在役混凝土桥梁可靠性评估与寿命预测研究
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摘要
在自然环境、不断增加的交通流量和车辆荷载以及材料内部因素的共同作用下，随着时间的推移，混凝土桥梁在材料、构件和结构三个层次上出现了不同程度的损伤，这些损伤的积累必然导致桥梁承载力下降、性能劣化、耐久性降低，影响其正常使用。如何合理评估在役混凝土桥梁的可靠性，并对其剩余使用寿命进行预测，已逐渐成为国内外桥梁学术界研究的热点问题之一。目前关于在役混凝土桥梁可靠度研究不多，这正是本文研究的出发点。
本文利用材料耐久性研究成果，基于“随机可靠度”、“模糊可靠度”相关理论和方法分别对在役混凝土桥梁的可靠性评估和寿命预测方法进行研究，主要研究内容和结果如下：
首先，对在役混凝土桥梁的已有(或可用)评估方法、结构可靠度分析方法以及考虑材料耐久性的混凝土结构可靠度研究现状等方面的研究成果进行了总结和特点评述，为本文研究指明了方向和奠定了理论基础。
考虑变量随机性，较完整的提出了在役混凝土桥梁构件可靠度评估与剩余使用寿命预测方法。包括：基于可变荷载样本函数为平稳二项随机过程，考虑评估基准期和活载影响修正系数两方面因素，建立汽车荷载效应的概率模型；考虑评估基准期单方面因素，建立人群荷载效应的概率模型。考虑构件耐久性参数随时间变化，建立在役桥梁构件的抗力衰减概率模型。给出在役桥梁构件可靠度评估流程，提出两种构件可靠度计算方法“基于评估荷载发生概率的方法”和“基于评估基准期荷载极大值的方法”。从可靠指标的延续性出发，考虑构件抗力随时间变化，提出在役桥梁构件可靠度预测方法。考虑预测可靠指标与使用寿命评估准则在时间区域上的统一，提出基于当量可靠指标的在役桥梁构件剩余使用寿命预测方法和预测流程。算例分析表明，本文方法偏于安全，对于荷载随时间增长较快的桥梁结构是适用的。
基于系统可靠度理论提出了在役混凝土梁桥体系可靠度的分析方法。包括：分脆性破坏、延性破坏、变形过大以及基础或地基承载力不足4方面给出混凝土梁桥结构失效准则。建立梁桥结构系统可靠度分析模型，分桥跨结构、下部结构和桩基分别给出相应的可靠度分析方法，然后再综合。增量荷载法和控制截面不
With the action of natural environment, increasing traffic flow and vehicle load, material deterioration, the concrete bridges have undergone various degree damages on three levels of material, component and structure as time goes on. And with the accumulation of these damages, the concrete bridge's bearing capacity, performance and durability will drop or degrade, so its normal service function is influenced. How to evaluate the reliability of existing concrete bridge and to forecast bridge's remaining service life rationally, has gradually become one of the concerned problems in the domain of domestic and foreign bridge academia. At present, the research on the reliability of existing concrete bridge is not abundant, which is the starting point of this dissertation.
In this dissertation, adopting the results of material durability, the reliability evaluation and remaining service life forecast methods of existing concrete bridge were studied respectively on the basis of random reliability and fuzzy reliability. The fruitful results are as follows:
Firstly, the existing (or usable) evaluation methods of existing concrete bridge, the structure reliability methods, the reliability research status quo of concrete structure considering durability of materials were summarized and commented, in which the research direction was pointed out, and it also offered the theoretical foundation of the subsequent research.
Considering random of variable, the reliability evaluation and remaining service life forecast method of existing concrete bridge's components was put forward relatively rounded. This part includes the following points. On the basis of stationary binomial random process for variable load's sample function, considering evaluation base period and modification factor of live load, the probability model of vehicle action effect was presented, and considering evaluation base period, the probability model of human action effect was presented. Considering durability parameters, the time-varying probability model of component resistance was offered. The reliability evaluation flow was proposed, and two reliability calculating methods referred to as the method based on evaluation load's occurrence probability and the method based on local maximum load in evaluation base period, were put forward. Proceeding from the continuity of reliability index, considering time-varying of component resistance,
本文利用材料耐久性研究成果，基于“随机可靠度”、“模糊可靠度”相关理论和方法分别对在役混凝土桥梁的可靠性评估和寿命预测方法进行研究，主要研究内容和结果如下：
首先，对在役混凝土桥梁的已有(或可用)评估方法、结构可靠度分析方法以及考虑材料耐久性的混凝土结构可靠度研究现状等方面的研究成果进行了总结和特点评述，为本文研究指明了方向和奠定了理论基础。
考虑变量随机性，较完整的提出了在役混凝土桥梁构件可靠度评估与剩余使用寿命预测方法。包括：基于可变荷载样本函数为平稳二项随机过程，考虑评估基准期和活载影响修正系数两方面因素，建立汽车荷载效应的概率模型；考虑评估基准期单方面因素，建立人群荷载效应的概率模型。考虑构件耐久性参数随时间变化，建立在役桥梁构件的抗力衰减概率模型。给出在役桥梁构件可靠度评估流程，提出两种构件可靠度计算方法“基于评估荷载发生概率的方法”和“基于评估基准期荷载极大值的方法”。从可靠指标的延续性出发，考虑构件抗力随时间变化，提出在役桥梁构件可靠度预测方法。考虑预测可靠指标与使用寿命评估准则在时间区域上的统一，提出基于当量可靠指标的在役桥梁构件剩余使用寿命预测方法和预测流程。算例分析表明，本文方法偏于安全，对于荷载随时间增长较快的桥梁结构是适用的。
基于系统可靠度理论提出了在役混凝土梁桥体系可靠度的分析方法。包括：分脆性破坏、延性破坏、变形过大以及基础或地基承载力不足4方面给出混凝土梁桥结构失效准则。建立梁桥结构系统可靠度分析模型，分桥跨结构、下部结构和桩基分别给出相应的可靠度分析方法，然后再综合。增量荷载法和控制截面不
With the action of natural environment, increasing traffic flow and vehicle load, material deterioration, the concrete bridges have undergone various degree damages on three levels of material, component and structure as time goes on. And with the accumulation of these damages, the concrete bridge's bearing capacity, performance and durability will drop or degrade, so its normal service function is influenced. How to evaluate the reliability of existing concrete bridge and to forecast bridge's remaining service life rationally, has gradually become one of the concerned problems in the domain of domestic and foreign bridge academia. At present, the research on the reliability of existing concrete bridge is not abundant, which is the starting point of this dissertation.
In this dissertation, adopting the results of material durability, the reliability evaluation and remaining service life forecast methods of existing concrete bridge were studied respectively on the basis of random reliability and fuzzy reliability. The fruitful results are as follows:
Firstly, the existing (or usable) evaluation methods of existing concrete bridge, the structure reliability methods, the reliability research status quo of concrete structure considering durability of materials were summarized and commented, in which the research direction was pointed out, and it also offered the theoretical foundation of the subsequent research.
Considering random of variable, the reliability evaluation and remaining service life forecast method of existing concrete bridge's components was put forward relatively rounded. This part includes the following points. On the basis of stationary binomial random process for variable load's sample function, considering evaluation base period and modification factor of live load, the probability model of vehicle action effect was presented, and considering evaluation base period, the probability model of human action effect was presented. Considering durability parameters, the time-varying probability model of component resistance was offered. The reliability evaluation flow was proposed, and two reliability calculating methods referred to as the method based on evaluation load's occurrence probability and the method based on local maximum load in evaluation base period, were put forward. Proceeding from the continuity of reliability index, considering time-varying of component resistance,
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