钢桥全寿命周期成本分析及防腐维护策略研究

来源 :兰州交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wanghui3321
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钢桥具有刚度大、自重轻、跨越能力强、建设周期短、使用寿命长、碳排放量低等优点,已在桥梁工程建设中得到广泛应用。近年来,国内外学者对桥梁全寿命周期成本分析理论及钢桥防腐维护方法开展了大量的研究工作,而对基于不同防腐维护策略的钢桥全寿命周期成本及结构可靠性的研究较少。本文以景中高速与中川机场连接线主匝道高架桥为案例,利用理论分析和数值模拟的方法,对不同防腐维护策略作用下,钢桥全寿命周期成本和结构可靠性进行了深入分析,主要工作和研究成果如下:(1)基于等体积原理,通过将局部区域涂层钢材腐蚀量等效为钢构件表面平均腐蚀深度,提出涂层降解与钢材腐蚀同步发生的涂层钢材腐蚀分析模型。利用Monte Carlo仿真模拟法,对C3大气腐蚀环境中,国外学者提出的涂层钢材腐蚀分析模型与本文提出的涂层钢材腐蚀分析模型进行对比,发现本文提出的涂层钢材腐蚀分析模型更加符合涂层钢材腐蚀的客观规律。(2)利用MATLAB有限元工作平台,基于设计验算点法,编写结构可靠指标分析程序。在四种防腐维护策略作用下,分析波形腹板钢箱-混凝土组合简支箱梁和波形腹板钢箱-混凝土组合连续箱梁的结构可靠性,发现进行必要的防腐维护,有利于提高涂层钢桥结构可靠性;当涂层降解率达到10%时,进行一次局部修补涂装维护,对涂层钢桥结构可靠性最有利;当涂层降解率达到50%时,进行一次全部重涂维护,对涂层钢桥结构可靠性最不利。(3)通过将涂层钢桥全寿命周期划分为建设投资期、运营服役期、拆除回收期三大阶段,建立钢桥全寿命周期成本分析模型。利用Monte Carlo仿真模拟法,在车流量及四种防腐维护策略作用下,模拟分析涂层钢桥全寿命周期成本现值,发现随车流量年平均增长率增大,涂层钢桥运营服役期成本现值显著增加;当只进行局部修补涂装时,对涂层钢桥运营服役期成本现值最有利,全寿命周期成本现值增加最少;当局部修补涂装与全部重涂交叉进行时,对涂层钢桥运营服役期成本现值最不利,全寿命周期成本现值增加最多。(4)基于不同成本分析折现率,对比分析涂层钢桥全寿命周期成本现值和A1010免涂装耐候钢桥全寿命周期成本现值。发现涂层钢桥全寿命周期成本现值,主要由建设投资期成本现值和运营服役期成本现值组成,且随着成本分析折现率不断增大,涂层钢桥全寿命周期成本现值及运营服役期成本现值逐渐减小;而A1010免涂装耐候钢桥,由于在营运过程中很少进行防腐维护,其全寿命周期成本现值主要由建设投资期成本现值组成,且随着成本分析折现率不断增大,A1010免涂装耐候钢桥全寿命周成本现值相对稳定。
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