随着盾构隧道运营时间的增加，结构病害不断出现，给隧道服役性能和结构安全带来了严峻挑战，揭示隧道结构安全性态发展规律、合理评价盾构隧道结构状态成为保障隧道结构安全的核心问题。然而，由于影响隧道结构安全的原因复杂且对隧道结构产生耦合作用，使得隧道结构性态演化机理复杂，结构病害原因难以诊断，隧道结构安全状态难以合理评价。因此，本项目采用足尺模型试验、理论解析和数值模拟方法，建立了振动和渗漏耦合作用下的隧道结构性态演化分析方法，提出了基于管片安全和接头安全的承载力功能函数，建立了隧道结构易损性评价及病害原因诊断模型，提出了隧道结构安全动态评价方法。研究成果对保障运营盾构隧道结构安全提供了技术支撑。 研究内容和成果如下：（1）基于列车-轨道-隧道-地基解析模型，建立了地铁振动荷载确定方法，在此基础上，考虑隧道渗漏影响，通过大循环次数下弹塑性水土耦合动力有限元计算，揭示了振动荷载和渗漏耦合作用下盾构隧道纵、横向长期性态变化规律；（2）进行了足尺的管片接头试验，采用理论分析与模型试验相结合的方法，揭示了接头性能演化规律与易损性特征，提出了基于接头防水安全的接头承载力安全系数Kc，为盾构隧道结构易损性评价提供了新方法；（3）提出了盾构隧道接头解析模型，建立了盾构隧道易损性评价模型，考虑隧道结构性态演化规律，提出了基于盾构隧道横向收敛变形和接头张开量变形作为隧道易损性评价指标；（4）利用隧道结构易损性评价模型，考虑隧道结构影响因素条件更新，实现了盾构隧道结构易损性预测和损伤原因诊断；（5）基于隧道结构性态演化规律和易损性发展规律, 考虑隧道病害等级和相关性的影响，建立了隧道结构安全状态动态评价方法，实现了隧道结构多层次结构安全评价方法。 2100433B

随着运营盾构隧道结构性能不断劣化，合理评价盾构隧道结构状态成为保证隧道服役性能及结构安全迫切需要解决的问题。然而由于盾构隧道纵向里程较长，地层条件、环境变化、拼装方式的差异等使隧道结构表现出不同的抗力和结构响应特性，隧道结构的损伤程度、规律及其对系统安全的影响亦不同，然而目前的隧道结构评价中忽略了这些差异，无法对盾构隧道结构性态进行合理的评价，使得对盾构隧道的维护只能依据经验进行。本项目基于土层性质和环境变化的差异，利用理论模型揭示盾构隧道结构性态发展规律和特点；基于盾构隧道功能和结构安全要求，建立盾构隧道结构极限状态功能函数；提出盾构隧道功能和结构失效模式；揭示盾构隧道结构性态渐进性发展规律及失效特点；提出盾构隧道结构评价基准；建立基于贝叶斯网络的盾构隧道易损性评价模型，形成盾构隧道结构分析、评价和预测方法；基于工程实践实现盾构隧道结构评价方法的优化，为运营盾构隧道结构维护提供依据。

目前桥梁安全评估的分析方法大部分基于某个计算公式的近似模拟或者某种主观判断，往往无法将以往桥梁性能退化规律的先验认识和当前的检测信息进行有效结合，也无法做到对评估模型或参数进行及时更新。动态贝叶斯网络（Dynamic Bayesian Networks, DBN)在处理桥梁结构时变过程中的时序数据以及表达多层影响因素方面具有独特的优势，同时具有信息更新能力。本项目首次提出将DBN作为桥梁安全评估的新方法，建立能有效预测桥梁结构性能退化的DBN模型，并进行安全可靠度的评估。通过对网络拓扑结构的改进和优化，进一步提升DBN在结构性能退化模拟方面的适用性，同时对响应面拟合模型以及抽样策略进行改进，提高可靠度的计算效率。最重要的一点是，检测信息将被用于对桥梁性能及可靠度评估进行实时更新。此外还将网络扩展，加入桥梁寿命预测、检修决策模块，实现DBN在桥梁动态安全管理方面的应用。

随着已有桥梁老化问题的日益严重，如何保证桥梁的安全可靠使用，已经成为一个迫切需要研究和解决的问题。桥梁安全评估目前存在的一个重要问题是：无论哪种方法或者模型都寄希望于某些近似公式，无法将以往桥梁性能退化规律的先验认识和当前的检测信息进行有效结合，也无法做到对评估模型或参数进行及时更新。桥梁安全评估的发展主要在于新算法的应用和新理论的探索。动态贝叶斯网络（Dynamic Bayesian Networks, DBN)在处理桥梁结构时变过程中的时序数据以及表达多层影响因素方面具有独特的优势，同时具有信息更新能力。本项目首次提出将DBN作为桥梁安全评估的新方法。通过DBN模型算法改进，基于DBN模型的桥梁结构性能模拟以及基于DBN的桥梁安全分析这主要三个部分的研究，本项目实现了DBN在桥梁安全评估中的应用。主要研究成果有：建立了适用于桥梁结构状态评估的DBN模型，提出了基于DBN的桥梁状态评估方法；同时建立了模拟桥梁性能退化过程的DBN模型，其中包含了离散DBN模型、条件高斯DBN模型、线性动态DBN模型；完成了连续DBN模型的变量离散方法的研究，改进了前向后向算法和卡尔曼滤波光滑算法；建立了基于DBN的桥梁可靠度计算分析框架，同时对基于响应面的可靠度算法进行了改进。本项目通过多个数值算例以及工程实例验证了DBN在桥梁性能退化及安全评估中应用的可行性和有效性：既能充分利用目前已有的桥梁性能退化规律信息，又能利用通过信息的不断更新来更新和修正先验模型，使评估和预测更符合具体结构的实际情况。本项目所提方法在桥梁性能退化及安全评估的应用具有广阔的前景，研究成果可为将来的桥梁安全管理提供全新的理论基础和技术支持。 2100433B

桥梁地震易损性模型作为交通系统地震风险评估中的关键环节，对于桥梁抗震加固修复决策及震后紧急响应评估具有重要指导意义。鉴于既有桥梁地震易损性研究不足，采用经验统计和数值模拟相结合的方法，建立更加完善和精确的典型公路桥梁地震易损性模型：通过大量的汶川地震桥梁震害调研资料分析，建立典型公路桥梁分类准则，基于实测地震数据和地震动衰减模型提出地震动强度混合预测方法，采用贝叶斯统计方法建立典型公路桥梁经验型地震易损性模型；建立考虑边界效应及瞬态动力效应的典型桥梁样本基准有限元模型，评估界定多重破坏模式下构件极限状态及其概率特征，应用多维概率性地震需求分析方法，建立典型公路桥梁分析型地震易损性模型；开展桥梁参数敏感性分析，提出基于修正系数的典型公路桥梁易损性简化计算方法。研究成果将进一步揭示桥梁动力学行为和地震响应机理，提升典型公路桥梁易损性分析的精度和效率，为后续桥梁抗震评估及加固决策提供参考和依据。