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原文传递在役混凝土桥梁可靠性评估与寿命预测研究

论文题名：	在役混凝土桥梁可靠性评估与寿命预测研究
关键词：	在役桥梁;混凝土桥;可靠性评估;剩余寿命预测;随机可靠度;模糊可靠度;马尔科夫过程
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利布载相结合的方法用于结构主要失效模式的搜寻，并给出失效分析计算流程。建立钻孔灌注桩单桩承载力的抗力评估模型。提出多梁式简支梁桥桥跨结构承载力可靠度的一种近似分析方法(等代梁法)。考虑影响构件可靠性的四个主要因素，经大量计算，提出了在役混凝土桥梁构件可靠性的实用评估方法。包括：建立构件承载力的检算表达式；给出基于可靠指标的承载力分级原则；提出以抗力分项系数和界限系数为主要参数的在役混凝土桥梁构件承载力等级的评定标准。结合模糊综合评价和马尔科夫过程，提出了在役混凝土桥梁模糊可靠性评估与剩余使用寿命预测方法。包括：建立桥梁结构可靠性模糊评价集；着重考虑结构性缺损，建立钢筋混凝土梁桥、圬工及混凝土拱桥可靠性模糊评价递阶层次模型；采用层次分析法，确定评价模型中项目层和指标层模糊评价因素权重集；采用F分布、关联度法和定性描述法构造混凝土桥梁模糊评价指标的隶属度函数；经多级模糊综合评判，求解桥梁的模糊评价可靠性分布向量；根据加权平均值法或模糊贴近度法判定桥梁的模糊可靠性等级；引入马尔科夫过程，构造状态转移概率矩阵；针对新建桥梁、在役桥梁以及考虑加固的桥梁分别给出其模糊可靠性分布向量的预测公式；以可接受的最差状态为界，通过马尔科夫矩阵运算，预测在役桥梁的剩余使用寿命。为简化在役混凝土桥梁构件可靠度的复杂计算过程，本文采用可视化编程工具VisualBasic6.0开发了可靠度求解系统(Ⅴ1.0版)。对混凝土碳化等模块中的相关计算模型作了适用性分析。采用以上研究成果，对一座服役32年的混凝土梁桥进行了可靠性评估和剩余使用寿命预测，验证了本文提出的分析方法。
作者：	吕颖钊
专业：	道路与铁道工程
导师：	贺拴海
授予学位：	博士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文