项目级桥梁管理系统的开发及其相关的若干问题研究

项目级桥梁管理系统的开发及其相关的若干问题研究公路交通是社会经济快速发展的必要条件之一,桥梁作为公路交通的重要枢纽,其性能的好坏不仅关系到交通运营和行车安全,而且影响到经济和社会的运行效益。近年来,随着经济的迅速发展,重车比例不断增加,超限、超载现象频繁发生,公路桥梁的负荷日趋加重,加之管理水平相对滞后等因素,桥梁损伤及退化加剧。国内已报道不少因维护不当和车辆超载引起的桥梁坍塌事件。广州市北环高速公路是我国最早建成运营的高速公路之一,也是车流量最大、重车最多的高速公路之一,该路段沿线的桥梁损伤严重,对行车安全造成极大隐患。为此,广州北环高速公路公司委托华南理工大学城市建设研究中心研发了项目级桥梁管理系统——北环高速公路桥梁管理系统(NBMS),该系统为北环桥梁的日常养护管理工作提供了有效的信息和技术支持。本文的工作是以广州北环桥梁管理系统(NBMS)的研究与开发为背景展开的。NBMS虽实现了强大的信息管理功能,但在桥梁的性能评估与预测,维护维修决策支持等功能方面,与国内其它桥梁管理系统一样,尚处于起步阶段。针对“北环”桥梁管理的特点,结合NBMS的实践,本文选择了三个课题开展研究。一是桥梁的车辆荷载及其荷载效应的检测和评估,这是桥梁承载力和安全性评估的基础;二是尝试建立检查与维修决策的优化分析模型,为桥梁管理系统的检修决策探索一条路径;三是提出一个基于性能的桥梁复合寿命分析方法,为桥梁维护决策过程中的寿命分析提供一种理论思路。重载车辆作用下桥梁的安全性分析至关重要,为此本文采用全概率方法分析了北环沿线的车辆荷载及车辆荷载作用下桥梁的荷载效应。一是现场测量和采集了北环高速公路的车辆轴重和轴距样本,根据实测样本对该路段的车型、车重进行统计,分析了北环沿线车辆超载和单轴轴载超限的情况,并对收集到的北环高速公路截面车流及月度车型等数据进行相关的统计分析。二是引入极值分析方法,根据所采集的车辆样本数据,分别采用极值方法与现行方法进行分析和比较,指出现行方法在一定程度上低估了车辆荷载极值,提出比较符合实际的车辆荷载极值统计模型。三是采用全概率方法模拟实际车流,提出相应的广义车队流量估计公式,结合所选的极值统计模型——阈值模型与点过程模型,建立了一个较为系统的车辆荷载效应评估模型。应用该模型推出不同分析基准期的车队流量,进而预测结构在对应基准期的车辆荷载效应,并与《公路桥梁承载力检测评定规程》所提的方法相比较。结果表明根据实际运营荷载评估的桥梁安全性很可能低于根据设计荷载评估的安全性,因此,对实际运营荷载的准确估计是桥梁的安全性评估的基础。检查与维修是桥梁管理工作中两个重要环节。不同维修方案的成本与效益存在着较大的差别,为了在桥梁性能允许的条件下尽可能地减少维修成本,需要充分可靠的桥梁信息数据。检查是获取桥梁信息的重要手段,但是检查信息只是桥梁总体信息中的部分样本信息,仅根据部分样本信息制定维修决策,可能导致不合理的结论。本文引入贝叶斯分析方法,建立了一个基于效益最大化的桥梁检修策略的动态决策模型。该模型不仅适用局部构件和整桥的检修决策,而且把桥梁的先验信息和检查信息结合起来,为决策提供更加充分的数据支持。寿命分析在桥梁维护管理中具有重要意义,桥梁剩余寿命的确定,涉及一个较为复杂的优化问题。如何将桥梁的各种性能与成本因素统一记入寿命分析,简化其优化分析过程是值得探讨的问题。通过类比设备更新收益率,定义桥梁结构的维修收益率,提出了经济指标的计算公式,建立了考