服役钢筋混凝土桥梁时变可靠性评估与剩余寿命预测(张建仁等)思维导图

钢筋混凝土桥梁剩余寿命评估方法研究1前言由于不良的环境、日益增长的交通量以及公路运输业经常提倡提高汽车荷载标准的影响，许多既有桥梁不能满足为修建新桥而规定的设计标准；劣化和（或）荷载的增加也导致了桥梁可靠性的降低，甚至可能降低到规范规定的水平之下，近年发生的既有桥梁垮塌事故比比皆是，如图1所示。

因此，需要经常根据桥梁的安全性及耐久性状况，对其剩余使用寿命和经济合理维修时间作出评鉴。

图1典型服役钢筋混凝土桥梁垮塌多年来，国内外专家对桥梁评估检测、使用维护，进行了深入地研究和探索，提出了许多有学术价值和推广使用价值的成果和建议。

随着国家建设的发展，我国的桥梁建设规模越来越大，结构越来越复杂。

传统的分析己不能满足桥梁科学管理的要求，必须要借助现有理论、技术和科研成果，并进一步提升，提高我国桥梁的科学管理，进一步加快桥梁结构安全性和耐久性以及剩余寿命预测技术的研究和应用步伐。

为此，2006年5月，由长沙理工大学与中南大学、浙江大学、广西壮族自治区高速公路管理局、广西壮族自治区交通科学研究所、贵州省交通科学研究所组成投标联合体进行了"钢筋混凝土桥梁剩余寿命评估方法研究”项目的可行性研究。

西部交通建设科技项目管理中心组织专家对项目投标书进行审查。

2006年9月交通部科教司下达交通部科技项目任务书（任务书编号200631800019 ）。

本项目预期目标为：结合快速腐蚀试验、实体工程构件室内试验、以及现场试验开展理论研究，为在用钢筋混凝土和混凝土的梁桥和拱桥的评定、维修加固决策以及剩余寿命的预测提供一套完整实用的技术方法和理论，在中西部省份推广应用，提高各省公路桥梁管理部门对在用钢筋混凝土和混凝土桥梁的管理水平。

项目在实施过程中，各单位团结协作，分工明确，措施得力，严格按合同要求完成了各项研究任务，解决了研究工作大纲提出的关键技术，取得了相应的研究成果，达到了考核指标要求。

整体水平达到国际先进水平。

剩余寿命评估技术对依托工程起到了很好的指导作用。

桥梁的时变可靠度及剩余寿命预测摘要：本文基于桥梁时变可靠度理论及抗力退化主要影响因素分析等方面研究成果，提出了连续刚构桥使用寿命预测流程，并根据国内外相关抗力衰减模型规律，对某实桥进行了寿命预测，为桥梁工程的寿命预测提供方法借鉴。

关键词：桥梁工程；时变可靠度；寿命预测；可靠指标0引言桥梁结构在服役期间，其抗力是随时间不断衰减的。

而且，车辆荷载和人群荷载等活荷载是依赖于时间参数的随机变量。

因此，桥梁结构的可靠性也随服役时间而变化。

影响结构可靠性的很多因素都是与时间有关的，荷载效应就是一个随机变量，通常用随机过程来描述，因而引入了设计基准期的概念，设计基准期就是将随机过程转化为随机变量所取的一个时间域[1]。

1桥梁时变可靠度1.1桥梁抗力退化主要影响因素桥梁由混凝土和钢筋（包括预应力钢筋）两种材料组成，因此材料性能应考虑混凝土和钢筋两个方面。

随着时间的推移，这些影响因素的性能都会按不同规律变化，导致结构抗力产生相应的变化[2]。

1.2抗力衰减模型一般来说，抗力随时间的变化是非平稳随机过程，要确定抗力的衰减规律是一个非常复杂的问题，为了计算上的简化和实用化，可将非平稳随机过程平稳化，即将抗力表示为：（1）式中：——初始时刻的抗力随机变量；——抗力退化和修理导致抗力恢复的随机过程。

（1）国外抗力衰减模型文献[3]和文献[4]建议了由于钢筋锈蚀导致的混凝土梁抗弯承载力衰减函数：（2）表1抗力衰减模型抗力时变规律如图1所示。

图1抗力变化规律曲线（2）国内抗力衰减模型国内学者根据实际检测数据，对钢筋锈蚀和混凝土强度时变模型进行了修正后，给出了如图2所示的抗力时变规律。

图2抗力变化规律曲线1.3荷载概率模型对于既有桥梁，一般都有10年以上的服役史，因此后续服役期的长度小于100年，后续服役基准期内汽车荷载效应最大值分布依然服从极值I型分布，其基本统计参数要根据后续服役期的长度重新计算，参考文献[5]荷载随机变量的统计参数见表2。

第一章水利水电工程施工技术1第一目水利水电第二节—水利水—电丁勹工程建筑物的类型程建筑物及建筑材料及相关要求一、土石坝与堤防的构造及作用二、混凝土坝的构造及作用考点一水利水电三、水闸的组成及作用工程建筑物的类型四、泵站的布置及水泵的分类五、水电站的组成及作用六、渠系建筑物的构造及作用考点二水利水电工程等级划分及特征水位考点三水利水电一工程合理使用年限及耐久性第二目水利水电工程勘察与测量卢第三节第三目水利水电工程建筑材氓｝永利水电工程施工导流与河道截流水利水电工程主体工程施工-L 按坝高分类：低坝、中坝(30m ,..._,70m)和高坝。

（一）土石坝的类型(1)均质坝。

2．辗压式土石坝(2)土质防渗体分区坝。

分黏土心墙坝、黏土斜墙坝(3)非土料防渗体坝。

一、土石坝与堤防的构造及作用l ．坝顶构造2．防渗体(1)土坝防渗体主要有心墙、斜墙、铺盖、截水墙等。

（二）土石坝的构造及作用3．护坡与坝坡排水4．坝体排水(l)排水设施—贴坡、棱体、褥垫、管式和综合式(2)反滤层（三）堤防的构造及作用l．主要依靠自身重量产生的抗滑力维持其稳定性。

（一）重力坝的结构特点和类型2．坝轴线一般为直线。

3．按坝体高度分为高坝、中坝(30m-70m)和低坝。

l ．坝顶构造12重力坝的防渗与排水设施(1)横缝二、混凝土坝的构造及作用（二）重力坝的构造及作用3．重力坝的分缝与止水(2)纵缝I (3)水平施工缝4．坝内廊道(1)基础灌浆廊道。

(2)坝体检修和排水廊道。

（三）重力坝的荷载与作用扬压力包括上浮—力及渗流压力。

（四）拱坝拱坝的结构特点拱坝的轴—线为弧—形。

（五）支墩坝可分为平板坝、连拱坝和大头坝。

三、水闸的组成及作用（一）水闸的类型(1)底板：分为平底板、低堰底板和反拱底板。

平底板可分为整体式和分离式两种。

1.闸室(2)闸墩(3)工作桥(4)胸墙：挡水，以减小闸门的高度。

（二）水闸的组成部分及其作用（1)铺盖（三）橡胶坝的组成及作用2．上游连接段(2)护底与护坡(3)上游翼墙(1)护坦（消力池）3．下游连接段(2)海漫与防冲槽(3)下游翼墙与护坡l．橡胶坝的类型2．橡胶坝的组成部分及作用l．泵站总体布置2．泵站进出水建筑物3．水泵的分类及性能四、泵站的布置及水泵的分类14．泵房的结构形式(1)按作用原理可分为叶片泵、容积泵和其他类型泵三大类。

第30卷 第5期2008年5月武 汉 理 工 大 学 学 报JOURNAL OF WUHAN UNI VERSITY OF TECHNOLOGY Vol.30 No.5 May.2008基于时变可靠度理论的桥梁评估和剩余寿命预测彭文韬1,邓志勇2,佘乐卿3,周祥瑞4(1.武汉理工大学土木工程与建筑学院,武汉430070;2.中交第二航务工程勘察设计院有限公司,武汉430071;3.广东省航道勘测设计研究院有限公司,广州510115)摘 要: 运用结构时变可靠度理论,研究现役桥梁结构可靠度随时间的变化规律,根据桥梁结构时变可靠度,对现役桥梁结构的现状进行评估;根据桥梁结构可靠度的时变规律,对现役桥梁结构的剩余寿命进行预测。

结论表明,运用时变可靠度理论研究现役桥梁的时变可靠度,具有很大的理论和现实价值。

关键词: 桥梁结构; 时变可靠度; 剩余寿命中图分类号: TU 311.2;U 441文献标识码: A 文章编号:167124431(2008)0520095203Existing Bridges Evaluation and Service Life Prediction Based onTime 2dependent Reliability TheoryPENG Wen 2tao 1,DEN G Zhi 2yong 2,SH E Le 2qing 3,Z H O U Xiang 2rui 1(1.College of Civil Engineering and Architecture,Wuhan University of Technology,Wuhan 430070,China;2.CTESI,Wuhan 430071;3.Guangdong Waterway Survey and Design I nst itute Co.Ltd,Guangzhou 510115,China)Abstract: In this paper,a met hod of existing br idges evaluation and ser vice life prediction based on time 2dependent reliabili 2ty theor y is presented.Author studies the variety regular of existing bridges reliability and evaluates it based on time 2dependent reliability theor y.Author also pr edicts the ser vice Life based on the variety regular of exi sting bridges reliability.The r esult demonstrates that it is a pract ical method.Key wor ds: bridge structure; time 2var ying reliability; remaining life收稿日期:2007212229.基金项目:湖北省交通厅交通科技项目(鄂交科教[2004]343号).作者简介:彭文韬(19642),男,博士生.E 2mail:pwtao2006@桥梁结构可靠度分析通常没有考虑抗力效应的时效性。

桥梁结构车辆荷载模型的研究现状车辆荷载模型受多个参数影响十分复杂,而且交通状况在未来时间内是变化的,这就进一步加大了对其研究的难度。

尤其当桥梁的交通状况在一段时间内由一般运行状态变化到密集运行状态时,给车辆荷载的预测带来更大的不确定性,因此,车辆荷载的调查和统计方法决定它的目标值。

为了能准确建立车辆荷载模型,必须获得年交通量、车长、车重、轴重、轴距、桥跨及车辆在桥上的位置和车辆数目等因素的统计参数和分布类型。

为此,必须进行详细的现场统计调查。

各个国家根据各自不同的国情,依据交通统计资料,都建立了各自的车辆荷载模型。

Nowak通过移动承重系统搜集的600000组数据,其中车辆承重包括它的车重和车长,进而对各种跨径的桥梁的最大弯矩和剪力进行了计算,应用外推法(Extrapolation)预测了75年内的最大弯矩和剪力。

Gindy通过安装在一个美国新泽西州桥梁上的移动承重系统(WIM)所得的数据进行处理分析,提出了预测设计基准期(75年,美国)内最大车辆荷载和车辆荷载效应的新方法;在该方法中采用两种极值模型预测不同重现期的荷载最大值.我国“公路桥梁车辆荷载课题组”根据交通量调查的长期观测资料,在四条国道干线上各设置了一个测点,这些测点大多是交通量长期观测点,对采集到的参数信息资料分别用K-S检验法按正态、对数正态、极值I型、Weibull和伽马五种分布类型进行分布拟和,考虑到我国现行的标准车辆荷载状况及为以后计算分析的方便,将车辆运行状态划分为一般运行状态和密集运行状态,经综合分析,给出了各截口概率分布的拟合检验结果以及设计基准期内最大值概率分布的类型和参数。

T.J.Miao基于我国香港特别行政区小跨径桥梁移动承重系统(WIM)10年内统计的弯矩和剪力,给出了轴距、轴重、车重分布类型和统计参数,提出了一种建立桥梁活载模型的新方法,建立了香港地区标准车辆荷载和车道荷载模型,并同国外一些荷载模型进行了对比分析,可为该地区桥梁的设计提供了参考随着世界经济的发展,各地区间货运量积聚增长,超载现象时有发生,这使得桥梁可能承受较大的应力水平,对其损害很大。