橋梁結構生命全過程的可靠性優化設計探究

■黃 杉，高文文，邱健民 ■重慶建筑工程職業學院，重慶 400072

橋梁結構設計的目的是使橋梁結構安全可靠，具有經濟性和適用性。基于這樣的目的，橋梁結構的設計方法將繼續改善和提高橋梁結構設計方法，此設計必須基于可靠性理論，而不是過去的經驗值給定的安全系數的容許應力設計法。橋梁在交通變得越來越重要，橋梁是國民經濟重要的基礎設施，與國民經濟和人民的生活密切相關，深入研究生命周期，可確保橋梁的安全可靠性，耐久性，以促進經濟的發展。這種發展是和諧社會建設的重要意義。橋梁的可靠性，特別是在施工階段，對施工階段的安全控制周期的控制，對系統的可靠性要求非常高。

1 橋梁結構可靠度優化設計

1.1 結構可靠度的基本概念

可靠性，完成的時候，有條件的概率的概率不滿足預定功能的概率。極限狀態的結構的可靠性分析的基礎上，方程為:

z=g(x1，x2，…，xn)=0 式中z 為結構的功能函數，x1，x2，…，xn 為影響可靠度的隨機變量。

結構狀態與功能函數的關系可以表示為下式:

z=g(x)＜0 或=0 或＞0

當z ＜0 時結構為失效狀態，z ＞0 時結構為可靠狀態，z=0 時結構為極限狀態。

1.2 結構優化設計的數學模型

需要結構優化，必須有一個合理的數學模型包含三個要素:設計變量、約束函數和目標函數(目標函數的確定，應通過調整目標函數的變量的值)。設計變量，優化設計是找到變量的最優組合，確定相關參數結構設計，設計變量的優化得到的結果包括結構截面參數，幾何參數，材料的物理性能。作為目標函數的優化標準，根據橋梁結構的實際情況，調整結構的目標函數是非常重要的。必須約束結構的設計，在滿足需求的前提下，讓結構強度、剛度和穩定性正常橋要求發揮作用。

1.3 結構優化設計的方法

把優化準則的最優條件做為基準，通過迭代計算的力學和數學規劃獲得精確的設計，設計變量的大小和多少次沒有關系，所以容易更快被設計師掌握。數學規劃法，包括拉格朗日乘子法、罰函數法、一系列線性規劃法等。非線性問題的線性逼近問題將約束優化問題轉化為無約束最優化問題。在數值分析中引入最優化設計理論，在數學規劃求解結構優化問題中，利用線性逼近是數學規劃法求解優化問題的可行方向法。智能算法，包括遺傳算法、粒子群優化算法、計算機技術等問題的常用優化方法，具有較強的隨機搜索能力，較好的解決了實際問題。

1.4 橋梁結構可靠度優化設計

選取目標函數為預期費用，表達式如下:

minC=C1 +C2Pf 式中:C 的橋梁生命周期總成本的建設，預計投資;C1 為橋梁建設的投資、C2 為結構破壞損失及重建的費用。根據實際需要，選擇設計變量和條件與《涵洞以及公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋梁》(規JTG)、《一般公路橋梁設計規范》(JTG D60)測定強度，承載力，撓度和裂縫寬度和變形的邊界約束，并考慮到可靠性的可靠性必須大于目標。

2 施工期橋梁結構可靠性評價與質量控制

2.1 橋梁結構施工期可靠性影響因素

設計中的設計因素，包括不完善，設計負荷偏差，結果是不準確的，項目相關的標準，往往只是對主體結構和橋梁結構的限制，很多細節問題沒有完全開放，人們容易出現問題。不完善的基礎信息的可靠性設計也影響工程施工的有關規定，根據給出的設計信息，不完全信息，具有較大的質量和安全的前提下，科學設計，確保項目成功，設計師對網站存在的問題進行了分析，以確保實現了設計的可靠性。考慮建設上的因素，橋梁結構的建設將使用大量的金融，材料和人力資源，大型復雜橋梁工程建設是一個漫長而復雜的過程，所以有許多不確定因素，進而影響結構可靠性的施工過程，包括控制結構變形和應力控制，控制結構的穩定性和安全性控制。影響因素對結構可靠性的影響取決于不同材料的物理性質，增強了強度、位置和數量。這是控制結構施工期的重要指標，對施工荷載因素也有一定的影響。

2.2 橋梁結構施工期可靠性評價

有許多因素，橋梁施工的可靠性，以滿足結構設計的要求，整個施工控制的必要性，探討了可靠的條件下施工期結構，灰色理論，在評價的可靠性，在施工中應用。安全系數，可以整合因素結構，可靠性和設計質量定位的安全，包括安全，風險評估，平均集、專家打分的方法確定因素的權重，在不同的層中的第一組，形成施工可靠性的因素非常復雜，要達到的目標施工階段的結構可靠性的概率和概率在施工完成后，以達到預期的效果之間的關系，注意到年底的建設也可以對整個結構的性能造成影響。

2.3 橋梁結構施工期的質量控制

橋梁施工質量控制涉獵多種因素，包括混凝土澆筑，選擇原材料，施工人員質量，配比，施工荷載，設備管理，成型和養護，施工。

控制方法和先驗估計可以被預測，通過控制橋的時間，為考慮威脅的可靠性，必須嚴格控制施工各階段的因素，同時也是為減小預測精度的誤差;調整時間的一部分，為了實現這個目標，施工檢查，自適應控制，參數估計是不一致的，必須與實際調整，不然施工質量無法得到保證。質量控制，包括的模板，鋼筋和混凝土施工，施工誤差的重要性可能是由于不嚴格控制誤差造成的，因此需要一個完整的系統完全培訓，監測系統和加強的施工管理，施工人員系統的法律法規。

3 橋梁結構使用期的可靠性分析

3.1 橋梁結構服役期可靠性模糊綜合評價

通過可靠性綜合評價的橋梁可靠性，確定主要影響因素。四級成績的上部結構、下部結構及附屬結構分為優秀、良好、合格和不合格。包括橋梁上部結構橋梁伸縮縫和欄桿結構可靠性評估的可靠性評估，包括的建設的基礎，墩梁和其他設施的可靠性評估，包括護坡，調整結構，照明，標志和下水道。

3.2 橋梁了結構剩余壽命預測

橋是由外部因素惡化的會影響預期壽命，所以剩余壽命要在良好的評價和實施。橋梁壽命，應力腐蝕，腐蝕和裂縫寬度和承載力作為基礎。與基礎經驗預測方法相比，預測的加速和經驗的數學模型復雜。思考和實證經驗的預測方法，壽命預測結果，基于橋梁已經非常成熟，有足夠的數據進行比較的預測方法;相似的結構和環境的橋梁，但也有其自身的特點和外部因素不相同，相同的性能，因此，材料的變化是不一樣的，該方法可以在非常相似的情況下會產生較大誤差;模擬加速試驗方法的惡化離子是加速壽命條件下的實際結構的復雜性，但需要一定程度的校正，以可靠的數據的數學模型的基礎上，應用計算機的現實約束。一個參數的數值模型，所以得到了廣泛的應用。

［1］周建庭.基于可靠性理論的橋梁遠程監測系統安全評價研究［D］.重慶大學，2005.

［2］刁榮亭.在役橋梁結構模糊可靠性評價及其馬爾科夫壽命預測［D］.長安大學，2006.

［3］黃承逵，孫曉燕，趙國藩，于健.基于動態可靠度的服役期橋梁維修加固風險決策［J］.工程力學，2004，22(5):361-368.

［4］夏明進.基于可靠度分析的現役結構安全性評價與剩余使用壽命預測［D］.北京工業大學，2005.