桥梁结构生命全过程的可靠性优化设计探究

■黄 杉，高文文，邱健民 ■重庆建筑工程职业学院，重庆 400072

桥梁结构设计的目的是使桥梁结构安全可靠，具有经济性和适用性。基于这样的目的，桥梁结构的设计方法将继续改善和提高桥梁结构设计方法，此设计必须基于可靠性理论，而不是过去的经验值给定的安全系数的容许应力设计法。桥梁在交通变得越来越重要，桥梁是国民经济重要的基础设施，与国民经济和人民的生活密切相关，深入研究生命周期，可确保桥梁的安全可靠性，耐久性，以促进经济的发展。这种发展是和谐社会建设的重要意义。桥梁的可靠性，特别是在施工阶段，对施工阶段的安全控制周期的控制，对系统的可靠性要求非常高。

1 桥梁结构可靠度优化设计

1.1 结构可靠度的基本概念

可靠性，完成的时候，有条件的概率的概率不满足预定功能的概率。极限状态的结构的可靠性分析的基础上，方程为:

z=g(x1，x2，…，xn)=0 式中z 为结构的功能函数，x1，x2，…，xn 为影响可靠度的随机变量。

结构状态与功能函数的关系可以表示为下式:

z=g(x)＜0 或=0 或＞0

当z ＜0 时结构为失效状态，z ＞0 时结构为可靠状态，z=0 时结构为极限状态。

1.2 结构优化设计的数学模型

需要结构优化，必须有一个合理的数学模型包含三个要素:设计变量、约束函数和目标函数(目标函数的确定，应通过调整目标函数的变量的值)。设计变量，优化设计是找到变量的最优组合，确定相关参数结构设计，设计变量的优化得到的结果包括结构截面参数，几何参数，材料的物理性能。作为目标函数的优化标准，根据桥梁结构的实际情况，调整结构的目标函数是非常重要的。必须约束结构的设计，在满足需求的前提下，让结构强度、刚度和稳定性正常桥要求发挥作用。

1.3 结构优化设计的方法

把优化准则的最优条件做为基准，通过迭代计算的力学和数学规划获得精确的设计，设计变量的大小和多少次没有关系，所以容易更快被设计师掌握。数学规划法，包括拉格朗日乘子法、罚函数法、一系列线性规划法等。非线性问题的线性逼近问题将约束优化问题转化为无约束最优化问题。在数值分析中引入最优化设计理论，在数学规划求解结构优化问题中，利用线性逼近是数学规划法求解优化问题的可行方向法。智能算法，包括遗传算法、粒子群优化算法、计算机技术等问题的常用优化方法，具有较强的随机搜索能力，较好的解决了实际问题。

1.4 桥梁结构可靠度优化设计

选取目标函数为预期费用，表达式如下:

minC=C1 +C2Pf 式中:C 的桥梁生命周期总成本的建设，预计投资;C1 为桥梁建设的投资、C2 为结构破坏损失及重建的费用。根据实际需要，选择设计变量和条件与《涵洞以及公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁》(规JTG)、《一般公路桥梁设计规范》(JTG D60)测定强度，承载力，挠度和裂缝宽度和变形的边界约束，并考虑到可靠性的可靠性必须大于目标。

2 施工期桥梁结构可靠性评价与质量控制

2.1 桥梁结构施工期可靠性影响因素

设计中的设计因素，包括不完善，设计负荷偏差，结果是不准确的，项目相关的标准，往往只是对主体结构和桥梁结构的限制，很多细节问题没有完全开放，人们容易出现问题。不完善的基础信息的可靠性设计也影响工程施工的有关规定，根据给出的设计信息，不完全信息，具有较大的质量和安全的前提下，科学设计，确保项目成功，设计师对网站存在的问题进行了分析，以确保实现了设计的可靠性。考虑建设上的因素，桥梁结构的建设将使用大量的金融，材料和人力资源，大型复杂桥梁工程建设是一个漫长而复杂的过程，所以有许多不确定因素，进而影响结构可靠性的施工过程，包括控制结构变形和应力控制，控制结构的稳定性和安全性控制。影响因素对结构可靠性的影响取决于不同材料的物理性质，增强了强度、位置和数量。这是控制结构施工期的重要指标，对施工荷载因素也有一定的影响。

2.2 桥梁结构施工期可靠性评价

有许多因素，桥梁施工的可靠性，以满足结构设计的要求，整个施工控制的必要性，探讨了可靠的条件下施工期结构，灰色理论，在评价的可靠性，在施工中应用。安全系数，可以整合因素结构，可靠性和设计质量定位的安全，包括安全，风险评估，平均集、专家打分的方法确定因素的权重，在不同的层中的第一组，形成施工可靠性的因素非常复杂，要达到的目标施工阶段的结构可靠性的概率和概率在施工完成后，以达到预期的效果之间的关系，注意到年底的建设也可以对整个结构的性能造成影响。

2.3 桥梁结构施工期的质量控制

桥梁施工质量控制涉猎多种因素，包括混凝土浇筑，选择原材料，施工人员质量，配比，施工荷载，设备管理，成型和养护，施工。

控制方法和先验估计可以被预测，通过控制桥的时间，为考虑威胁的可靠性，必须严格控制施工各阶段的因素，同时也是为减小预测精度的误差;调整时间的一部分，为了实现这个目标，施工检查，自适应控制，参数估计是不一致的，必须与实际调整，不然施工质量无法得到保证。质量控制，包括的模板，钢筋和混凝土施工，施工误差的重要性可能是由于不严格控制误差造成的，因此需要一个完整的系统完全培训，监测系统和加强的施工管理，施工人员系统的法律法规。

3 桥梁结构使用期的可靠性分析

3.1 桥梁结构服役期可靠性模糊综合评价

通过可靠性综合评价的桥梁可靠性，确定主要影响因素。四级成绩的上部结构、下部结构及附属结构分为优秀、良好、合格和不合格。包括桥梁上部结构桥梁伸缩缝和栏杆结构可靠性评估的可靠性评估，包括的建设的基础，墩梁和其他设施的可靠性评估，包括护坡，调整结构，照明，标志和下水道。

3.2 桥梁了结构剩余寿命预测

桥是由外部因素恶化的会影响预期寿命，所以剩余寿命要在良好的评价和实施。桥梁寿命，应力腐蚀，腐蚀和裂缝宽度和承载力作为基础。与基础经验预测方法相比，预测的加速和经验的数学模型复杂。思考和实证经验的预测方法，寿命预测结果，基于桥梁已经非常成熟，有足够的数据进行比较的预测方法;相似的结构和环境的桥梁，但也有其自身的特点和外部因素不相同，相同的性能，因此，材料的变化是不一样的，该方法可以在非常相似的情况下会产生较大误差;模拟加速试验方法的恶化离子是加速寿命条件下的实际结构的复杂性，但需要一定程度的校正，以可靠的数据的数学模型的基础上，应用计算机的现实约束。一个参数的数值模型，所以得到了广泛的应用。

［1］周建庭.基于可靠性理论的桥梁远程监测系统安全评价研究［D］.重庆大学，2005.

［2］刁荣亭.在役桥梁结构模糊可靠性评价及其马尔科夫寿命预测［D］.长安大学，2006.

［3］黄承逵，孙晓燕，赵国藩，于健.基于动态可靠度的服役期桥梁维修加固风险决策［J］.工程力学，2004，22(5):361-368.

［4］夏明进.基于可靠度分析的现役结构安全性评价与剩余使用寿命预测［D］.北京工业大学，2005.