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基于可靠度的桥梁网络性能评估与维护决策优化
| 论文题名： | 基于可靠度的桥梁网络性能评估与维护决策优化 |
| 关键词： | 桥梁网络;承载能力;维护决策;可靠性评估;荷载效应 |
| 摘要： | 交通网络是现代化城市及地区赖以生存和发展的重要基础，也是维系城市或地区正常生产生活的纽带。作为城市交通网络中的重要组成部分，桥梁的可靠性能决定着区域内交通网络的连通性能。针对当前我国桥梁破损、老化严重、维护资金有限的现状，科学地制订一个区域内桥梁网络的维护计划，合理有效地分配有限的维护资金，使区域内桥梁网络的性能尽可能地保持在一个合理的水平，具有重要的意义。 本文基于可靠度和网络理论，建立了区域桥梁网络模型，并运用该模型对区域桥梁网络进行了连通可靠性能评估；考虑桥梁可靠度劣化以及维护措施对桥梁网络性能的影响，建立了一个桥梁网络维护决策优化模型，并对其进行多目标优化，得到了该优化问题的Pareto最优解集。本文的主要研究内容包括： （1）根据在役桥梁的实际情况，对结构抗力和荷载作用统计参数进行修正，得到在役桥梁结构抗力概率模型和荷载效应概率模型；建立桥梁构件承载能力可靠性分析的功能函数，将时变可靠度理论引入结构计算，分析桥梁结构在维护期内可靠指标随时间的变化情况；采用MATLAB编制基于JC法的桥梁承载能力可靠度计算程序，基于MIDAS静力分析结果对一座在役桥梁进行承载能力可靠性评估。 （2）单座桥梁的维护决策优化：建立桥梁构件在不同维护措施下的维护效应模型与维护成本模型；以单座桥梁的最小维护成本为目标函数，以桥梁结构承载能力可靠指标满足目标可靠指标为约束条件，建立优化模型；采用带精英策略的遗传算法（GA with elitist）对该模型进行优化求解，得到单座桥梁维护期内的最优维护策略。 （3）基于网络理论，建立一个区域内的桥梁网络模型；以桥梁网络中单座桥梁的可靠度为基础，采用最小路法计算桥梁网络的连通可靠度；考虑桥梁可靠度劣化以及维护措施对桥梁网络性能的影响，得到桥梁网络连通可靠度时变曲线，为桥梁网络的维护决策优化奠定基础。 （4）桥梁网络的维护决策优化：以桥梁网络的性能指标最优和维护费用最低为目标函数，以维护期内桥梁网络中每座桥梁性能达标为约束条件，建立多目标优化方程；引入带精英策略的非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ），采用约束联赛法处理单座桥梁的最低性能约束问题，通过定义约束支配对 NSGA-Ⅱ算法进行改进；将改进的带精英策略的非支配排序遗传算法（improved NSGA-Ⅱ）应用于桥梁网络的维护决策优化，输出一系列Pareto最优解，管理方可根据实际情况制定相应维护方案。 最后，对本文的研究工作进行了总结，得出了一些结论，为桥梁网络的管理人员在制订最优维护计划时提供了理论依据和技术支持。 |
| 作者： | 夏小勇 |
| 专业： | 道路与铁道工程 |
| 导师： | 王向阳 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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