基于寿命期的混凝土梁桥管养策略研究

作     者：魏津昌 

作者单位：福州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：上官萍;王增贤

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：混凝土梁桥 寿命期 养护 系统软件 优化分析 

摘      要：混凝土梁桥在建成后的安全运营已经成为关系到国计民生的重大问题,混凝土梁桥管理养护策略体系的建立,能够帮助桥梁管理单位在桥梁检查完成后系统地评估桥梁的技术状况,并制定适当的养护维修策略,从而大大提高管理养护效率和节省维护成本。因此,建立寿命周期内的混凝土梁桥管理养护策略体系具有重大的经济效益和社会效益。本文以福建省在役的公路混凝土梁桥为工程背景,参考国内外桥梁检测和养护规范,研发一套适合公路混凝土梁桥寿命周期内性能指标评估与管理养护策略制定的软件系统,并对混凝土梁桥寿命周期内的维护时间和方法进行优化。论文的主要研究工作和结论如下:(1)通过现场实地调研,统计分析福建省沿海公路混凝土梁桥的典型病害特征。对81座沿海公路混凝土梁桥的调研结果表明,福建沿海公路混凝土梁桥最常见的病害包括钢筋混凝土桥面铺装病害、上部承重构件病害和墩台病害。此外,海水中桥墩钢筋的锈蚀概率比大气中主梁大1至2个等级,海水中桥墩钢筋的锈蚀速率和大气中主梁相当或更大,大气中主梁混凝土的碳化深度是海水中桥墩的1.5倍及以上。基于调研结果,建立了混凝土梁桥病害库和维护措施库。(2)采用定性与定量相结合的方法,定义了部件五级分类参考表和缺损状况、承载能力、通行能力和桥梁综合性能指标评分参考表,将公路混凝土梁桥服役性能进行了量化表达;结合模糊数学、层次分析法AHP和隶属度函数,建立桥梁评定体系。采用灰色系统和马尔科夫两种方法,对桥梁的缺损状况、承载能力、通行能力和桥梁整体性能进行预测;采用决策树和多属性决策的群排序方法,进行桥梁项目级和网级决策。(3)采用Matlab GUI界面设计和C++编译器,开发了福建省公路混凝土梁桥寿命期管养信息系统软件((FJ-MIS),软件包括基础数据模块、桥梁性能评定模块、全寿命成本计算模块、专家知识模块、桥梁性能预测模块、优先管养决策模块和输出模块。利用FJ-MIS开展的案例分析表明,桥梁管养成本与建设期成本相当,有些情况下甚至大于建设期成本。(4)将混凝土梁桥维护策略分为预防性维护(PM)和纠正行维护(CM),以寿命期总成本最小作为优化目标,使用Matlab遗传算法工具箱研究混凝土梁桥养护优化策略。以东埭大桥为工程背景进行优化分析,得到了东埭大桥在全寿命周期内主梁和桥墩的最佳维护时间和维护方法。优化结果表明,仅仅通过预防性维护桥梁不能满足设计服役时间;在桥梁设计服役时间和最低性能约束下,东埭大桥寿命周期总维护成本的排序是:预防性维护和纠正性维护组合维护纠正性维护,无论是基于性能的维护还是基于时间和性能的维护,每次维护在性能指标接近最低限值时总维护成本最小。