环境作用下钢-混凝土组合梁桥全寿命成本研究

摘要

暴露于环境侵蚀下的钢-混凝土组合梁桥，其结构的性能会随着服役时间而发生退化。因此为了保证组合梁桥全寿命期间的安全性能，需要对其进行检测和维修。然而，不恰当的维修会导致组合梁全寿命成本过高。因此，本文采用马尔科夫过程对组合梁桥全寿命成本以及维修策略进行研究，主要研究工作包括:
　　(1)研究了环境侵蚀下钢-混凝土组合梁结构的耐久性，着重分析了组成组合梁部件的混凝土、栓钉以及钢梁的耐久性。通过查阅国内外文献，给出了混凝土强度老化、栓钉截面损失以及钢梁截面损失随时间变化的耐久性模型;在耐久性分析的基础上，综合考虑环境侵蚀作用下混凝土老化、栓钉锈蚀、钢梁锈蚀效应对组合梁弯曲抗力的影响，建立了环境作用下钢-混凝土组合梁弯曲抗力退化模型，并分析了钢-混凝土组合梁桥构件和体系时变可靠度。
　　(2)研究了环境作用下圆形钢管混凝土组合短柱的耐久性，着重分析了组合短柱钢管的耐久性;利用钢材腐蚀随时间变化的指数模型，综合考虑了荷载和环境侵蚀对圆形钢管混凝土短柱轴压承载能力的影响，建立了圆形钢管混凝土短柱轴压抗力时变模型，分析了短柱轴压抗力的时变可靠度指标;分析了三种因素:不同环境、荷载比、钢管壁厚对组合短柱轴压抗力时变可靠度指标的影响。
　　(3)研究了钢-混凝土组合梁桥全寿命成本的构成，建立了组合梁桥全寿命成本经济评价模型;以组合梁全寿命总成本最小为目标，组合梁桥的目标可靠度指标为约束，建立了基于MDP的钢-混凝土组合梁桥全寿命成本分析模型;采用实例具体分析了钢-混凝土组合梁全寿命成本模型，深入研究了组合梁全寿命各阶段成本以及最优维修策略，研究了结构初始弯曲抗力、侵蚀环境、失效成本、折现率因素对全寿命总成本以及维修策略的影响。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 钢-混组合梁桥时变可靠度国内外研究现状

1．2．1 考虑钢梁锈蚀的钢-混凝土组合梁时变可靠度研究现状

1．2．2 考虑栓钉锈蚀的钢-混凝土组合梁时变可靠度研究现状

1．3 钢管混凝土短柱时变可靠度国内外研究现状

1．4 基于时变可靠度的桥梁全寿命成本研究现状

1．5 本文的主要研究内容

2 钢-混组合梁耐久性退化模型

2．1 引言

2．2 混凝土强度退化模型

2．3 栓钉锈蚀模型

2．3．1 栓钉初始锈蚀时间

2．3．2 腐蚀电流密度

2．3．3 栓钉截面锈蚀模型

2．3．4 锈蚀栓钉抗剪承载能力模型

2．3．5 锈蚀栓钉抗剪承载能力时变模型

2．4 钢梁截面损失模型

2．4．1 钢梁腐蚀深度预测

2．4．2 钢梁截面损失模型

2．5 本章小结

3 钢-混凝土组合梁桥时变可靠度分析

3．1 引言

3．2 钢-混凝土组合梁弯曲抗力时变模型

3．3 钢-混凝土组合梁桥荷载效应模型

3．3．1 恒载

3．3．2 车辆荷载

3．4 钢-混凝土组合梁桥时变可靠度分析

3．4．1 桥梁目标可靠度指标

3．4．2 钢-混凝土组合梁桥时变可靠度分析

3．5 实例分析

3．5．1 工程概况

3．5．2 栓钉的初始锈蚀时间

3．5．3 荷载计算

3．5．4 抗力计算

3．5．5 钢-混凝土组合梁抗力退化分析

3．5．6 钢-混凝土组合梁桥时变可靠度分析

3．6 本章小结

4 钢管混凝土短柱时变可靠度分析

4．1 引言

4．2 圆钢管混凝土短柱耐久性退化模型

4．3 圆钢管混凝土短柱轴压抗力时变模型

4．4 圆钢管混凝土短柱荷载效应

4．5 钢管混凝土短柱时变可靠度分析

4．6 实例分析

4．6．1 不同环境下可靠度指标分析

4．6．2 不同荷载比下时变可靠度指标分析

4．6．3 不同钢管壁厚下时变可靠度指标分析

4．7 本章小结

5 基于MDP的钢-混凝土组合梁桥全寿命成本分析

5．1 引言

5．2 桥梁全寿命成本分析模型

5．2．1 桥梁全寿命成本构成

5．2．2 桥梁全寿命经济分析模型

5．2．3 资金的时间价值

5．3 MDP的基本原理

5．4 基于MDP的全寿命经济分析模型

5．4．1 状态空间

5．4．2 组合梁的自身状态转移矩阵

5．4．3 维修决策影响矩阵

5．4．4 状态综合转移矩阵

5．4．5 MDP成本矩阵

5．4．6 最优维修维护策略的求解

5．5 本章小结

6 基于MDP的钢-混凝土组合梁桥全寿命成本分析实例

6．1 引言

6．2 实例分析

6．2．1 结构初始弯曲抗力的影响

6．2．2 侵蚀环境的影响

6．2．3 失效成本的影响

6．2．4 折现率的影响

6．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢