基于实测数据的公路桥梁动态养修策略自适应优化模型

为了有效利用桥梁管养资源以确保桥梁在运营期的服役安全,本文构建了适用于公路桥梁的管养策略优化模型。基于1996—2020年间国内沿海地区208座及内陆地区176座存在历史养修工作的公路桥梁性能检测数据,建立了考虑养修时服役时长与养修频次的养修增益系数计算方法,并通过极大似然估计法计算出养修增益系数的取值范围。通过将改进逆高斯过程与贝叶斯更新方法结合建立了桥梁动态养修策略模型,并利用大量实测数据对模型性能进行评估,结果表明:模型预测平均相对误差为11.1%,可在一定程度上满足工程需要。采用改进后的灰狼算法对动态养修策略模型中的决策向量进行自适应优化,寻找使得剩余寿命累积成本最低的决策向量,并通过实际桥梁优化算例证实了决策向量最优解的存在以及自适应优化模型的有效性。

基于路径概率的桥梁全寿命成本计算方法及例证

为解决传统桥梁全寿命设计方法在工程实践中遇到的设计概念模糊、计算方法不明确及与相关规范脱节的不足,以提高公共安全与交通舒适度,降低建造和运营综合成本,提出了基于路径概率并与可靠度结合的混凝土桥梁全寿命成本计算方法。首先,在深入研究桥梁全寿命设计的基础上,依据调研所得桥梁管养投入实际数据,拟合了不同服役地区不同桥梁等级的检测成本计算公式,以及不同公路等级不同养修成本的养修成本取值区间,以此构建了桥梁全寿命成本计算基准。其次,以钢筋在氯离子侵蚀和碳化耦合作用下的锈胀开裂模型为基础,采用路径概率方法构建了桥梁全寿命养修概率模型。然后,通过蒙特卡洛法进行求解,并将养修方案、养修成本通过可靠度指标联系起来,结合规范中关于正常使用极限状态指标的相关规定,提出基于可靠度的全寿命成本计算方法。最后,采用所提方法计算了不同桥梁设计方案在设计使用寿命期内的养修概率,综合建造成本、检测成本和养修成本估算全寿命成本及其对应的可靠度。结果表明:不同可靠度指标的取值对设计方案的全寿命成本有显著影响,随着可靠度指标的提高不同设计方案的经济性均出现先上升后下降的趋势。因此,设计过程目标可靠度的取值不宜过大,可通过一个较低的可靠度指标,适当放宽耐久性设计准入,以允许桥梁在使用过程出现一定的耐久性问题,并通过后续养修进行矫正,这样对于全寿命成本而言,更具有经济性。

中外桥梁长寿命化研究进展及其思考

为更好地满足社会对既有桥梁的承载和通行能力提出的更高要求,对国内外桥梁长寿命服役进行系统性研究。由于经济高速发展的起点不同,桥梁老龄化问题首先在发达工业化国家得到重视,近年来欧美和日本等国家和地区开展了延长桥梁寿命、维持桥梁长期性能的研究。在总结国外研究成果的基础上,分析我国桥梁的耐久性和安全性现状,并对我国开展桥梁长寿命研究提出原则性建议:面对我国巨大的桥梁保有量及其服役现状,需以科技创新为引领,提前开展桥梁长寿命理论研究和技术研发,更新桥梁的养护维修策略,以期提升既有桥梁的耐久性和安全性,维系或延长使用寿命,节省经费投入,促进桥梁设计、维修加固理论和技术的进步。

基于可靠度的桥梁全寿命设计方法

传统的桥梁全寿命设计方法设计概念模糊,设计指标重复或缺失,设计目标不明确,缺乏与现行规范的联系,在全寿命成本计算方面也缺少完整的计算体系。本文提出了基于可靠度的桥梁全寿命设计方法,将桥梁全寿命设计分为全寿命可靠度设计和全寿命经济性设计2部分,直观反映结构性能与成本投入之间的对立统一关系。全寿命可靠度设计基于时变可靠度理论,采用极限状态设计方法,建立了包含安全性、适用性、耐久性3类设计目标的设计体系,并提出了基于极限状态的耐久性设计思路。全寿命经济性设计将桥梁全寿命成本分析采用统一的成本形式,并提出了基于标准化参数的环境成本计算方法。基于可靠度的桥梁全寿命设计方法是对传统的桥梁全寿命设计方法的完善和补充,丰富了桥梁全寿命设计的内涵,使其更具有普适性。

桥梁全寿命设计研究综述及思考

为了解决传统桥梁设计方法中存在全寿命周期维护成本过高、设计方案在服役期性能缺乏预见性和维护资源分配不合理、维护决策缺乏理论依据等问题,国内外对桥梁全寿命设计进行了系统性研究。由于经济发展和所处的桥梁建设历史阶段不同,欧美等发达国家对桥梁全寿命研究的重点在于考量养护维修成本和用户成本的综合经济效益,以及桥梁建设使用各个阶段的能源消耗以及对其环境造成的影响。我国开展桥梁全寿命研究相对较早,但受限于全寿命设计理念尚未被工程界接受,深入研究后劲不足。面对我国桥梁养修压力日益加大的现状,本文综述了国内外桥梁全寿命设计研究现状,探索基于可靠度的极限状态设计法纳入到全寿命设计中,将全寿命设计理念与现有设计方法结合,提出了基于可靠度的全寿命设计框架,方便其在工程实践中的应用,为桥梁的科学化运营管理和维护方案决策提供理论依据。