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基于混凝土耐久性的建筑工程项目全寿命经济分析

王增忠  
【摘要】:国内外建筑工程的最主要结构型式是钢筋混凝土结构。然而,许多钢筋混凝土结构,特别是处于恶劣环境条件下的基础设施建筑工程项目,由于混凝土耐久性不足,导致结构性能劣化,安全性能降低,造成大量的项目远远达不到预期的使用寿命或预期的使用功能。有的项目在使用过程中不得不投入大量资金经常进行维修,有的甚至发生结构坍塌事故,带来了严重的经济损失和不良的社会影响。因此,建筑工程项目必须充分重视混凝土的耐久性问题,并从全寿命的角度,对项目进行安全评估和经济分析。 建筑工程项目的独特之处在于安全问题极其重要。同时建筑结构的安全程度对项目的经济指标影响很大,所以建筑工程项目全寿命经济分析绝不仅仅是经济问题。全寿命经济分析离不开建筑结构的安全问题,特别是由于混凝土耐久性问题引起的结构安全性能的降低以及结构的维护维修。对于建筑工程项目来讲,最终目标是在建筑结构安全可靠约束条件下,使项目全寿命的净收益期望值最大或全寿命费用LCC最小。 本文的研究工作主要有以下内容: 1、论述建筑工程项目全寿命经济分析LCCA的内涵。将建筑工程项目全寿命周期划分为五个阶段,包括决策阶段、设计阶段、实施阶段、运营维护阶段和项目废除阶段。研究全寿命周期不同阶段对全寿命费用LCC的影响程度,并论述建筑工程项目全寿命经济分析的作用和意义。 2、论述建筑工程项目全寿命经济分析的基础理论、内容和常用方法,讨论分析建筑工程项目经济分析中的费用和效益的范围及内容。探讨研究周期、折现率、价格等主要参数的选择问题,重点分析建筑工程项目使用寿命的影响因素及其确定方法。 3、分析混凝土耐久性问题,主要探讨混凝土碳化、钢筋锈蚀、混凝土冻融破坏和混凝土碱-骨料反应等的原理、影响因素、对结构性能的影响以及对策。重点分析改善混凝土结构耐久性的技术措施和管理措施。 4、论述建筑结构可靠度理论以及结构安全指标的选择,讨论结构可靠性分析的不确定性。探讨不同阶段结构可靠度的内涵及其差别,研究已有结构由于混凝土耐久性问题导致的时变可靠度及其分析计算方法。 5、分析混凝土结构的耐久性极限标准及选择方法、耐久性的等级划分、评估方法和使用寿命的评估准则以及寿命预测方法。并通过工程案例说明混凝土结构使用寿命的评估以及寿命预测的方法和步骤。 6、论述建筑工程项目全寿命经济分析的基本方法,研究分析建筑工程结构最优初始可靠度的确定和选择方法、结构初始造价与初始可靠度的关系、结构的维修和拆除准则、结构失效损失的分析和计算方法。提出了使用功能不充分系数的概念,并用以分析结构功能失效的期望损失、估计结构维修的效益。 7、分析建筑工程项目耐久性设计的原则、方法和理念,建立基于混凝土耐久性的建筑工程项目全寿命经济分析的框架体系。重点研究拟建建筑工程项目、连续运营的建筑工程项目和已有建筑工程项目的全寿命经济分析的目标、思路、方法和步骤。详细研究拟建建筑工程结构初始可靠度水平的设置、维护维修策略的选择和耐久性设计水平的确定等问题,并提出建筑工程项目全寿命可靠度评估框架、思路和系统分析方法。将贝叶斯方法应用于提高建筑结构性能评估和预测的水平,并对建筑工程结构性能检测的最优样本规模进行初步的分析研究。 8、以海洋环境中的某一钢筋混凝土结构的桥梁为例,从技术、经济和管理等几个方面,论述基于混凝土耐久性的建筑工程项目全寿命经济分析的主要方法和步骤。 9、在对本文研究内容总结的基础上,提出以后研究工作的方向。 论文的主要创新之处: (1) 建立了基于混凝土耐久性的建筑工程项目全寿命经济分析的框架体系; (2) 系统研究了建筑工程结构初始可靠度水平的设置、维修策略的选择及其对项目经济效益的影响与对策; (3) 提出了建筑工程项目全寿命可靠性评估的系统方法。


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