多源不確定信息下服役RC橋梁可靠性及壽命評估.pdf

1、橋梁是交通線路的咽喉，我國公路橋梁總數(shù)現(xiàn)居世界首位，已達73萬余座，其中混凝土橋梁占90％以上。然而，環(huán)境和荷載等因素作用下導(dǎo)致的鋼筋銹蝕問題日益突出，已成為影響橋梁服役安全的主要原因之一。服役橋梁可靠性和壽命過程中涉及多種不確定性因素，這既包括偶然不確定性，又包括認知不確定性，忽略不確定性類型的影響可能會對評定帶來較大誤差。為此，本文針對氯鹽導(dǎo)致的鋼筋銹蝕，重點研究了多源不確定信息下鋼筋混凝土(RC)橋梁可靠性評估和壽命預(yù)測方法，主要

2、包括以下幾方面:
　　(1)建立了模型及參數(shù)不確定下服役RC橋梁構(gòu)件抗力預(yù)測及更新模型。橋梁日常實測信息能反映結(jié)構(gòu)當(dāng)前服役狀況，結(jié)合橋梁當(dāng)前狀況進一步更新抗力，有助于減小不確定性的影響，提高預(yù)測精度。對從實橋構(gòu)件和快速腐蝕構(gòu)件中獲得的452根銹蝕鋼筋進行了力學(xué)性能試驗，構(gòu)建了銹蝕鋼筋強度退化概率模型，通過引入銹蝕損失臨界值來界定鋼筋的失效模式;開展了48根快速腐蝕梁靜載試驗和并進行了有限元分析，提出了鋼筋與混凝土間粘結(jié)系數(shù)表達式;

3、綜合考慮均勻銹蝕、局部銹蝕及影響因素的不確定性，采用Bayes方法融入不同時段的實測信息，建立了考慮上述因素的時變抗力退化概率模型;通過與實橋構(gòu)件試驗結(jié)果進行對比進行了模型驗證。
　　(2)提出了貝葉斯網(wǎng)絡(luò)推理不確定信息的服役RC橋梁抗力評估方法?，F(xiàn)有實橋抗力評估中難以有效利用中間變量的實測信息;荷載試驗是規(guī)范中橋梁評估的重要方法，但由于不能加載到極限狀態(tài)，它不能直接反映結(jié)構(gòu)承載力。考慮橋梁實際運營狀態(tài)，基于快速銹蝕梁試驗結(jié)果，改

4、進了銹蝕RC梁剛度退化模型;結(jié)合一座正在服役的RC橋梁，根據(jù)已建立的銹蝕鋼筋強度和截面積退化模型，構(gòu)造了包含結(jié)構(gòu)剛度、銹蝕損傷、荷載-撓度響應(yīng)及其它影響因素的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，利用馬爾科夫鏈蒙特卡羅模擬方法，通過融入實橋現(xiàn)場荷載試驗的荷載-撓度響應(yīng)來更新整個網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了對服役橋梁抗力的評估。利用間接信息進行更新的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)方法增強了實測信息利用程度，為橋梁結(jié)構(gòu)性能評定提供了新思路。
　　(3)發(fā)展了模糊不確定信息轉(zhuǎn)換的服役RC橋梁可靠性

5、分析方法。針對目前我國橋梁管理系統(tǒng)不完善，一些中小橋梁初始資料缺失，難以獲得完備信息的問題，將不完備信息歸結(jié)為模糊性和隨機性，模擬了鋼筋銹蝕率和鋼筋強度退化的概率特征，并結(jié)合試驗進行了驗證;在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了模糊隨機信息下橋梁構(gòu)件抗力演化分析框架，得到了抗力的時變特點和截口分布類型;通過隸屬函數(shù)反映小樣本檢測數(shù)據(jù)的模糊特征，基于等概率原理，發(fā)展了將模糊變量變換為當(dāng)量隨機變量的分析方法，并與傳統(tǒng)的最優(yōu)擬合概率分析方法進行了對比，討論了樣本

6、數(shù)的影響。
　　(4)提出了混合不確定信息量化及服役RC橋梁耐久性壽命預(yù)測方法。保護層銹脹開裂至一定寬度會引起銹蝕損傷，針對結(jié)構(gòu)銹蝕損傷評估中存在的復(fù)雜不確定性，將銹蝕過程劃分為二階段三個特征時刻，分析了銹脹開裂時間和銹脹開裂至界限寬度時間的概率特征，討論了銹蝕損傷影響參數(shù)的敏感性;考慮變量參數(shù)的不確定性，采用似然估計方法處理點數(shù)據(jù)樣本表示的變量，利用信息熵理論處理模糊數(shù)據(jù)或經(jīng)驗信息表示的變量，得到了變量分布參數(shù)的概率密度函數(shù)，通

7、過引入一種積分的方法進而計算變量的概率密度函數(shù);結(jié)合本文發(fā)展的混凝土開裂后銹蝕速率計算方法，建立了結(jié)構(gòu)生命周期內(nèi)耐久性損傷風(fēng)險概率模型;將所提出的方法應(yīng)用于一座實橋當(dāng)中，驗證了該方法的有效性。
　　(5)提出了裂紋發(fā)展不確定下RC橋梁構(gòu)件腐蝕疲勞壽命預(yù)測方法。腐蝕和疲勞耦合作用下材料復(fù)合損傷機理較為復(fù)雜，基于等效初始缺陷尺寸的疲勞壽命分析方法，針對銹坑根部的裂紋，采用發(fā)展的漸進插值分析法來評估應(yīng)力強度因子;根據(jù)銹蝕觀測和分析結(jié)果，