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  混凝土桥梁服役性能与剩余寿命评估方法及应用  
  日期:2012-11-26    来源:  
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——2011年度国家科技进步奖二等奖

 

    我国现有公路桥梁 62 万余座,其中混凝土桥梁的比重占到90%以上,这些混凝土桥梁中又有近60%由于环境和不利荷载等因素的影响使得服役水平下降,安全性不足。近年来,混凝土桥梁服役过程中的事故时有发生,给人民生命财产安全带来严重危害。造成这一问题的主要原因在于对混凝土桥梁服役性能与寿命评估研究严重不足。本项目历时10 年,在交通部西部交通建设科技项目、国家自然科学基金项目等多个项目支持下,长沙理工大学、浙江大学和中南大学等多家单位组成的联合课题组重点围绕混凝土桥梁服役性能评价、剩余寿命评估、维修加固决策方法以及监测传感器等方面开展研究,取得了重大创新和突破,荣获2011年度国家科技进步奖二等奖。

    一、主要科技创新

    1.创建了混凝土桥梁服役性能监测系统和评价方法。发明了5 种实时监测传感器,形成了桥梁服役性能监测系统;基于快速锈蚀构件→实桥构件→实桥破坏性试验的系统研究,揭示了超载、材料老化与损伤等影响下桥梁服役性能演变规律;提出了服役混凝土桥梁承载能力和正常使用性能计算方法,开发了集安全性和适用性于一体的评价软件;攻克了老化损伤桥梁承载力评定的若干关键技术难题。实桥破坏性试验和数百座桥梁应用表明:该评价方法准确率达90%以上。传感器性能稳定,成本降低约30%

    2.构建了基于时变可靠度理论的混凝土桥梁剩余寿命评估方法。发明了材料性能快速腐蚀试验设备,有效地研究了材料性能劣化若干机理;建立了服役混凝土桥梁抗力衰减、车辆荷载随机过程模型,提出了基于时变可靠度的剩余寿命评估方法,开发了具有自主知识产权的软件;揭示了气候变化、不利环境、车辆荷载等对混凝土桥梁寿命退化影响规律,解决了随机性与模糊性信息条件下混凝土桥梁剩余寿命评估的关键技术难题,丰富和发展了混凝土桥梁剩余寿命评估与预测理论。

    3.提出了基于力学行为与剩余寿命评估的混凝土桥梁维修加固决策方法。构建了考虑车型、收费标准等因素的间接维护成本模型,提出了在服役时间和结构性能双控条件下混凝土桥梁合理维修加固时间确定方法,发明了混凝土桥梁新式加固装置,开发了具有自主知识产权的软件系统,实现了兼顾维护技术、直接成本和间接成本的桥梁维修加固最优决策,增强了桥梁维护管理的主动性。工程应用表明,可降低维护成本20%-30%

    二、推广应用及效益

    本项成果具有很好的实用性,已在全国8 个省市570余座的服役混凝土桥梁中成功应用,减少拆除桥梁140 余座,确保了它们安全运营和路网畅通;交通、铁路、水利等行业20 余家单位应用了项目专利产品;节支总额达7.59 亿元,产生了显著的经济效益和社会效益。项目获得发明专利6 项、实用新型专利2 项,获软件著作权3 项。结合项目成果在多个省市进行了推广,培养博士、硕士研究生45 人和300 余名西部交通科技人才,主持召开了“桥梁结构生命周期性能评估”国际学术研讨,显著地推动了行业科技进步。

  
 
 
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