既有预应力混凝土桥梁结构承载能力时变可靠度研究

文章在研究了既有预应力混凝土桥梁抗力和荷载时变特性的基础上,建立了现有预应力混凝土桥梁抗弯承载能力的时变可靠度计算模型,讨论了结构时变可靠度的计算方法,编制了可靠度计算实用分析程序,计算了时变可靠度指标,以我国高速公路桥梁中广泛应用的多座预应力混凝土T梁桥为例,在考虑其抗力时变特性的理论基础上,研究承载能力可靠度的衰减规律。     

退化结构时变可靠度分析

退化结构的检修问题都涉及时变结构可靠度的计算.对退化结构的时变可靠度,抗力必须表为随机过程.该文考虑退化结构功能函数随机过程,并考虑活载为连续随机过程、 Poisson过程以及Bernoulli过程,由之导出一个时段内的时变可靠度公式.以混凝土碳化引起的主筋锈蚀的公路桥T型梁为例,计算了这3种活载过程下的时变可靠度.算例表明,对相同的初始抗力,退化结构在设计使用年限的时变可靠度明显低于目标时不变可靠度.用作用和抗力的均值和方差在t时刻的瞬时值代入Cornell可靠度指标而计算的"时变可靠度指标"不反映可靠度.     

结构时变可靠度计算的全随机过程模型

为了对既有结构的可靠性进行正确评估，必须考虑时间变化的影响，对目前可靠度分析中采用的只考虑荷载随时间变化的半随机过程模型进行改进。基于结构抗力和作用效应相互独立的基本假设，充分依据作用效应和抗力的时变特性，考虑结构抗力为独立增量过程，并计算了抗力的自相关系数，得到了计算结构失效概率的近似算法，建立了结构时变可靠度计算的全随机过程模型。通过实例验证，该方法简单易行，便于工程应用，为基于时变可靠度理论的既有结构评估和寿命预测提供理论依据。     

基于长期监测数据的桥梁局部时变可靠度分析

本研究提出了一个基于长期监测数据的桥梁局部时变可靠度分析方法。首先,对原始监测应变数据进行预处理,滤掉电磁干扰导致的异常数据;然后,考虑到季度温度效应对监测应变数据统计特征的影响,基于年温度监测数据,采用聚类分析法,对桥梁局部位置的监测数据进行统计时间段划分,实现了统计时间段内荷载效应数据对应统计特征的提取;进而,结合结构抗力经时变化模型,对桥梁结构考虑抗力衰减的抗力时变概率分布进行分析;最后,对在役桥梁局部监测点位置进行了全期局部时变可靠度分析。通过实桥数据分析,验证了所提方法的合理性和有效性,为桥梁结构局部时变可靠度分析提供了理论基础和应用方法。     

混凝土连续梁桥使用期的时变体系可靠度计算

混凝土连续梁桥在使用期间的体系可靠度反映了其整体可靠性水平.由于桥梁在使用期间的抗力是随时间变化的,因此其体系可靠度也具有时变性.介绍并修正了桥梁抗力参数的时变模型和荷载模型,提出了混凝土连续梁桥时变体系可靠度计算方法,并结合一工程实例验证了该方法的可行性与有效性.     

基于时变可靠度的梁桥性能退化研究

通过分析混凝土结构耐久性退化原理,得到钢筋和混凝土材料性能的时变过程,进一步建立抗力与荷载的随机过程.通过将设计基准期等分成N段,求得每段内的可靠度,根据可靠度的概率意义得到时变可靠指标.比较了JC法与蒙特卡罗抽样法的计算精度,结果表明可以用JC法代替蒙特卡罗法计算时变可靠度指标.研究了混凝土保护层厚度和荷载变化对时变可靠指标的影响.     

基于贝叶斯方法的时变可靠度分析

针对现役钢筋混凝土桥梁时变可靠度分析的现状,首先根据主观经验信息确定了一个抗力统计参数退化模型,然后结合结构实际检测信息,运用贝叶斯方法综合这两类信息,并进行了推断,从而对模型参数进行了更新,并利用更新后的参数对混凝土模型和钢筋锈蚀模型进行了修正,最后结合已有的荷载效应分析理论,计算时变可靠度,给出了一个计算实例.     

在役梁式桥可靠度评估

针对在役梁式桥的可靠度进行评估,建立了桥梁系统可靠度计算的串并联计算模型.基于ADINA有限元软件建立考虑梁式桥桥梁检测损伤的有限元模型.根据桥梁受力特点建立了桥梁体系失效模型和失效路径的分析方法,进行了失效模型分析.利用评估载荷的极大值和抗力衰减的概率计算模型求得系统的时变可靠度并对可靠度进行评估.结果表明:改进的在役桥梁可靠度评估模型其评估结果与实际的桥梁检测结果相一致.     

钢筋混凝土简支T梁桥加固后的体系时变可靠度

为分析钢筋混凝土简支T梁桥加固后承栽能力的变化趋势,对钢筋混凝土简支T梁桥上部结构加固前后的体系时变可靠度进行了计算分析．在计算过程中,推导了构件加固前后正截面承载能力的统计参数,并确定了其分布类型,然后利用蒙特卡罗法编制了串联方法计算加固后桥梁上部结构体系时变可靠度的计算程序．计算结果表明,在常用的4种桥梁上部结构加固方法中,体外预应力加固上部结构后的可靠度指标上升幅度最大,且桥梁承载能力再次衰减的速率最小．     

考虑拉索抗力退化的斜拉桥体系可靠度评估

疲劳损伤和大气腐蚀作用致使斜拉索性能退化,影响斜拉桥运营期的安全水平.为了分析拉索抗力退化对斜拉桥体系可靠度的影响,建立了斜拉索抗力退化的串并联概率模型,提出基于机器学习的斜拉桥时变体系可靠度分析方法.以经典斜拉桥和某大跨度双塔混凝土斜拉桥为工程背景,研究了考虑拉索抗力退化的结构时变体系可靠度.研究结果表明:对于稀索体系的小跨度斜拉桥,随着斜拉索抗力的逐步退化,桥梁结构体系的主要的失效路径为由梁和塔的弯曲失效逐渐转变为由拉索腐蚀引起的拉索强度失效;当拉索抗力退化后的可靠度低于主梁关键截面可靠度时,结构体系可靠度将显著降低;对于密索体系的大跨度斜拉桥,在拉索疲劳和腐蚀共同作用下,该斜拉桥体系可靠指标将在29年降低到5.2.     

在役混凝土桥梁可靠度分析

桥梁结构在环境荷载与服役荷载的共同作用下,随着龄期的延长,出现耐久性能退化、承载能力降低的现象,利用可靠度方法研究了结构抗力的时变性能.通过建立荷载效应概率模型,实现对在役混凝土桥梁可靠度的分析.采用该方法对一座服役32年的钢筋混凝土简支T型梁桥进行了分析.结果表明,评估基准期内该桥梁结构的可靠指标的降低与抗弯抗力衰减规律一致,继续服役6年后结构的抗弯可靠指标不符合要求,需进行抗弯维修加固.     

一种混凝土桥梁时变体系可靠度分析方法

提出一种基于有限单元法和Monte-Carlo模拟相结合的劣化环境作用时混凝土桥梁时变体系可靠度分析方法,明确并解决结构性能演变模拟和体系可靠度分析中的一些关键问题.根据已有研究成果中给出的基于有限元的分析方法利用FORTRAN 95编写分析程序——混凝土桥梁耐久性分析系统CBDAS来进行结构性能演变过程;提出一种基于结构超静定次数的体系失效模式确定方法,并利用MATLAB编写了分析程序SRMCS来计算结构的体系可靠度.结合结构性能演变模拟和体系可靠度分析给出混凝土桥梁时变体系可靠度的计算方法.最后,利用3个算例分别演示了程序CBDAS,SRMCS以及两者相结合时的分析功能.     

钢筋混凝土桥梁构件的时变可靠度分析

桥梁蜕化降低了桥梁的抗力 ,增加其不定性 ,降低了桥梁的可靠度。该文根据混凝土中氯离子扩散及其引起的钢筋锈蚀的机理 ,建立了钢筋混凝土构件的蜕化模型 ,并运用 Monte Carlo方法计算了锈蚀钢筋混凝土构件在和平稳二项活荷载过程和随机恒荷载联合作用下的时变失效概率。结果表明 :活荷载变异系数影响最大 ,活荷载变化次数其次 ,活荷载的出现概率也有一定影响。恒荷载变异系数和抗力初始值的变异系数的影响很小。     

使用碳纤维板加固的RC梁桥服役过程可靠度指标分析

基于大气环境下混凝土强度的衰减模型和钢筋的锈蚀模型,考虑材料性能、几何参数和计算模式的不定性,建立了服役RC桥梁加固前和加固后的抗力时变模型。并结合一座实桥运用JC验算点法,计算出了服役50年的桥梁在加固前和加固后的可靠度指标,加固前可靠度指标降为3.576 4,通过碳纤维板加固后可靠度指标提升至4.611,满足了规范对可靠度指标的要求,且在今后50年服役中都能满足可靠度要求。算例分析表明该加固方案是可行的。最后对恒载的变异系数和活载的变异系数进行了分析,发现汽车活载对可靠度指标的影响最大,验证了交通量的变化是影响目前桥梁结构功能退化的主要原因这一结论。     

基于响应面法的混凝土桥梁时变可靠度分析

为了求解劣化环境作用时混凝土桥梁的时变可靠度,建立了基于改进响应面法和确定性的混凝土桥梁退化过程分析方法相结合的混凝土桥梁时变可靠度分析方法.利用FORTRAN95分别编写了混凝土桥梁耐久性分析程序CBDAS和可靠度分析程序PIRSM.以一座预应力混凝土简支梁为对象,分析了不同极限状态下结构力学性能指标的可靠度随时间的...     

基于响应面和重要抽样法的隧道衬砌结构时变可靠度

由于隧道衬砌结构极限状态方程高度非线性,直接采用一般的可靠度计算方法得到的是几何可靠度,存在较大误差,需进行改进.结合响应面法和重要抽样两种方法,利用响应面法得到的验算点作为重要抽样法的抽样中心,进而求解结构的可靠度指标.在该理论的基础上,考虑结构抗力随时间衰减的因素,利用Matlab软件编制了隧道在服务寿命期限内的时变可靠度指标的计算程序,并通过回归分析,得到了时变可靠度指标随着时间呈指数递减的规律.通过耐久性系数与时变可靠度指标的对应关系,可得到衬砌结构任意时刻的耐久性系数,该系数则是衬砌结构耐久性设计的关键.该方法对功能函数高度非线性的工程较适用,并且为结构耐久性设计提供了基础.     

基于可靠度的混凝土桥梁构件最优检测/维修规划

由于中国有大量桥梁日趋老化 ,桥梁检查 /维修日益重要 ,该文给出了一种基于时变可靠度的优化桥梁检测 /维修规划的方法。考虑到桥梁抗力和荷载固有的不定性 ,加之老化增大了抗力的不定性 ,最优的检测 /维修方案在保证桥梁的可靠度指标在设计工作寿命内大于容许限的基础上 ,使桥梁全寿命期的检修费用和失效损失总和最小。结果表明 :检测间隔和维修策略对失效损失最敏感。     

钢梁腐蚀相关性对钢-混组合梁桥体系可靠度的影响

服役环境中钢主梁的腐蚀本质上是一个随机过程,腐蚀深度随机变量既有时变性亦有空间性。现有测量方法只能获得单根钢梁腐蚀深度数据,尚不能明确结构体系腐蚀深度变量的联合分布模式,可能导致腐蚀结构体系可靠度计算模型失真。本文以某钢-混凝土组合梁桥为研究对象,首先建立了钢主梁腐蚀深度增长Gamma随机过程模型,并利用钢梁腐蚀深度实测数据对模型进行了验证;然后采用Kendall秩相关系数量化表征主梁腐蚀深度相关性,推导了腐蚀钢梁的时变抗力计算公式;最后基于Copula函数提出了考虑主梁腐蚀相关性的梁桥体系失效概率计算方法,对比研究了钢梁腐蚀相关性对钢-混组合简支梁桥体系可靠度的影响。研究结果表明：桥梁运营前期腐蚀相关性对梁桥受力性能影响较小,在运营中后期,中高程度的腐蚀相关性将会对梁桥体系的可靠度影响较大。研究提出了钢梁腐蚀空间相关性量化方法,获得了更精确的钢-混组合梁桥体系可靠度计算方法,可为组合梁桥体系的时变可靠度评定提供参考。     

钢筋混凝土结构施工期间可靠度的分析方法

施工期间对结构的安全性和可靠性有着严格的要求．由于施工过程中，结构是一个时变结构，结构的抗力是一个随机过程，荷载也具有与使用期不同的特点，所以有必要研究施工期间结构的可靠度．在已有的钢筋混凝土结构现场施工活荷载统计资料的基础上，考虑了抗力在施工期间随时间增长的特性，研究了结构的可靠度，分析了算例．结果表明：本方法切实可行，对施工期间的安全管理有一定的指导意义．     

既有桥梁外贴纤维布加固后可靠度分析

对国内外大量纤维布加固试验进行了分析计算,得到了钢筋混凝土矩形桥梁构件计算模式不定性系数的统计参数.讨论了钢筋锈蚀、混凝土强度、纤维布加固耐久性以及荷载等影响因素变化对既有桥梁结构承载力的影响,参考既有桥梁结构全寿命可靠度分析,确定了加固后既有桥梁锈蚀延迟期的长度.在国内外纤维片材加固混凝土结构的耐久性试验的基础上,提出在加固后可以不考虑纤维布材料的老化及其纤维布材料与混凝土粘结界面的退化,使加固后钢筋混凝土构件承载力极限状态可靠度分析得到简化.研究了加固后既有桥梁抗力计算方法,并结合一座实际桥梁工程进行了加固后可靠度计算.该方法具有一定的工程应用意义,可以作为既有桥梁加固评估的理论依据.