详情

原文传递多源不确定信息下服役RC桥梁可靠性及寿命评估

论文题名：	多源不确定信息下服役RC桥梁可靠性及寿命评估
关键词：	钢筋混凝土桥梁;多源不确定信息;可靠性;寿命评估;抗力预测;更新模型
摘要：	桥梁是交通线路的咽喉，我国公路桥梁总数现居世界首位，已达73万余座，其中混凝土桥梁占90％以上。然而，环境和荷载等因素作用下导致的钢筋锈蚀问题日益突出，已成为影响桥梁服役安全的主要原因之一。服役桥梁可靠性和寿命过程中涉及多种不确定性因素，这既包括偶然不确定性，又包括认知不确定性，忽略不确定性类型的影响可能会对评定带来较大误差。为此，本文针对氯盐导致的钢筋锈蚀，重点研究了多源不确定信息下钢筋混凝土(RC)桥梁可靠性评估和寿命预测方法，主要包括以下几方面: 　　(1)建立了模型及参数不确定下服役RC桥梁构件抗力预测及更新模型。桥梁日常实测信息能反映结构当前服役状况，结合桥梁当前状况进一步更新抗力，有助于减小不确定性的影响，提高预测精度。对从实桥构件和快速腐蚀构件中获得的452根锈蚀钢筋进行了力学性能试验，构建了锈蚀钢筋强度退化概率模型，通过引入锈蚀损失临界值来界定钢筋的失效模式;开展了48根快速腐蚀梁静载试验和并进行了有限元分析，提出了钢筋与混凝土间粘结系数表达式;综合考虑均匀锈蚀、局部锈蚀及影响因素的不确定性，采用Bayes方法融入不同时段的实测信息，建立了考虑上述因素的时变抗力退化概率模型;通过与实桥构件试验结果进行对比进行了模型验证。　　(2)提出了贝叶斯网络推理不确定信息的服役RC桥梁抗力评估方法。现有实桥抗力评估中难以有效利用中间变量的实测信息;荷载试验是规范中桥梁评估的重要方法，但由于不能加载到极限状态，它不能直接反映结构承载力。考虑桥梁实际运营状态，基于快速锈蚀梁试验结果，改进了锈蚀RC梁刚度退化模型;结合一座正在服役的RC桥梁，根据已建立的锈蚀钢筋强度和截面积退化模型，构造了包含结构刚度、锈蚀损伤、荷载-挠度响应及其它影响因素的贝叶斯网络，利用马尔科夫链蒙特卡罗模拟方法，通过融入实桥现场荷载试验的荷载-挠度响应来更新整个网络，实现了对服役桥梁抗力的评估。利用间接信息进行更新的贝叶斯网络方法增强了实测信息利用程度，为桥梁结构性能评定提供了新思路。　　(3)发展了模糊不确定信息转换的服役RC桥梁可靠性分析方法。针对目前我国桥梁管理系统不完善，一些中小桥梁初始资料缺失，难以获得完备信息的问题，将不完备信息归结为模糊性和随机性，模拟了钢筋锈蚀率和钢筋强度退化的概率特征，并结合试验进行了验证;在此基础上，构建了模糊随机信息下桥梁构件抗力演化分析框架，得到了抗力的时变特点和截口分布类型;通过隶属函数反映小样本检测数据的模糊特征，基于等概率原理，发展了将模糊变量变换为当量随机变量的分析方法，并与传统的最优拟合概率分析方法进行了对比，讨论了样本数的影响。　　(4)提出了混合不确定信息量化及服役RC桥梁耐久性寿命预测方法。保护层锈胀开裂至一定宽度会引起锈蚀损伤，针对结构锈蚀损伤评估中存在的复杂不确定性，将锈蚀过程划分为二阶段三个特征时刻，分析了锈胀开裂时间和锈胀开裂至界限宽度时间的概率特征，讨论了锈蚀损伤影响参数的敏感性;考虑变量参数的不确定性，采用似然估计方法处理点数据样本表示的变量，利用信息熵理论处理模糊数据或经验信息表示的变量，得到了变量分布参数的概率密度函数，通过引入一种积分的方法进而计算变量的概率密度函数;结合本文发展的混凝土开裂后锈蚀速率计算方法，建立了结构生命周期内耐久性损伤风险概率模型;将所提出的方法应用于一座实桥当中，验证了该方法的有效性。　　(5)提出了裂纹发展不确定下RC桥梁构件腐蚀疲劳寿命预测方法。腐蚀和疲劳耦合作用下材料复合损伤机理较为复杂，基于等效初始缺陷尺寸的疲劳寿命分析方法，针对锈坑根部的裂纹，采用发展的渐进插值分析法来评估应力强度因子;根据锈蚀观测和分析结果，提出了不同锈蚀水平下的应力集中因子模型;对疲劳裂纹发展模型从等效初始裂纹尺寸到裂纹达一定宽度进行积分来实现寿命预测;研究了混凝土疲劳性能退化对RC梁疲劳寿命的影响，进行了参数敏感性分析;采用反一次二阶矩法进行了概率分析，并将理论预测结果和试验观测结果进行了比较。
作者：	马亚飞
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	张建仁;王磊
授予学位：	博士
授予学位单位：	长沙理工大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文