基于性能-寿命-成本优化的混凝土梁桥设计方法及系统开发

摘要

桥梁全寿命设计理念是针对目前桥梁工程发展过程中所出现的大量在役桥梁的耐久性低、使用寿命短、维护管养成本过高等问题而提出的。然而,在基于全寿命理念的桥梁设计理论上,国内目前还没有明确的标准和规范可循,现有的大部分理论成果在实际设计过程中可操作性不大；另一方面,大多数研究者对于桥梁全寿命设计的研究仅关注其理论而不能完全付诸实际运用。因此必须对桥梁全寿命设计流程进行深入系统的研究,增强其可操作性。本文在国内外已有研究的基础上,针对量大面广的混凝土梁桥,提出了基于性能-寿命-成本优化的混凝土梁桥全寿命设计方法,建立了混凝土梁桥全寿命周期内各项成本的计算模型,对混凝土梁桥的常见病害和维护方法进行了系统总结,对混凝土梁桥全寿命周期内的维护计划方案的制定做了研究,最后开发了基于性能-寿命-成本的混凝土梁桥全寿命设计分析系统。主要工作如下:
　　 1、总结改进现有的桥梁全寿命设计理论,提出了基于性能-寿命-成本优化的混凝土梁桥全寿命设计方法,对该方法的主要阶段、主要内容等方面进行了分析,提出了基于性能-寿命-成本优化的混凝土梁桥设计方法的主要流程。
　　 2、建立了混凝土梁桥运营期各项成本的计算模型,从维护方法的角度改进了已有的用户成本、社会成本中的各单项成本。
　　 3、对混凝土梁桥的常见病害和维护方法进行了系统总结,建立了混凝土梁桥维修加固策略的多目标、多约束优化模型,利用非支配解排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithmII,NSGA—Ⅱ)进行优化求解。然后,通过工程实例验证了本文算法的有效性和适用性。
　　 4、在已有研究基础上,利用VB语言开发了一套面向用户的混凝土梁桥全寿命设计分析系统,系统最多可以同时比较同一项目的五个可选方案。最后通过一实例演示了系统的使用方法,验证了系统运行的准确性和稳定性。