基于寿命周期成本的桥梁全寿命设计方法研究

【摘要】： 桥梁等基础设施工程的基于寿命周期成本的全寿命设计理论和方法是近年来国内外工程界普遍关注的研究课题,在国内的研究尚处于起步研究阶段,工程应用更少。桥梁全寿命设计方法研究具有重要的学术意义和工程价值。 在综述国内外相关文献的基础上,对桥梁全寿命优化设计方法的相关问题进行了深入研究。开展了如下研究工作: (1)基于现有的碳化深度预测模型,利用最新的气候变化数据,改进了受碳化腐蚀的预应力混凝土板梁的强度和开裂时变可靠度模型,计算了不同CO2浓度和不同腐蚀环境下预应力混凝土结构的失效概率和平均腐蚀损伤比例,比较了不同的耐久性措施和裂缝宽度准则对混凝土碳化损伤比例的影响。参数敏感性分析得到了进行时变可靠度分析的主要影响因素; (2)提出了基于概率的间接维护成本模型,使用基于改进的事件树模型,验证了间接维护成本模型的有效性; (3)提出了时变可靠指标和状态指标作为桥梁性能的定量评估指标,推导了桥梁维护策略-寿命周期成本-桥梁时变性能指标之间的相互关系,建立了多目标的组合维护优化模型,基于粒子群优化算法,得到了桥梁结构服役期内的最优维护策略; (4)提出了基于构造措施和设计细节的桥梁全寿命设计方法的体系框架和实施步骤,比较了全寿命优化设计方法和现有设计的联系和不同,结合试验桥的设计实践和基于全寿命成本桥梁车道数决策分析,验证了桥梁全寿命设计方法的合理性。