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地铁车站主体结构服役期可靠度及检测维修成本优化研究
| 论文题名： | 地铁车站主体结构服役期可靠度及检测维修成本优化研究 |
| 关键词： | 地铁车站;主体结构;可靠度;检测周期;维修方案 |
| 摘要： | 近年来，我国城市轨道交通发展迅速。截至2017年末，国内城市轨道交通的运营和在建里程都超过5000公里。地铁车站作为城市轨道交通工程中的重要组成部分普遍采用钢筋混凝土结构，其设计服役期为100年，而目前我国大部分地铁线路的运营时间不超过20年。由于钢筋混凝土结构性能随服役年限的增长会产生耐久性退化问题，可以预计，未来我国地铁车站结构的养护和维修工作将会愈显重要。因此，准确评估地铁车站钢筋混凝土结构的服役状态，在保证结构安全的前提下，制定合理的检测与维修方案以尽量降低成本支出，将对地铁线路的长期运营提供重要支持，具有重大的实际意义和应用价值。 本文基于结构可靠度理论，以地铁地下车站为研究对象，分析车站主体结构在耐久性退化作用下的可靠度变化规律，将检测与维修的关系采用概率的方式引入，建立地铁车站结构服役期成本模型，并以成本最低为目标确定地铁车站最优检测周期与维修方案。本文的主要工作如下: (1)以北京地铁某明挖地下车站为例，用RFEM软件建立地铁车站主体结构有限元模型，分析楼板、侧墙、梁、柱结构的内力分布，模拟地铁运营期不同时段的荷载分布，得出不同荷载条件下车站标准断面梁、柱结构的最大内力;用蒙特卡罗法设计算法程序，得出地铁车站梁、柱等主要构件的初始可靠度指标与失效概率:下层结构柱的可靠度指标为4.265，是所有构件中最低，其失效概率为9.995×10-6; (2)选取对于地铁车站结构耐久性影响较大的碳化、钢筋锈蚀、杂散电流3种因素，分别阐述其原理，对结构耐久性的影响，得到梁、柱结构承载力随时间变化函数和梁结构可靠度指标与时间的函数关系;由可靠度指标退化曲线得出:在地铁车站服役期内，仅需对梁结构进行维修加固; (3)通过事件树理论，综合考虑检测后维修的可能性、结构的耐久性退化、维修对结构可靠度的提高与金钱的时间价值，建立地铁车站梁结构服役期成本模型，结合工程实际计算各部分成本费用。通过调整检测周期得出成本最优的检测方案为:在梁结构服役45、60、75、90年时进行检测，在此条件下估算的检测与维修成本为97.5万元，比原5年周期的检测方案节约了69.2％的支出费用;在满足结构可靠性的前提下考虑具体维修方法的最优化方案为:在梁结构服役55、45、60年时分别对各层梁结构粘贴不同宽度的CFRP板，在理想状态下检修成本可降低至22.48万元，比规范要求的检修方案降低了93％的支出。 |
| 作者： | 王海军 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 刘明辉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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