橋梁維修全壽命經(jīng)濟分析與優(yōu)化的理論框架研究.pdf

1、由于交通量、車輛荷載的增加和結(jié)構(gòu)本身的自然老化，在我國近20年來建造的大量公路橋梁中，缺損與老化橋梁數(shù)量不斷增加，亟待維修改造的橋梁數(shù)量日益增多。然而，受國家財力所限，能夠投入的資金遠(yuǎn)不能滿足需要。因此，如何合理分配使用有限的資金，以確保公路暢通與橋梁安全，怎樣進(jìn)行橋梁維修決策的經(jīng)濟分析與優(yōu)化，是擺在我國橋梁界面前的一個非常迫切的問題。一直以來，關(guān)于橋梁維修經(jīng)濟分析與優(yōu)化，國內(nèi)外進(jìn)行了不懈的探索，取得了一些成果。但是由于這方面的研究涉及

2、橋梁工程、技術(shù)經(jīng)濟學(xué)、計算機技術(shù)和優(yōu)化技術(shù)等多領(lǐng)域的知識，加上橋梁結(jié)構(gòu)系統(tǒng)本身的復(fù)雜性以及目前對橋梁全壽命使用期內(nèi)的各種不確定性影響因素缺乏全面深入的掌握，致使橋梁維修經(jīng)濟分析與優(yōu)化的理論研究方面尚處于基礎(chǔ)性探索階段。在此背景下，本文就橋梁管理維修經(jīng)濟分析與優(yōu)化的理論與方法展開研究，并初步建立了橋梁維修全壽命經(jīng)濟分析與優(yōu)化的基本理論框架。根據(jù)文獻(xiàn)檢索，這樣的框架在國內(nèi)外都是首次提出的，論文所建立的模型和所提出的計算公式與分析方法比目前國

3、外在維修分析中采用的更為簡單有效。本論文所建立的這種理論框架，是一種新的探索與嘗試，它將促進(jìn)該方面研究的進(jìn)一步發(fā)展。該理論框架具體包括以下內(nèi)容和創(chuàng)新性成果：
　　1.針對混凝土橋梁結(jié)構(gòu)，建立了多種線性或非線性的劣化模型，建立了這些模型簡單統(tǒng)一的計算公式；結(jié)合我國實際，給出了基于橋梁可靠度或狀況評估值的線性劣化模型的具體參數(shù)。橋梁的結(jié)構(gòu)形式繁多，不同的結(jié)構(gòu)存在不同的劣化模式。論文建立的這些劣化模型，為不同劣化模式匹配合理的劣化模型提

4、供更大的選擇余地，而準(zhǔn)確的橋梁劣化預(yù)測模型是維修優(yōu)化工作的基礎(chǔ)。
　　2.建立了多種橋梁維修效果模型及其簡單統(tǒng)一的指標(biāo)計算公式。各種橋梁維修措施產(chǎn)生的維修效果是不同的，因此，建立其維修效果模型，是分析維修效果和進(jìn)行維修優(yōu)化的基礎(chǔ)。本論文由于采用了所建立的生效函數(shù)法，從而使得所建立的維修效果模型既簡單合理又便于進(jìn)行橋梁維修全壽命經(jīng)濟分析與優(yōu)化。
　　3.針對混凝土橋梁結(jié)構(gòu)，建立了有預(yù)防維修時的橋梁劣化模型，通過建立不同維修模式

5、與無預(yù)防維修時的不同劣化模式組合后的各種情形的指標(biāo)計算公式，為橋梁維修全壽命經(jīng)濟分析與優(yōu)化打下了基礎(chǔ)。
　　4.提出了橋梁維修優(yōu)化的經(jīng)濟分析方法。通過提出合理收益法，進(jìn)一步給出了用于橋梁維修方案比較評價與優(yōu)化的一系列經(jīng)濟指標(biāo)；根據(jù)經(jīng)濟學(xué)原理，建立了橋梁維修的動態(tài)維修成本計算公式。經(jīng)濟學(xué)中的投資決策問題已有成熟的評價指標(biāo)與評價方法。橋梁維修優(yōu)化有四個主要目標(biāo)：維修成本、橋梁使用壽命、橋梁狀況或可靠度，這些目標(biāo)會互相制約，需對其統(tǒng)籌兼

6、顧。本論文運用合理收益法將橋梁使用壽命、橋梁狀況和可靠度以貨幣收益的形式體現(xiàn)出來，從而使決策者得以用一種新的更加合理的方法對橋梁維修方案進(jìn)行全壽命經(jīng)濟分析與優(yōu)化，并可以移植更多的經(jīng)濟學(xué)概念與方法到橋梁維修優(yōu)化中。
　　5.提出了橋梁維修的基本優(yōu)化方法與組合優(yōu)化方法。通過建立首次重大維修時間、預(yù)防維修次數(shù)和維修效果指標(biāo)等的計算公式并給出其計算步驟，提出了預(yù)防維修的基本優(yōu)化方法；提出了結(jié)合型和疊加型橋梁維修組合優(yōu)化方法，建立了它們的指

7、標(biāo)計算公式，并結(jié)合例子計算了它們的維修效果參數(shù)，給出了兩種組合優(yōu)化方法的優(yōu)化步驟；提出了重大維修與預(yù)防維修的組合優(yōu)化方法，分別給出了它們的指標(biāo)計算公式以及優(yōu)化例子。通過同時考慮重大維修與預(yù)防維修，既有利于改變?nèi)藗兒鲆曨A(yù)防維修的傳統(tǒng)觀念，又使論文所建立的橋梁維修全壽命經(jīng)濟分析與優(yōu)化的理論框架更完整更實用。
　　6.基于上述成果，研究開發(fā)了橋梁維修全壽命經(jīng)濟分析與優(yōu)化程序BMOP(Bridge Maintenance Optimiza