多源不確定信息下服役RC橋梁可靠性及壽命評(píng)估.pdf

1、橋梁是交通線路的咽喉，我國(guó)公路橋梁總數(shù)現(xiàn)居世界首位，已達(dá)73萬(wàn)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(wèn)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(guò)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(rèn)知不確定性，忽略不確定性類(lèi)型的影響可能會(huì)對(duì)評(píng)定帶來(lái)較大誤差。為此，本文針對(duì)氯鹽導(dǎo)致的鋼筋銹蝕，重點(diǎn)研究了多源不確定信息下鋼筋混凝土(RC)橋梁可靠性評(píng)估和壽命預(yù)測(cè)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(cè)及更新模型。橋梁日常實(shí)測(cè)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(jìn)一步更新抗力，有助于減小不確定性的影響，提高預(yù)測(cè)精度。對(duì)從實(shí)橋構(gòu)件和快速腐蝕構(gòu)件中獲得的452根銹蝕鋼筋進(jìn)行了力學(xué)性能試驗(yàn)，構(gòu)建了銹蝕鋼筋強(qiáng)度退化概率模型，通過(guò)引入銹蝕損失臨界值來(lái)界定鋼筋的失效模式;開(kāi)展了48根快速腐蝕梁靜載試驗(yàn)和并進(jìn)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(dá)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(shí)段的實(shí)測(cè)信息，建立了考慮上述因素的時(shí)變抗力退化概率模型;通過(guò)與實(shí)橋構(gòu)件試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比進(jìn)行了模型驗(yàn)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(píng)估方法。現(xiàn)有實(shí)橋抗力評(píng)估中難以有效利用中間變量的實(shí)測(cè)信息;荷載試驗(yàn)是規(guī)范中橋梁評(píng)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?？紤]橋梁實(shí)際運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，基于快速銹蝕梁試驗(yàn)結(jié)果，改

4、進(jìn)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(qiáng)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(guò)融入實(shí)橋現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)的荷載-撓度響應(yīng)來(lái)更新整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)服役橋梁抗力的評(píng)估。利用間接信息進(jìn)行更新的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)方法增強(qiáng)了實(shí)測(cè)信息利用程度，為橋梁結(jié)構(gòu)性能評(píng)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(duì)目前我國(guó)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(wèn)題，將不完備信息歸結(jié)為模糊性和隨機(jī)性，模擬了鋼筋銹蝕率和鋼筋強(qiáng)度退化的概率特征，并結(jié)合試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證;在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了模糊隨機(jī)信息下橋梁構(gòu)件抗力演化分析框架，得到了抗力的時(shí)變特點(diǎn)和截口分布類(lèi)型;通過(guò)隸屬函數(shù)反映小樣本檢測(cè)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(jī)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(jìn)行了對(duì)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(cè)方法。保護(hù)層銹脹開(kāi)裂至一定寬度會(huì)引起銹蝕損傷，針對(duì)結(jié)構(gòu)銹蝕損傷評(píng)估中存在的復(fù)雜不確定性，將銹蝕過(guò)程劃分為二階段三個(gè)特征時(shí)刻，分析了銹脹開(kāi)裂時(shí)間和銹脹開(kāi)裂至界限寬度時(shí)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(jì)方法處理點(diǎn)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(yàn)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(guò)引入一種積分的方法進(jìn)而計(jì)算變量的概率密度函數(shù);結(jié)合本文發(fā)展的混凝土開(kāi)裂后銹蝕速率計(jì)算方法，建立了結(jié)構(gòu)生命周期內(nèi)耐久性損傷風(fēng)險(xiǎn)概率模型;將所提出的方法應(yīng)用于一座實(shí)橋當(dāng)中，驗(yàn)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(cè)方法。腐蝕和疲勞耦合作用下材料復(fù)合損傷機(jī)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(duì)銹坑根部的裂紋，采用發(fā)展的漸進(jìn)插值分析法來(lái)評(píng)估應(yīng)力強(qiáng)度因子;根據(jù)銹蝕觀測(cè)和分析結(jié)果，