成养护经费的巨大支出。桥梁结构健康监测利用一些设置在桥梁关键部位的测试仪器,实时、在线地量测桥梁结构在运营过程中的环境、荷载以及结构响应,并通过对这些桥梁结构关键部位的测试数据的现场采集、数据的现场和远程传输、数据处理与控制、结构健康状态的评估与预警等一系列程序,全面获取桥梁结构运营状况的信息,评估桥梁结构的安全性、耐久性和适用性,为桥梁结构的养护和管理决策提供依据。全寿命理论由桥梁全寿命周期的技术目标和经济目标出发,在制定桥梁养护策略时试图寻找质量、时间和投资上的最佳平衡点。基于结构健康监测和桥梁全寿命理论制定预防式的桥梁养护策略,为利用有限的养护资金使桥梁构件达到满意的服务水平提供了可能,但这种预防式的养护策略目前在国内外还仅处于尝试研究阶段。基于新光大桥长期健康监测系统这个工程背景,本文提出了桥梁构件评级系统的概念。并以新光大桥为例,结合桥梁构件安全性和耐久性的要求,建立了基于构件安全性和耐久性的一系列评级标准,依据构件安全性和耐久性评级分析的结果对新光大桥不同类型的构件安排不同的定期检查周期,同时确定同类型构件中安全性和耐久性相对较低的构件单元,在养护排序及制定养护策略时,优先及重点关注这些构件单元,实现了基于不同类型构件和不同构件单元的新光大桥预防式养护。本文的主要工作包括:(1)系统提出了新光大桥构件评级系统的整套理论,对构件评级系统的运营流程进行了总体设计,利用该系统可以实现对新光大桥不同类型构件预防式的日常养护。(2)从新光大桥的桥型特点出发,对新光大桥全桥主体结构构件进行了系统分类。通过对每个构件单独的命名编号,形成了具有良好辨识度的构件分类系统。(3)结合桥梁构件安全性和耐久性的要求,提出了结构构件的安全性和耐久性评级标准,并完成了基于相应标准的构件安全性及耐久性评级分析。(4)系统建立了基于构件安全性和耐久性评级矩阵的新光大桥构件定期检查策略,并制定了新光大桥的总体巡检策略。(5)构建了构件评级系统更新的理论架构,构件评级系统更新的目的是希望及时全面的反映桥梁最新的技术状态,充分发挥构件评级系统对桥梁预防式的养护管理功效。本文的工作丰富和完善了新光大桥健康监测系统的内涵,将桥梁检查模块纳入新光大桥健康监测系统的范畴,由构件评级系统的分析结果对桥梁检查提供一定的指导。本文的分析呈现了如下一些结果:由于新光大桥通车运营至今只有四年多时间,且一直处于良好的养护状态,目前所有类型构件的耐久性评级得分均较高,其中耐久性评级得分最低的为边主跨吊杆和主跨系杆;新光大桥主跨桥面横梁的安全性评级得分是所有类型构件中最低的,定期检查的周期间隔安排为12个月,边主跨拱肋上弦杆和下弦杆、边主跨吊杆和系杆、三角刚架斜腿的安全性评级得分较低,定期检查的周期间隔安排为18个月。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 国内外桥梁养护现状概述
• 1.1.1 国内外桥梁现状
• 1.1.2 国内外现行桥梁养护措施
• 1.1.3 现行桥梁养护措施的不足
• 1.2 基于结构健康监测和全寿命理论的桥梁养护
• 1.2.1 桥梁结构健康监测
• 1.2.2 桥梁结构全寿命理论
• 1.2.3 基于结构健康监测和全寿命理论的桥梁养护
• 1.3 新光大桥健康监测系统
• 1.3.1 概述
• 1.3.2 新光大桥健康评估系统
• 1.3.3 新光大桥构件评级系统
• 1.4 本文研究内容
• 参考文献
• 第二章 新光大桥构件评级系统总体设计
• 2.1 概述
• 2.2 构件评级系统设计目标
• 2.3 构件评级系统运营流程
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 新光大桥构件分类
• 3.1 概述
• 3.2 构件分类规则
• 3.3 新光大桥构件分类
• 3.3.1 构件组别分类
• 3.3.2 构件类型分类
• 3.3.3 构件所在跨和位置分类
• 3.3.4 构件编号
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 新光大桥构件评级标准及评级分析
• 4.1 概述
• 4.2 构件评级标准制定原则
• 4.3 安全性评级标准及评级分析
• 4.3.1 概述
• 4.3.2 重要性因子
• 4.3.3 承载能力利用率因子
• 4.3.4 剩余疲劳寿命因子
• 4.3.5 修复难易程度因子
• 4.4 耐久性评级标准及评级分析
• 4.4.1 概述
• 4.4.2 钢筋混凝土和预应力混凝土构件
• 4.4.3 吊杆和主跨系杆
• 4.4.4 拱肋组构件和主跨纵横梁
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 第五章 新光大桥构件评级矩阵及巡检策略
• 5.1 概述
• 5.2 新光大桥构件安全性和耐久性评级矩阵
• 5.3 新光大桥巡检策略
• 5.3.1 检查类型
• 5.3.2 检查方式
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 第六章 桥梁构件评级系统更新
• 6.1 概述
• 6.2 更新有限元结构模型
• 6.3 更新活荷载值
• 6.3.1 既有桥梁评估荷载与拟建桥梁设计荷载的区别
• 6.3.2 车辆荷载的更新
• 6.4 更新活载分项系数和抗力分项系数
• 6.4.1 既有桥梁与拟建桥梁的区别
• 6.4.2 更新活载分项系数和抗力分项系数
• 6.5 本章小结
• 参考文献
• 第七章 结束语
• 7.1 本文主要工作
• 7.2 今后研究方向
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件