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原文传递服役桥梁维修加固决策研究

论文题名：	服役桥梁维修加固决策研究
关键词：	服役桥梁;维修加固决策;遗传算法;可靠度退化
摘要：	服役桥梁承载力不足、老化、破损是个世界性范围的问题。相对于桥梁维修需求的快速增长，各国桥梁维护资金不足的现象日益突出，维修决策已经成为公路管理部门面临的一个主要问题。尤其现阶段我国正处于经济发展的高峰期，道路维护资金在总体上严重不足，寻求对有限资金的合理利用是一个非常必要和迫切的课题。　　服役桥梁维修加固决策研究的目的是协调桥梁维修中安全性与经济性的矛盾问题，在维修资源十分有限的情况下研究如何获得最佳维修效果，以保证桥梁结构安全、满足使用功能、有效延长桥梁使用寿命，为公路桥梁管理部门提供决策支持和维修加固参考意见。本文基于上述目的开展了相关研究，主要内容及结论如下: 　　(1)以考虑初始状态、年退化率以及维修影响的桥面板线性退化模型为基础，建立了服役桥梁桥面板维修的单目标优化模型和多目标优化模型，前者的目标是在桥面板平均退化程度约束范围内寻找最佳维修策略使维修花费的资金最少，后者则要求维修费用和平均退化程度都最小化，维修费用最小化采用基本遗传算法求解; 　　(2)提出一种基于小生境Pareto遗传算法(NPGA)的桥面板维修优化方法，由于采用了适应值共享技术，进化过程中始终保持了很好的种群多样性，能提供一系列可行解供桥梁维修决策者根据工程需要进行选择，增加了维修策略的选择范围。这种方法既避免了单目标优化无法考虑其他影响因素的缺点，又克服了多目标优化传统解法的一些不足，提高了维修决策的科学性、合理性，适于指导桥梁维修工程实践。NPGA可以同时搜索到多个沿折衷曲线的最优解，较基本遗传算法效率更高，其解的均匀性和多样性好于多目标遗传算法，但选择规模和小生境半径的合理取值需要通过敏感性分析确定; 　　(3)提出一种基于交互式多目标遗传算法的桥面板维修优化方法。通过非精确偏好信息引导遗传搜索，使种群朝着多个目标的最佳综合性能进化;引入适应值共享方法增加种群的多样性，最终获得符合决策者要求的解集。这种方法在有限的桥梁维修资源和良好的维修效果之间进行了折衷，不仅获得一组比较理想的维修方法组合，还可以考虑决策者根据工程需要确定的的选择倾向，降低了维修策略的选择难度，为桥梁管理部门提供有力的决策支持。优化过程中惩罚项系数和输入交互信息间隔的进化代数对结果影响较大，应通过敏感性分析确定合理取值。惩罚项系数太大或太小都不能有效地筛选最优解;输入交互信息间隔的代数过多将无法引导进化方向，过于频繁则不但浪费人力资源、增加计算困难，还会加大人为操作出现差错的概率; 　　(4)进行桥梁加固方案优选时，以层次分析法计算各评价指标的主观权重值，以信息熵法计算客观权重值，以非线性规划法计算组合权重，有效地减少了主观随意性，又充分利用了客观信息，提高了分析结果的鲁棒性、决策的科学性和合理性。首次采用简化的ELECTRE法进行桥梁加固方案优选，它可以给出考虑多种因素综合影响的优劣顺序，相对于ELECTREⅡ方法，排序过程的繁琐性降低，因而更适合程序化计算; 　　(5)针对当前桥梁加固方案优选中存在的多方法评价结论非一致性问题和理论研究与实际应用脱节等问题，通过对多种单一综合评价方法的评价结论进行组合，在MATLAB平台上编制了服役桥梁加固方案优选决策支持软件。算例表明，此项研究成果可在一定程度上解决桥梁加固方案评价结论的非一致性问题，降低综合评价工作强度，提高工作效率，为桥梁管理部门决策提供方便。
作者：	边晶梅
专业：	结构工程
导师：	朱浮声;陈耕野
授予学位：	博士
授予学位单位：	东北大学
学位年度：	2009
正文语种：	中文