基于混凝土耐久性的建筑工程项目全寿命经济分析

摘要

国内外建筑工程的最主要结构型式是钢筋混凝土结构。然而，许多钢筋混凝土结构，特别是处于恶劣环境条件下的基础设施建筑工程项目，由于混凝土耐久性不足，导致结构性能劣化，安全性能降低，造成大量的项目远远达不到预期的使用寿命或预期的使用功能。有的项目在使用过程中不得不投入大量资金经常进行维修，有的甚至发生结构坍塌事故，带来了严重的经济损失和不良的社会影响。因此，建筑工程项目必须充分重视混凝土的耐久性问题，并从全寿命的角度，对项目进行安全评估和经济分析。 建筑工程项目的独特之处在于安全问题极其重要。同时建筑结构的安全程度对项目的经济指标影响很大，所以建筑工程项目全寿命经济分析绝不仅仅是经济问题。全寿命经济分析离不开建筑结构的安全问题，特别是由于混凝土耐久性问题引起的结构安全性能的降低以及结构的维护维修。对于建筑工程项目来讲，最终目标是在建筑结构安全可靠约束条件下，使项目全寿命的净收益期望值最大或全寿命费用LCC最小。 本文的研究工作主要有以下内容： 1、论述建筑工程项目全寿命经济分析LCCA的内涵。将建筑工程项目全寿命周期划分为五个阶段，包括决策阶段、设计阶段、实施阶段、运营维护阶段和项目废除阶段。研究全寿命周期不同阶段对全寿命费用LCC的影响程度，并论述建筑工程项目全寿命经济分析的作用和意义。 2、论述建筑工程项目全寿命经济分析的基础理论、内容和常用方法，讨论分析建筑工程项目经济分析中的费用和效益的范围及内容。探讨研究周期、折现率、价格等主要参数的选择问题，重点分析建筑工程项目使用寿命的影响因素及其确定方法。 3、分析混凝土耐久性问题，主要探讨混凝土碳化、钢筋锈蚀、混凝土冻融破坏和混凝土碱．骨料反应等的原理、影响因素、对结构性能的影响以及对策。重点分析改善混凝土结构耐久性的技术措施和管理措施。 4、论述建筑结构可靠度理论以及结构安全指标的选择，讨论结构可靠性分析的不确定性。探讨不同阶段结构可靠度的内涵及其差别，研究已有结构由于混凝土耐久性问题导致的时变可靠度及其分析计算方法。 5、分析混凝土结构的耐久性极限标准及选择方法、耐久性的等级划分、评估方法和使用寿命的评估准则以及寿命预测方法。并通过工程案例说明混凝土结构使用寿命的评估以及寿命预测的方法和步骤。 6、论述建筑工程项目全寿命经济分析的基本方法，研究分析建筑工程结构最优初始可靠度的确定和选择方法、结构初始造价与初始可靠度的关系、结构的维修和拆除准则、结构失效损失的分析和计算方法。提出了使用功能不充分系数的概念，并用以分析结构功能失效的期望损失、估计结构维修的效益。 7、分析建筑工程项目耐久性设计的原则、方法和理念，建立基于混凝土耐久性的建筑工程项目全寿命经济分析的框架体系。重点研究拟建建筑工程项目、连续运营的建筑工程项目和已有建筑工程项目的全寿命经济分析的目标、思路、方法和步骤。详细研究拟建建筑工程结构初始可靠度水平的设置、维护维修策略的选择和耐久性设计水平的确定等问题，并提出建筑工程项目全寿命可靠度评估框架、思路和系统分析方法。将贝叶斯方法应用于提高建筑结构性能评估和预测的水平，并对建筑工程结构性能检测的最优样本规模进行初步的分析研究。 8、以海洋环境中的某一钢筋混凝土结构的桥梁为例，从技术、经济和管理等几个方面，论述基于混凝土耐久性的建筑工程项目全寿命经济分析的主要方法和步骤。 9、在对本文研究内容总结的基础上，提出以后研究工作的方向。 论文的主要创新之处： (1) 建立了基于混凝土耐久性的建筑工程项目全寿命经济分析的框架体系； (2) 系统研究了建筑工程结构初始可靠度水平的设置、维修策略的选择及其对项目经济效益的影响与对策； (3) 提出了建筑工程项目全寿命可靠性评估的系统方法。

目录

文摘

英文文摘

同济大学学位论文原创性声明及学位论文版权使用授权书

第1章引言

1.1研究背景及问题提出

1.1.1研究背景

1.1.2建筑工程项目全寿命周期的阶段划分

1.1.3建筑工程全寿命费用分析

1.1.4全寿命经济分析的内涵和特点

1.2研究综述

1.2.1混凝土耐久性问题造成的经济损失

1.2.2混凝土耐久性的研究概况及存在的问题

1.2.3全寿命经济分析的研究概况及存在的问题

1.3本文的研究目的和主要内容

1.3.1研究目的

1.3.2研究的主要内容

第2章建筑工程项目全寿命经济分析的理论基础

2.1建筑工程项目评价的内容和目标

2.1.1建筑工程项目评价的主要内容

2.1.2建筑工程项目的目标

2.2建筑工程项目经济评价的内容和指标

2.2.1经济评价的目的和内容

2.2.2建筑工程项目财务评价的主要指标

2.3建筑工程项目经济评价中的费用和效益

2.3.1建筑工程项目全寿命成本及其组成

2.3.2全寿命经济分析中的参数选择与讨论

2.4建筑工程项目的使用寿命

2.4.1使用寿命的内涵及确定方法

2.4.2设计使用寿命及其概率含义

第3章混凝土耐久性问题及其改善方法与措施

3.1混凝土耐久性问题概述

3.1.1混凝土耐久性的影响因素及特点

3.1.2混凝土耐久性的研究内容

3.2混凝土碳化

3.2.1混凝士碳化的机理

3.2.2碳化对混凝土结构性能的影响

3.2.3影响混凝土碳化的主要因素

3.2.4混凝土碳化深度的预测

3.3混凝土中钢筋的锈蚀

3.3.1混凝土中钢筋锈蚀的机理

3.3.2混凝土中钢筋锈蚀的条件

3.3.3钢筋锈蚀的过程

3.3.4混凝土中钢筋锈蚀的主要影响因素

3.3.5钢筋锈蚀对混凝土结构性能的影响

3.4混凝土冻融破坏

3.4.1 混凝土的冻融破坏机理

3.4.2混凝土的抗冻性评价

3.4.3提高混凝土抗冻性的措施

3.5混凝土碱-骨料反应

3.5.1混凝土碱-骨料反应的机理

3.5.2混凝土碱-骨料反应的条件

3.6提高混凝土耐久性的技术和管理措施

3.6.1提高混凝土耐久性的技术措施

3.6.2钢筋防护的措施和方法

3.6.3提高混凝土耐久性的管理措施

3.6.4提高混凝土耐久性的经济社会效益分析

第4章混凝土结构的可靠性分析

4.1结构可靠度理论及其应用

4.1.1结构可靠度理论

4.1.2结构安全性指标的选择

4.2结构可靠性分析的不确定性和可靠度的划分

4.2.1可靠度分析中的不确定性

4.2.2作用效应和结构抗力的不确定性

4.2.3不同阶段结构可靠度的划分

4.3已有结构的动态可靠度

4.3.1已有结构动态可靠度的特点

4.3.2已有结构动态可靠度分析的简化方法

第5章混凝土结构耐久性评估和使用寿命的预测

5.1混凝土结构耐久性的评估

5.1.1混凝土结构耐久性极限标准

5.1.2耐久性极限标准的选择及耐久性损伤程度的调查和等级划分

5.2混凝土结构耐久性分级加权评判

5.2.1混凝土结构耐久性指标分级加权评定法

5.2.2混凝土结构耐久性三级模糊综合评判

5.3混凝土结构使用寿命预测

5.3.1混凝土结构使用寿命的评估准则

5.3.2混凝土结构使用寿命的预测方法

5.3.3混凝土结构使用寿命的预测案例

第6章建筑工程项目全寿命经济分析的基本方法

6.1建筑工程项目全寿命经济分析的目标及最优可靠度

6.1.1建筑工程项目的总体目标

6.1.2建筑工程项目的经济目标

6.1.3建筑工程最优初始可靠度

6.2结构初始造价与可靠度的关系

6.2.1结构初始造价与可靠度关系分析的常用方法

6.2.2结构初始造价与可靠度的关系函数

6.3结构的维修和拆除准则

6.3.1预防性维修和维修加固

6.3.2影响结构维修和拆除策略的经济因素分析

6.3.3维修、修复准则和拆除准则

6.4结构失效损失分析

6.4.1结构失效等级划分和损失评估

6.4.2使用功能不充分造成的损失

6.4.3结构失效损失期望值

第7章混凝土耐久性设计和建筑工程项目全寿命经济分析

7.1混凝土结构耐久性设计

7.1.1混凝土结构耐久性设计的原则

7.1.2建筑工程的设计使用寿命

7.1.3混凝土结构的工作环境

7.1.4混凝土结构设计的全寿命理念

7.1.5全寿命质量保证与规范

7.2拟建建筑工程项目全寿命经济分析

7.2.1拟建项目全寿命的费用组成和总目标

7.2.2拟建建筑工程项目全寿命现金流和维修策略

7.2.3项目的初始可靠度、耐久性水平和维修策略

7.2.4混凝土耐久性措施的全寿命经济分析比较

7.2.5全寿命过程中的非确定性变量分析

7.3连续运营的建筑工程项目全寿命经济分析

7.3.1不采取维修策略时的经济分析

7.3.2连续运营的建筑工程项目经济分析案例

7.4已有建筑工程项目全寿命经济分析

7.4.1已有建筑工程项目经济分析的特点和总目标

7.4.2已有建筑工程项目的维修及经济分析

7.5建筑工程项目全寿命可靠性评估的系统方法

7.5.1项目全寿命可靠性评估框架

7.5.2贝叶斯方法的应用

7.5.3结构性能检测成本的经济分析

第8章案例分析研究

8.1案例背景与条件

8.1.1案例背景

8.1.2案例工程条件及案例分析中的有关假定

8.2案例分析-不考虑维修情况的全寿命经济分析

8.2.1方案说明和结构性能劣化模型

8.2.2年日常检测维护费用和年结构失效损失计算公式

8.2.3甲方案全寿命经济分析

8.2.4乙方案全寿命经济分析

8.2.5丙方案全寿命经济分析

8.2.6三种方案的比较和分析讨论

8.3甲方案考虑维修情况的全寿命经济分析

8.3.1预防性维修PM方案的经济分析

8.3.2维修加固EM方案的经济分析

8.3.3考虑维修情况经济分析的讨论

第9章结语

9.1结论

9.2进一步研究的方向

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果