在役桥梁状态评估和养护管理方法的研究

论文摘要

本文首先以“杭州市区交通干道桥梁隧道在线安全监控管理信息系统(二期)”为依托,针对中北桥进行了健康监测、预警研究。研究了传感器的布设方案、健康监测预警值的确定、温度变化对预警值的影响。本文按照不同的桥型特点,研究分析并细化了桥梁状态评估的指标体系。同时引入模糊概念,用三角模糊数来代替传统的标度,采用模糊层次分析法(fuzzyanalytic hierarchy process)作为桥梁综合状态评估的基本工具,提出用多层次的模糊变化来计算顶层指标的模糊判断矩阵,最终得到桥梁的状态评分。本文提出模糊费用的概念,用来代表桥梁养护所需要的费用,并结合模糊综合评价的方法给出计算公式。分析了时变因素引起的桥梁性能衰退,用马尔科夫方法和神经网络方法两种预测手段,得到桥梁在预测年的模糊评价集,从而为分析预测年需要的养护费用提供了途径。用全寿命成本分析(LCCA)的思想,考虑利率对养护费用的影响,给出利率影响下的养护费用计算公式。最后总结得到了考虑时变和利率的养护费用计算公式。本文将桥梁养护系统分为系统级和项目级两个层次,分析其各自的研究内容和定位。提出适用于城市桥梁养护决策的综合指标排序方法,应用于对网络内桥梁养护顺序的排列选择;之后又在此基础上结合P范数的理论,给出了一种基于欧几里德距离(Euclidean Distance)来判断养护优先级的量化方法。提出了养护规划的数学模型——平均状态等级最高和总的养护费用最少,并将之简化为有约束的单目标线性整数规划,用遗传算法来寻优。提出了一种独特的染色体编码方法,具有简单、含义丰富的特点,并结合Matlab编程语言编写了计算程序。在上述研究的基础上,本文概要了桥梁健康监测、预警与养护规划指南的编制要点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究概况
• 1.2.1 桥梁健康监测
• 1.2.2 桥梁状态评估
• 1.2.3 桥梁全寿命理论
• 1.2.4 桥梁养护管理
• 1.3 论文的研究背景及主要内容
• 1.3.1 研究背景
• 1.3.2 研究内容
• 本章参考文献
• 第二章 混凝土连续箱梁桥健康监测体系的设计及分析
• 2.1 概述
• 2.2 工程背景
• 2.3 传感器布设方案
• 2.3.1 监测截面
• 2.3.2 监测项目
• 2.3.3 传感器技术要求
• 2.4 结构健康行为的分析和预测
• 2.4.1 平面分析
• 2.4.2 空间分析
• 2.4.3 温度效应分析
• 2.4.4 健康监测预警值
• 2.5 本章小结
• 本章参考文献
• 第三章 城市桥梁养护指标体系和评估方法
• 3.1 概述
• 3.2 桥梁养护的指标体系
• 3.2.1 确定指标体系的原则
• 3.2.2 桥梁分类的方法
• 3.2.3 梁桥的指标体系
• 3.2.4 拱桥的指标体系
• 3.2.5 悬索桥的指标体系
• 3.2.6 斜拉桥的指标体系
• 3.3 模糊法层次分析法评估桥梁状态
• 3.3.1 采用模糊方法的原因
• 3.3.2 模糊理论
• 3.3.3 三角模糊判断矩阵
• 3.3.4 模糊层次分析法评价桥梁状态
• 3.3.5 算例
• 3.4 桥梁养护等级
• 3.5 本章小结
• 本章参考文献
• 第四章 基于桥梁全寿命的养护费用分析
• 4.1 概述
• 4.2 桥梁养护的初始费用C
• 4.2.1 相关名词的定义
• 4.2.2 初始养护费用的计算
• 4.3 桥梁性能退化对养护费用的影响
• 4.3.1 基于性能退化预测的模糊评估
• 4.3.2 马尔科夫法预测桥梁性能退化
• 4.3.3 时间序列的神经网络预测桥梁性能退化
• 4.4 利率对养护费用的影响
• 4.4.1 经济学原理
• 4.4.2 利率影响下的养护费用
• 4.5 桥梁养护费用预测
• 4.6 本章小结
• 本章参考文献
• 第五章 桥梁养护方案的优化选择
• 5.1 概述
• 5.1.1 桥梁养护规划的内容和意义
• 5.1.2 养护规划的层级
• 5.2 基于群排序方法的路网级桥梁养护排序
• 5.2.1 多属性决策的群排序方法
• 5.2.2 路网桥梁养护优先排序
• 5.2.3 算例
• 5.2.4 改进的多属性决策方法
• 5.3 基于遗传算法的项目级桥梁养护规划
• 5.3.1 数学模型
• 5.3.2 遗传算法
• 5.3.3 遗传算法实现桥梁养护规划
• 5.4 本章小结
• 本章参考文献
• 第六章 桥梁健康监测、预警与养护指南
• 6.1 概述
• 6.1.1 桥梁健康监测、预警
• 6.1.2 桥梁养护规划
• 6.2 结构健康监测、预警系统的组成和设计
• 6.2.1 传感器子系统
• 6.2.2 数据采集、传输、存储子系统
• 6.2.3 数据处理与分析子系统
• 6.2.4 评估与控制子系统
• 6.3 桥梁养护规划
• 6.3.1 桥梁养护排序
• 6.3.2 桥梁养护措施
• 6.4 本章小结
• 本章参考文献
• 第七章 结论与展望
• 7.1 本文主要的工作与结论
• 7.2 主要创新成果
• 7.3 有待于进一步研究的问题
• 致谢