【博士】大跨度懸索橋設計壽命期內的監(jiān)測、維護與管理策略研究【2009】

內容簡介

　　學科專業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：同濟大學土木工程學院　　學位年度： 2009年　　目前，橋梁工程的重點已經從新橋的設計逐漸變成了新建與養(yǎng)護加固并重的階段。為了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，保證橋梁結構在整個使用壽命期內安全運營，須進行橋梁的監(jiān)測、維護與管理策略研究。本文基于全壽命的思想，對大跨度懸索橋在使用壽命期內的監(jiān)測、維護與管理進行了深入研究，建立了相應的總體框架、流程，制定了相應的管理對策。本文的研究工作主要有以下幾個方面：　　1、分析了懸索橋的主要受力構件的病害。由施工過程中滯留的雨水和運營過程中防護的損傷而造成的主纜腐蝕是最主要的危害。吊桿的常見病害有護套劃傷、錨頭、吊桿鋼絲、附屬構件的病害等，其中護套損傷、鋼絲銹蝕和開裂是吊桿損傷退化的主要機理。鋼絲銹蝕與開裂出現(xiàn)頻率高，檢測困難，降低拉索承載力，無法修復的特點，對纜索的危害性最大。鋼橋面板容易開裂的部位主要是各部件連接處的焊縫和因應力集中導致易開裂的部位?！　?、在對BS5400，AASHTO以及Eurocode等橋梁設計規(guī)范的分析基礎上，針對我國現(xiàn)行公路橋梁設計規(guī)范未對車輛荷載譜進行明確規(guī)定的不足，通過對江陰長江大橋的車輛狀況調查，提出了用于大跨度鋼橋的疲勞累積損傷計算的典型車輛荷載譜，并考慮沖擊系數(shù)、車道分布效應以及交通量變化等因素。在疲勞累計損傷計算方法基礎上，建立了鋼橋的疲勞等級評定的判定項目：疲勞的累積損傷度、疲勞損傷的“進展性"、構件的“冗余度”、劣化狀態(tài)對結構機能的影響程度。根據(jù)疲勞損傷等級評定結果，采用相應檢測與維修措施?！　?、根據(jù)鋼絲裂紋擴展“先圓后扁"的特點，提出了一種擬合的實用的幾何修正系數(shù)來考慮鋼絲的裂紋特征，建立了基于斷裂力學的鋼絲強度評定方法，　　并用于江陰長江大橋主纜鋼絲的斷裂強度分析，以輔助養(yǎng)護決維修決策。在分析纜索鋼絲腐蝕機理與銹蝕特點的基礎上，用鋼絲腐蝕分級的方法來評估鋼絲強度與承載力。根據(jù)主纜的長度、截面尺寸與細節(jié)的局部損傷的分析尺度上相差甚遠的特點，建立了主纜的三個分析尺度：鋼絲的尺度、索股的尺度、主纜的尺度。　　4、將橋梁運營階段的全壽命成本分為檢測成本、維修成本、用戶成本和失效成本，并詳盡闡述了各個成本的組成及計算方法。其中橋梁失效后果可用失效費用來表示，其主要費用包括重建費用、交通延遲費用、道路與交通管理費用、人身損害賠償費用以及其它間接費用等。　　5、提出了橋梁構件的檢測與維修優(yōu)化模型，將檢測與維修優(yōu)化問題變?yōu)椋骸　≡跇嫾M足最小允許可靠度的條件下，總費用最小。該優(yōu)化模型可以用于結構疲勞與腐蝕養(yǎng)護優(yōu)化，并研究了主要參數(shù)(檢測費用、維修費用、失效費用以及折現(xiàn)率等)對最優(yōu)檢測時間的影響?！　?、根據(jù)橋梁在壽命期內的評估預測以及養(yǎng)護需求，從建立橋梁監(jiān)測、維護與管理策略與方案的目標出發(fā)，確定橋梁監(jiān)測、維護與管理的原則，建立基于全壽命成本的橋梁監(jiān)測、維護與管理策略；根據(jù)橋梁使用中可能出現(xiàn)的病害問題，建立橋梁構件監(jiān)測、維護與管理的方案與方法，建立了橋梁監(jiān)測、維護與管理的流程?！　?、以江陰長江大橋為分析實例，制定了吊桿、主纜與鋼箱梁的養(yǎng)護維修策略，建立了各主要構件的檢測維修的內容、方法、設備和時機等。　　

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