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公路混凝土桥梁损伤评估技术研究

刘建民  
【摘要】: 桥梁损伤评估与预测是现有桥梁养护、维修和技术改造的必不可少的重要环节,也是国内外学术界和工程界关注的热点问题之一,特别是随着老旧桥梁工程数量的不断增加,这一问题更加引人注目。论文结合桥梁工程的特点,较为深入和系统地研究了公路混凝土桥梁损伤评估中的若干技术问题,主要包括: (1)结合工程调研成果,系统地分析了我国混凝土桥梁结构损伤的原因,为桥梁结构的规划、设计、施工和管理提出了有针对性的建议,同时,也为桥梁结构损伤评估体系的建立和决策分析奠定了一定的基础。 (2)根据桥梁结构的构造特点,将桥梁系统分为多级子系统,从而建立了桥梁损伤评估的层次结构模型。在此基础上,讨论并给出了完整的损伤评价因素评分体系,为混凝土桥梁损伤的神经网络评估奠定了基础。 (3)在桥梁损伤评估层次结构模型的基础上,提出了基于神经网络的桥梁损伤评估方法,以评价指标的评分值作为输入,以损伤评估值作为输出,建立了桥梁损伤多级评估模型,从而得出桥梁损伤的评估结果,并根据给定的标准,确定桥梁的损伤等级。该法通过神经网络对已有的桥梁损伤评估实例的学习,可使神经网络较好地表达评估结果与评价因素之间的关系,从而代替评估群体进行评估。这不仅可以减少评估的工作量,节约人力物力,还可以较好地利用和积累专家经验知识,降低评估过程中人为因素的影响,保证评估结果的客观性。同时,建立的评估系统具有自学习功能,可以在没有专家或缺少专家的条件下,模拟有经验的评估机理,完成对旧桥损伤的评估。实例计算表明,各网络模型花费很少的时间完成对样本的训练后,便可利用训练好的隐含层权值与阈值对实际桥梁进行评估。 (4)考虑到工程资料少、管理水平不一的实际困难,建议了基于专家知识的加权平均法、模糊综合评判法、模糊广义量化法和集对论方法等四种损伤评估方法,作为桥梁损伤神经网络评估方法的有益补充,这些方法均能从一定程度上消除由于专家个人偏好、知识层次不同等造成的差异,且一般不涉及复杂的数学或力学计算,只需根据经验进行一些简单推理和比较就能得到结果。实例计算证明,所得结论较符合工程实际。 (5)寿命作为桥梁结构的一个重要特征,在损伤评估中十分必要。为此,论文给出了桥梁结构剩余寿命预测的四种模型,即回归预测模型、灰色预测模型、改进灰色模型和神经网络预测模型。决策者可根据自己的知识水平、所掌握的信息种类和数量等主客观条件来选用不同的模型进行预测分析和决策制定。 (6)维修是桥梁使用管理过程中的重要环节,建立合理的维修制度对保证结构的正常运行、提高结构的使用效益具有重要的意义。作为初步分析,该项研究应用马尔柯夫过程模型建立了描述公路桥梁结构性能变化的状态方程。在此基础上,讨论了维修对桥梁结构性能及其使用效益的影响,以结构在使用期内的总期望效益最大为目标,建立了确定结构最优维修策略的数学模型,该模型可为桥梁工程的科学化管理提供一定的参考。


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