本文關鍵詞：多源不確定信息下服役RC橋梁可靠性及壽命評估，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《長沙理工大學》 2014年

多源不確定信息下服役RC橋梁可靠性及壽命評估

馬亞飛  

【摘要】：橋梁是交通線路的咽喉,我國公路橋梁總數現居世界首位,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測方法,主要包括以下幾方面：(1)建立了模型及參數不確定下服役RC橋梁構件抗力預測及更新模型。橋梁日常實測信息能反映結構當前服役狀況,結合橋梁當前狀況進一步更新抗力,有助于減小不確定性的影響,提高預測精度。對從實橋構件和快速腐蝕構件中獲得的452根銹蝕鋼筋進行了力學性能試驗,構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系數表達式；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；通過與實橋構件試驗結果進行對比進行了模型驗證。(2)提出了貝葉斯網絡推理不確定信息的服役RC橋梁抗力評估方法�，F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),它不能直接反映結構承載力。考慮橋梁實際運營狀態(tài),基于快速銹蝕梁試驗結果,改進了銹蝕RC梁剛度退化模型；結合一座正在服役的RC橋梁,根據已建立的銹蝕鋼筋強度和截面積退化模型,構造了包含結構剛度、銹蝕損傷、荷載-撓度響應及其它影響因素的貝葉斯網絡,利用馬爾科夫鏈蒙特卡羅模擬方法,通過融入實橋現場荷載試驗的荷載-撓度響應來更新整個網絡,實現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絡方法增強了實測信息利用程度,為橋梁結構性能評定提供了新思路。(3)發(fā)展了模糊不確定信息轉換的服役RC橋梁可靠性分析方法。針對目前我國橋梁管理系統不完善,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,并結合試驗進行了驗證；在此基礎上,構建了模糊隨機信息下橋梁構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；通過隸屬函數反映小樣本檢測數據的模糊特征,基于等概率原理,發(fā)展了將模糊變量變換為當量隨機變量的分析方法,并與傳統的最優(yōu)擬合概率分析方法進行了對比,討論了樣本數的影響。(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,針對結構銹蝕損傷評估中存在的復雜不確定性,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的敏感性；考慮變量參數的不確定性,采用似然估計方法處理點數據樣本表示的變量,利用信息熵理論處理模糊數據或經驗信息表示的變量,得到了變量分布參數的概率密度函數,通過引入一種積分的方法進而計算變量的概率密度函數；結合本文發(fā)展的混凝土開裂后銹蝕速率計算方法,建立了結構生命周期內耐久性損傷風險概率模型；將所提出的方法應用于一座實橋當中,驗證了該方法的有效性。(5)提出了裂紋發(fā)展不確定下RC橋梁構件腐蝕疲勞壽命預測方法。腐蝕和疲勞耦合作用下材料復合損傷機理較為復雜,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力強度因子；根據銹蝕觀測和分析結果,提出了不同銹蝕水平下的應力集中因子模型；對疲勞裂紋發(fā)展模型從等效初始裂紋尺寸到裂紋達一定寬度進行積分來實現壽命預測；研究了混凝土疲勞性能退化對RC梁疲勞壽命的影響,進行了參數敏感性分析；采用反一次二階矩法進行了概率分析,并將理論預測結果和試驗觀測結果進行了比較。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：長沙理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：U446;U448.34
【目錄】：

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本文編號：170826