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　　【摘要】： 傳統的、考慮成橋狀態的橋梁設計理念和建管體制是目前橋梁出現耐久性問題、達不到設計使用壽命的關鍵。為了可持續發展,需要拓展到結構的整個使用壽命期,進行基于全壽命的橋梁設計。本文基于全壽命的思想,對橋梁從規劃、設計、施工、使用、養護與維修以及拆除和材料、構件回收再利用的整個生命周期進行了基于全壽命的橋梁設計理論與方法進行了系統研究,建立了基于全壽命的橋梁設計總體框架、流程,并得到了各個設計過程相應的設計方法。本文研究工作主要表現在以下幾個方面: 1.根據基于全壽命的橋梁設計的概念內涵,提出將基于全壽命的橋梁設計概括為在包括工程可行性研究、初步設計和施工圖設計三個階段對橋梁使用壽命設計、性能設計、監測、養護與維修設計、美學設計、環境與生態設計和生命周期成本分析六個設計過程的設計。從業主、社會和使用者的需求出發,根據三個階段對基于全壽命的橋梁設計主要過程的工作內容和目標的分析,建立了一個基于全壽命的橋梁設計總體框架; 2.在對影響橋梁使用壽命的因素分析的基礎上,將橋梁使用壽命終結準則分為結構不安全、結構不適用和結構不經濟三種。根據現代橋梁使用壽命的目標,通過分析橋梁使用壽命實現途徑的方法,提出了基于全壽命的橋梁使用壽命設計總體策略,并建議采用策略A(避免由于侵蝕性環境作用引起的橋梁結構退化)、策略B(選擇最優的材料組成和細部構造抵抗結構在設計使用壽命內的退化)和策略C(進行養護、維修以及構件和部件的更換)三種基本策略或其組合以確保橋梁設計使用壽命的實現; 3.將橋梁結構體系分為橋梁、技術體系或模塊、構件、細部構造和材料等不同的層次。根據在整個生命周期內各主要構件的養護、維修、更換情況,提出把橋梁構件分為永久構件、需要一般維護構件、需要少量維修或可更換構件和易損構件等類別,以橋梁的設計使用壽命作為基準合理確定橋梁各構件設計使用壽命的使用壽命確定方法。并建議根據橋梁各構件、部件的使用壽命與橋梁設計使用壽命的關系,采用不同的設計策略與方法的組合來設計以確保橋梁設計使用壽命的實現; 4.從橋址處的環境作用出發,根據橋梁構件與侵蝕作用的接觸方式,建立了環境作用引起主要侵蝕作用及其程度與橋梁構件需要的耐久性防護水平間的關系,從而為選擇適當的耐久性設計策略和防護措施提供依據。并建立了根據橋址處環境作用評估橋梁構件侵蝕程度和需要防護水平及通過退化分析評估和修改耐久性設計方案的耐久性設計流程; 5.根據建立橋梁監測、養護與維修策略的目標和考慮的問題,確定橋梁監測、養護與維修的原則,建立了基于全壽命成本的橋梁監測、養護與維修策略;并從橋梁的監測、養護與維修需求分析出發,通過對橋梁養護與維修方法對結構性能的影響效應分析,確定橋梁監測、養護與維修方法應用的時機、間隔時間及其成本,建立了橋梁監測、養護與維修設計的設計流程; 6.分析了橋梁美學設計的主要內容,建立了基于全壽命的橋梁美學設計評價準則,并提出了相應評價指標,分析了與橋梁美學設計有關的生命周期成本構成,然后建立了基于全壽命的橋梁美學設計流程; 7.通過對傳統橋梁設計與橋梁環境生態設計的比較,提出了橋梁環境生態設計的內涵和主要內容;提出通過環境調查、環境影響分析和環境負荷計算,進行橋梁的能源經濟設計和環境改善設計的設計思路;通過對橋梁的回收再利用設計原則的分析,從材料和構件角度研究提出了橋梁回收再利用設計方法;通過對橋梁生命周期評估的內涵、評估準則和主要內容的研究,提出了橋梁環境生態設計的評價指標;分析了橋梁建設的環境成本和環境影響,并提出了環境成本和環境影響計算和分析方法,最后在以上分析的基礎上,建立了橋梁環境生態設計的設計流程; 8.分析了基于全壽命的橋梁設計涉及的生命周期成本構成,提出把橋梁生命周期成本分為生命周期財務成本和生命周期環境成本,并分別建立了各成本構成的相應計算方法和計算公式;根據不同設計階段的計算分析需要,提出了三種層次的橋梁生命周期成本分析模型;根據基于全壽命的橋梁設計總體框架,建立了基于全壽命的橋梁設計生命周期成本分析的流程;最后,提出了根據生命周期財務成本最小、生命周期環境成本最小、使用壽命最大、目標性能(安全)水平最大、美觀性能最優五個目標進行基于全壽命的橋梁設計方案的多目標優化方法; 9.針對混凝土連續梁橋的特點,根據提出的基于全壽命的橋梁設計過程及其設計方法進行混凝土連續梁橋的設計分析,并編制相應的分析計算程序;通過一座5跨混凝土連續梁橋的設計實例的分析和計算,對基于全壽命的橋梁設計過程在混凝土連續梁橋中的應用和編制的程序進行驗證。 【關鍵詞】：基于全壽命的橋梁設計 設計過程 使用壽命設計 性能設計 監測、養護與維修設計 環境生態設計 耐久性設計 退化模型 可靠度 混凝土連續梁橋 鋼筋腐蝕 應力腐蝕開裂 Monte-Carlo模擬
【學位授予單位】：同濟大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：U442.5
【DOI】：CNKI:CDMD:1.2008.066562
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-16
• 符號說明16-24
• 第一章 緒論24-43
• 1.1 橋梁設計理念的發展24-26
• 1.2 基于全壽命的橋梁設計研究現狀26-36
• 1.2.1 橋梁使用壽命設計研究概況26-27
• 1.2.2 橋梁性能設計研究概況27-29
• 1.2.3 橋梁監測、養護與維修設計研究概況29-31
• 1.2.4 橋梁美學和環境生態設計研究概況31-33
• 1.2.5 生命周期成本分析(Life Cycle Cost Analysis，LCCA)研究概況33-36
• 1.3 混凝土連續梁橋設計和使用現狀36-40
• 1.3.1 混凝土連續梁橋發展概況36
• 1.3.2 混凝土連續梁橋使用現狀36-40
• 1.4 本文的主要研究內容40-43
• 第二章 基于全壽命的橋梁設計過程和總體框架43-55
• 2.1 基于全壽命的橋梁設計概念和主要階段43-48
• 2.1.1 橋梁設計的基本原則和性能要求43-45
• 2.1.2 橋梁性能設計分類45
• 2.1.3 基于全壽命的橋梁設計概念45-47
• 2.1.4 橋梁的生命周期特性47-48
• 2.2 基于全壽命的橋梁設計主要階段和設計過程48-51
• 2.2.1 基于全壽命的橋梁設計主要階段48
• 2.2.2 基于全壽命的橋梁設計主要過程48-51
• 2.3 橋梁設計階段的主要過程和工作51-52
• 2.4 基于全壽命的橋梁設計總體框架52-54
• 2.5 本章小結54-55
• 第三章 橋梁使用壽命規劃與設計55-77
• 3.1 橋梁使用壽命的概念和分類55-64
• 3.1.1 幾個與壽命有關的概念55-56
• 3.1.2 影響橋梁使用壽命的因素56-57
• 3.1.3 橋梁使用壽命終結準則57-60
• 3.1.4 橋梁使用壽命終結準則的評價指標60-62
• 3.1.5 橋梁使用壽命分類62
• 3.1.6 橋梁使用壽命的確定方法62-64
• 3.2 橋梁使用壽命設計策略和方法64-67
• 3.2.1 橋梁使用壽命設計策略64-65
• 3.2.2 橋梁使用壽命設計方法65-67
• 3.3 橋梁使用壽命設計67-69
• 3.3.1 橋梁體系分級67
• 3.3.2 橋梁構件分類67-68
• 3.3.3 橋梁主要構件的設計方法68-69
• 3.4 橋梁使用壽命設計流程69
• 3.5 橋梁生命周期各階段的主要任務69-74
• 3.5.1 橋梁使用壽命的規劃70-71
• 3.5.2 橋梁使用壽命的初步設計71-73
• 3.5.3 橋梁使用壽命的詳細設計73
• 3.5.4 橋梁使用壽命設計的施工確保73-74
• 3.5.5 橋梁使用壽命設計的使用期管理74
• 3.6 本章小結74-77
• 第四章 基于全壽命的橋梁性能設計77-116
• 4.1 橋梁性能設計的主要內容和設計流程77-78
• 4.2 橋梁使用性能設計78-81
• 4.2.1 橋梁用途和功能需求分析79
• 4.2.2 橋梁使用中或未來變化時的靈活性設計79-80
• 4.2.3 橋梁使用安全設計80-81
• 4.2.4 橋梁健康設計81
• 4.3 橋梁安全性能設計81-82
• 4.4 橋梁耐久性設計82-114
• 4.4.1 耐久性的定義、影響因素82-85
• 4.4.2 橋梁耐久性設計與常規設計的異同85-86
• 4.4.3 橋梁的環境作用研究86-90
• 4.4.4 橋梁構件暴露狀況評估90-96
• 4.4.6 橋梁耐久性防護水平和防護措施96-100
• 4.4.6 橋梁退化分析和可靠度評估100-112
• 4.4.7 橋梁耐久性設計流程112-114
• 4.5 本章小結114-116
• 第五章 橋梁監測、養護與維修設計116-141
• 5.1 橋梁及其構件的監測、養護與維修需求分析116-121
• 5.1.1 橋梁全壽命退化曲線116-117
• 5.1.2 橋梁性能指標117
• 5.1.3 橋梁技術狀況和可靠度退化117-120
• 5.1.4 橋梁臨界性能水平120
• 5.1.5 基于全壽命評估的橋梁監測、養護需求分析120-121
• 5.2 橋梁監測、養護與維修策略與方案121-136
• 5.2.1 橋梁監測、養護與維修的目標122
• 5.2.2 建立橋梁監測、養護與維修策略與方案考慮的問題122-123
• 5.2.3 橋梁養護和維修原則123-124
• 5.2.4 基于全壽命成本的橋梁監測、養護與維修策略124
• 5.2.5 橋梁監測、養護與維修方案的確定124-126
• 5.2.6 橋梁監測、養護與維修方法126-130
• 5.2.7 橋梁養護與維修的影響效應130-134
• 5.2.9 橋梁監測、養護與維修的處理過程134-136
• 5.3 橋梁監測、養護與維修設計136-138
• 5.3.1 橋梁監測、養護與維修設計的主要內容136-137
• 5.3.2 基于全壽命成本的橋梁監測、養護與維修設計流程137-138
• 5.4 橋梁可檢性、可修性和可換性構造措施138-139
• 5.4.1 橋梁可檢性、可修性和可換性原則139
• 5.4.2 橋梁可檢性、可修性和可換性構造設計139
• 5.5 本章小結139-141
• 第六章 生命周期橋梁美學設計和環境生態設計141-168
• 6.1 基于全壽命的橋梁美學設計141-149
• 6.1.1 橋梁美學設計的主要內容141-143
• 6.1.2 橋梁美學設計評價準則和指標143-146
• 6.1.3 橋梁美學設計生命周期成本分析146
• 6.1.4 基于全壽命的橋梁美學設計流程146-149
• 6.2 橋梁生命周期環境生態設計149-166
• 6.2.1 橋梁環境生態設計的內涵及主要內容149-152
• 6.2.2 橋梁的能源經濟設計和環境改善設計152-155
• 6.2.3 橋梁的回收再利用設計155-160
• 6.2.4 橋梁生命周期環境生態設計的評價準則和指標160-164
• 6.2.5 橋梁生命周期環境成本(影響)分析164
• 6.2.6 橋梁環境生態設計總體流程164-166
• 6.3 本章小結166-168
• 第七章 橋梁生命周期成本分析與多目標設計優化168-184
• 7.1 橋梁生命周期成本分析方法及其主要構成168-177
• 7.1.1 橋梁生命周期成本分析的概念168-169
• 7.1.2 橋梁生命周期成本基本構成169-177
• 7.2 橋梁生命周期成本分析(BLCCA)模型177-180
• 7.2 橋梁生命周期成本分析(BLCCA)流程180-181
• 7.3 橋梁多目標設計優化方法181-182
• 7.4 本章小結182-184
• 第八章 基于全壽命的設計過程在混凝土連續梁橋中的應用184-254
• 8.1 工程可行性研究184-185
• 8.1.1 橋梁建設需求分析184-185
• 8.1.2 橋梁建設的可行性研究185
• 8.1.3 全壽命設計目標確定185
• 8.2 初步設計185-252
• 8.2.1 初擬結構設計方案185-187
• 8.2.2 混凝土連續梁橋使用壽命設計187-190
• 8.2.3 混凝土連續梁橋安全性能設計190-192
• 8.2.4 混凝土連續梁橋耐久性設計192-241
• 8.2.5 混凝土連續梁橋監測、養護與維修設計241-246
• 8.2.6 混凝土連續梁橋生命周期成本分析與設計優化246-252
• 8.3 施工圖設計252
• 8.4 本章小結252-254
• 第九章 結論與展望254-258
• 9.1 理論與方法上的進步254-255
• 9.2 實際應用結論255-256
• 9.3 進一步研究的建議256-258
• 參考文獻258-284
• 致謝284-285
• 個人簡歷 在讀期間發表的學術論文與研究成果285