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原文传递在役中小跨径钢筋混凝土梁桥时变强健性分析

论文题名：	在役中小跨径钢筋混凝土梁桥时变强健性分析
关键词：	中小跨径钢筋混凝土梁桥;养护维修决策;时变强健性;评估指标
摘要：	我国公路桥梁数量巨大，截止2022年末共有公路桥梁96.11万座，其中，中小跨径桥梁占比约为85.23%。针对数量巨大的中小跨径公路桥梁，合理的养护维修决策能够以更低的成本维持更高的桥梁性能。合适的桥梁性能评估指标和评估方法是制定养护维修决策的前提。强健性可以从损伤容限的角度对在役桥梁的性能和状态进行评估。利用强健性理论分析在役结构损伤发生后维持原有性能的能力，可以从更多角度为公路路网桥梁维修决策优化提供合理依据。中小跨径公路桥梁中，最常见的桥梁类型是预制装配式钢筋混凝土（reinforcedconcrete，RC）简支梁（板）桥，本文针对此类桥型，开展的主要研究工作如下：　　（1）提出基于材料性能劣化的时变强健性指标退化模型。通过文献调研，从狭义和广义两方面理解现有强健性概念并划分其研究内容，给出本文研究所依据的狭义强健性定义，即狭义强健性是指结构本身所固有的损伤容限性能。对比分析了各类强健性评估指标模型，将结构在损伤剩余发展周期中的性能平均表现作为衡量在役结构强健性的评价指标，提出了基于病害发展速率的时变强健性指标劣化模型。利用现有钢筋锈蚀速率统计分析模型和基于钢筋锈蚀的RC梁抗弯承载能力退化统计分析模型，建立了RC梁的时变强健性指标计算式。以一座RC简支空心板桥主梁为例，将主梁时变强健性指标退化模型与基于Frangopol和Curley方法的冗余系数退化模型、极限抗弯承载能力退化函数以及可靠指标退化模型进行了对比，验证了本文所提出指标在评估在役桥梁主梁性能状态上的可行性；　　（2）研究铰缝损伤对主梁荷载横向分布系数（lateralloaddistributionfactor，LLDF）和上部结构荷载横向传递性能的影响。使用改进的铰接板梁法，分析了铰缝损伤程度和铰缝与受研究梁相对位置对主梁LLDF的影响程度；考虑到主梁LLDF变化程度可以反映上部结构荷载横向传递性能的退化程度，提出了基于损伤铰缝的主梁LLDF变化程度计算模型和荷载横向传递性能评估指标（lateralloadtransferperformanceevaluationindicator，简称为）。利用评价三座技术状况等级相同的空心板桥上部结构荷载横向传递性能退化程度，确定维修优先级顺序，并与基于特殊检查静载试验结果的维修优先级顺序进行对比，验证了在衡量主梁LLDF变化程度上以及在桥梁评估和维修养护优先级排序中应用的可行性和准确性；　　（3）分析了交通荷载随机性影响下各主梁对上部结构承载能力的贡献程度，建立了确定性体系强健性评估方法。综合考虑了车辆在车道内横向位置随机性、交通量车型随机性以及车型车道分布随机性，结合荷载横向分布影响线，提出了两种主梁权重系数，即主梁受荷权重系数和主梁效应权重系数，以进行上部结构体系强健性指标计算；　　（4）建立了基于n维高斯Copula函数的体系强健性概率性分析方法和评估流程。以一座RC简支空心板桥为例，分别计算了不同失效模式下上部结构假设主梁相互独立情况下的体系失效概率和考虑主梁相关关系的体系失效概率，对比后发现n维高斯Copula函数可以有效地描述主梁相关性，验证了n维高斯Copula函数建立梁桥上部结构体系联合失效概率分布模型的可行性。根据相应的体系可靠指标进行了体系强健性分析，并将结果与体系可靠指标进行了对比。
作者：	王思琦
专业：	土木工程
导师：	杜进生
授予学位：	硕士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2023