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原文传递基于改进技术状况评定的多目标桥梁养护决策方法研究

论文题名：	基于改进技术状况评定的多目标桥梁养护决策方法研究
关键词：	路网级桥梁养护决策;技术状况评定;技术状况预测;费用效益分析
摘要：	公路桥梁具有服役周期长、工作环境恶劣等特点，建设完成投入运营后逐渐进入漫长的衰退期，随着时间的推移，材料老化和技术状况劣化不可避免，桥梁运营安全风险有可能成为系统性风险。如何合理利用有限的养护资金，最大化保证桥梁安全耐久水平是当前亟待解决的问题。为此，本文提出成套解决方案，为多目标桥梁养护决策提供了实现路径，主要研究内容和成果如下：　　（1）改进评定桥型、构件及评定指标划分方案。针对现行标准中桥型、构件划分不详细的问题，将所有常用桥型划分为21种评定类型并为每种类型明确构件划分方案，覆盖我国99％以上公路桥梁，可避免技术状况评定时自定义桥型及构件产生误评。针对现行标准中桥梁缺损类型定义不全面的问题，提出构件状况等级定量评定指标包括耐久性缺损和结构性缺损指标，覆盖现有桥梁缺损类型的绝大多数，可避免技术状况评定时缺损类型自定义产生的数据混乱；提出构件状况等级定性评定指标包括功能状况、能力状况、工作状况和风险状况，可提高技术状况评定时对构件之间、结构之间相互关系以及桥梁安全风险的全面把握和预判。　　（2）改进桥梁技术状况评定方法。在改进桥型、构件及评定指标划分方案的基础上，采用层次分析法和德尔菲专家调查法提出桥梁构件状况等级评定方法，将构件状况等级（EL）分为1~5级，为基于构件的桥梁养护提供依据；提出桥梁技术状况综合评定方法，将评定结果分为基于结构安全考虑的桥梁技术状况等级（BCL）和基于资产管理考虑的技术状况指数（BCI）。通过对322座桥梁主梁构件的评定验证，结果显示提出的构件状况等级对精细化养护有更确切的针对性；通过对112座桥梁综合评定验证，结果显示改进的技术状况评定结果可更全面的掌握桥梁的结构安全和资产特性。　　（3）探索桥梁主要构件状况等级预测方法。考虑我国目前桥梁检查评定历史数据积累的现状，采用非线性回归和统计分析方法针对配筋混凝土梁桥主要承重构件开展技术状况预测曲线研究，提出主梁、桥墩和桥台基于《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/TH21-2011）部件得分的预测曲线，以及主梁、桥墩和桥台构件状况等级的预测曲线，并将劣化过程受重载交通影响显著的主梁构件根据重载交通量（包括大型货车、特大货车和集装箱车的交通量）提出预测曲线的上限和下限修正曲线。　　（4）构建路网级桥梁养护决策经济分析体系。通过对“重建轻养”的经济根源分析，提出桥梁养护的资产特性概念，并建立桥梁养护产生的经济效益计算公式。通过对全寿命周期成本分析方法对于桥梁养护决策的不适用性分析，提出桥梁预期寿命周期成本分析（LECA）方法，明确运营阶段各项成本构成。建立在用桥梁的剩余价值及养护效益分析模型，在此基础上形成了桥梁养护效益费用比（BCR）公式，为路网级桥梁养护决策提供了理论基础。　　（5）提出路网级多目标桥梁养护决策方法。针对目前桥梁养护决策方法以单体桥梁分析方法为主，无法有效支撑路网级桥梁养护决策问题，提出基于NSGA-Ⅱ遗传算法的桥梁养护决策方法。首先针对路网级桥梁及需要养护的大规模构件，利用基因编码方式对桥梁及构件群进行二进制编码，实现二维空间中的养护对象群体决策模型；随后针对桥梁性能最优所需养护成本大幅增加的现实问题，建立效益目标函数来平衡桥梁性能与养护费用之间关系；最后通过非支配排序和精英策略获得养护对策方案的系列非劣最优解集，进而实现路网级桥梁的养护决策。案例分析表明，算法可以为不同养护资金条件提供最优养护策略，实现桥梁性能和养护资金的有效平衡。
作者：	刘渊
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	徐岳
授予学位：	博士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2022