考虑碳排量和全寿命周期成本的服役梁桥维护优化决策

摘要

既有桥梁随着服役时间的增长，由于受到环境侵蚀和超载等影响导致结构性能不断降低，因此在服役期间需对桥梁采取维修加固措施。而不同的维修加固方法不仅在瞬时提高桥梁承载力的方面有所区别，同时由于维修加固作用机理不同，其加固后长期性能变化规律也将有所不同。对服役桥梁进行维修决策分析，需要考虑桥梁结构采取不同维修加固措施下的可靠度随时间的变化规律，对维修时机、维修方法、维修程度合理安排与优化，保障桥梁结构满足安全性、适用性和耐久性要求。同时针对不同维修加固方式所导致的服役周期碳排放量进行量化分析，使桥梁维修优化兼顾碳排量限制要求，并且通过碳交易市场化将碳补偿成本计入维修优化成本当中，综合构成桥梁全寿命周期成本，对桥梁维修加固进行优化决策分析。本文主要结合国家“863”高技术研究发展计划资助项目(2007AA04Z437)：“基于时变可靠度的重大砼桥梁全寿命维修优化决策技术”和国家自然科学基金项目(50808158)：“车辆超载作用下既有砼梁桥疲劳可靠度分析及剩余使用寿命预测”，开展了以下研究工作：
　　 1.进行了19根钢筋混凝土桥梁模型锈蚀构件采用不同加固方式加固后的承载能力测试和侵蚀环境下长期加固性能测试。主要针对不同维修加固方式对桥梁构件性能的瞬时承载力提高率、不同加固方式下承载力长期退化规律和侵蚀环境下不同加固方式的加固后长期性能环境降低因子时变规律进行研究。
　　 2.鉴于不同的加固方法不仅影响桥梁结构瞬时承载力提高率，同时造成加固后加固效果持续时间内抗力的时变规律也有所改变。因此，针对桥梁结构加固前后的时变可靠度进行研究，在国内外时变抗力变化和时变荷载变化研究的基础上，考虑不同加固方法对抗力的提高和加固后抗力的时变影响，基于国内外同类试验资料开展统计分析，得出不同加固方法对抗力影响的不确定性参数和概率分布，从而对比研究桥梁结构加固前后的时变可靠度变化规律。
　　 3.结合当前低碳经济发展的趋势采用碳足迹核算和碳强度分析探索桥梁全寿命周期管理的低碳技术，基于桥梁工程特点，对桥梁全寿命周期内的碳足迹和碳强度进行分阶段分类型的量化分析，并对全寿命周期碳强度指标进行模糊综合评估，在此基础上建立占用生命周期最长时间范畴的桥梁维修管理碳减排的分析模型。
　　 4.在试验研究和理论分析不同维修行为对桥梁全寿命周期的时变可靠度和失效风险影响的基础上，结合碳足迹核算研究计算不同维修方案下的碳排放量，将碳排放量通过国际碳交易市场转换为二氧化碳成本计入桥梁全寿命周期成本，以综合考虑经济成本和环境影响进行维修优化决策。