混凝土桥梁随机劣化过程的Monte-carlo模拟

混凝土桥梁由于本身抗力的衰减以及外界因素的影响,结构性能不断劣化.对桥梁结构劣化过程的分析与预测是桥梁管理优化的基础.由于桥梁劣化影响因素具有一定的随机性,该文利用随机模拟分析方法-Monte-carlo方法分别建立了无维修和考虑不同维修效果两种情况下的混凝土桥梁随机劣化模型,并通过实例分析验证了模型的可行性.     

混凝土桥梁全寿命设计方法和例证

针对传统桥梁设计方法存在后期维护成本过高、维修资源分配不合理和服役期性能缺乏预见性等不足,提出基于寿命成本和性能的混凝土桥梁全寿命设计方法.建立混凝土桥梁全寿命成本模型作为优化目标函数,并将截面尺寸、混凝土强度和服役期维修时机处理作为设计变量,从结构应力、几何参数和材料参数出发构造约束条件,构建了服役期劣化桥梁性能与维护对策的关系模型,从而验证混凝土桥梁全寿命设计方法优化模型和设计流程.研究结果表明:基于全寿命成本和性能的混凝土桥梁全寿命设计方法合理,能够在设计阶段考虑服役期性能、维护方案及维修成本,平衡初始造价和后期维护成本.     

在役混凝土桥梁非平稳抗力劣化模型建立与更新

为建立在役混凝土桥梁结构构件非平稳随机抗力劣化模型，并通过后验更新解决劣化模型与实际结构劣化特征的匹配问题，首先，联系在役混凝土桥梁结构实际劣化特征，基于Gamma随机过程推导并建立了初始抗力劣化模型，对初始模型所存在的问题进行探讨；其次，以初始模型吸收融合结构近期实际劣化状态为原则，以结构特定时刻劣化状态的确定为基础，构建了初始抗力劣化模型的后验更新流程；再次，联合非确定性层次分析法（NAHP）与实数遗传算法（RGA）建立了基于定期外观检测数据的特定时刻抗力劣化系数评定方法，为确保该评定方法为初始抗力劣化模型更新提供准确可靠的劣化数据，采用室内模型梁加载试验对所建立评定方法的准确性、适用性进行验证；最后，以一座在役25年的混凝土桥梁为例，基于所建立的分析方法框架，阐述了其一片内梁抗弯承载力劣化模型的建立与后验更新过程。结果发现：基于特定时刻抗力劣化系数评定方法所得到的劣化系数分析结果与试验值的误差介于2.83%~6.24%之间，由该方法所得到的特定时刻抗力劣化系数可应用于初始劣化模型的后验与更新，经过初始劣化模型的后验与更新，所得到的后验模型由于吸收了结构近期的实际劣化状态，在抗力劣化进程描述方面较初始模型具有更高的准确性和更好的匹配性。     

基于模糊评价理论和层次分析的混凝土梁式桥综合性能评估

为了研究混凝土梁式桥梁综合性能的评估方法,采用层次分析方法建立了包含结构安全性、耐久性以及适用性的综合评估模型.根据混凝土梁式桥梁的特点从桥梁结构的安全性、耐久性以及适用性的角度出发,分别建立了基于目标层、准则层和指标层的桥梁结构的安全性评估模型以及基于目标层和指标层的桥梁结构的耐久性、适用性的评估模型.在已建立的评估模型的基础上,根据各指标的确定权重和评价标准,采用模糊理论对其安全性、耐久性和适用性分别进行评估,根据模糊理论的最大隶属度原则确定其评估结果.最后基于桥梁的安全性、耐久性和适用性的单项评估结果,对桥梁结构的综合性能进行评估分析.结论表明,该方法能够较好地反映混凝土梁式桥梁的综合性能,得出的性能评估结果与实际相适应,可以为桥梁结构的养护维修奠定理论基础.     

模糊综合评价方法在桥梁耐久性评估中的应用

对在役混凝土桥梁结构耐久性进行评估是评价其工作性态是否满足设计要求的关键所在。将桥梁划分成桥梁结构、桥梁构件2个层次,并按照不同构件内的耐久性劣化影响因素的差异选取各因素隶属函数,从而建立了在役混凝土桥梁结构耐久性的2层次多指标评估模型。桥梁整体耐久性划分为5个模糊等级,对应于完好、较好、较差、差、危险5个耐久性状态。该文基于模糊数学理论,利用最大隶属原则评定了一实桥的耐久性等级。     

考虑结构损伤的在役混凝土桥梁有限元模型修正方法

混凝土桥梁结构及材料参数在服役期间处于动态变化过程(如材料劣化),在桥梁完工投入运营之后再测定桥梁的材料或者结构参数较为困难,且采用基于桥梁初始设计参数建立的有限元模型来对其进行模拟的精度有限。为建立考虑结构损伤的在役混凝土斜拉桥的高精度有限元模型,提出了一种基于桥梁荷载试验的混凝土斜拉桥有限元模型修正方法。首先以一座混凝土斜拉桥为依托工程,建立了桥梁初始Midas有限元模型。在考虑混凝土斜拉桥结构特点、施工误差以及可能出现的结构损伤部位的基础上,选取4个结构参数及1个试验参数作为待修正参数。根据依托工程桥梁荷载试验特点及常规试验内容,选择了4个覆盖了结构静、动力特性的指标作为目标函数,根据有限元计算结果建立了待修正参数与目标函数之间的响应面方程。最后根据依托工程荷载试验的结果,结合响应面方程对初始有限元模型进行了修正。结果表明:采用修正后参数的计算结果与实际桥梁施工情况相符,修正后的桥梁有限元模型具有较高精度,可较好地反映出实际桥梁工程在弹性阶段的静、动力力学状态;所提出方法可通过桥梁荷载试验来反推桥梁当前状况下的参数状态,实现对桥梁结构的精确模拟,该方法不仅适用于新建桥梁也可对长期运营的桥梁的结构状态进行反推和模拟。     

钢筋混凝土桥梁的腐蚀研究与防护

介绍了钢筋混凝土桥梁的腐蚀机理和影响因素;基于锈蚀钢筋的拉伸试验和劣化混凝土的轴心抗压试验,分析了钢筋混凝土构件的腐蚀对桥梁力学性能和结构性能(包括钢筋与混凝土的粘结、承载力、破坏形式等)的影响;在此研究基础上提出了桥梁结构的防腐与防护措施,对钢筋混凝土桥梁的状态评估与维护管理具有重要意义。     

基于性能劣化分析的钢桥维护策略优化研究

为保证桥梁的安全性与适用性,同时合理控制全寿命期总成本,在桥梁性能劣化分析的基础上,对钢桥维护策略优化的多目标动态优化方法进行研究.用可靠度指标与状态指标表征桥梁性能状态,考虑环境、荷载及材料特性的影响,提出基于损伤累积的桥梁可靠度指标与状态指标劣化模型;以全寿命成本最小为目标、以可靠度指标和状态指标为约束条件,分别建立加固策略及维修策略的优化模型.通过引入改进的Logistic动态粒子群优化算法结合Monte-carlo模拟与"乘大数"的惩罚策略实现多目标优化求解.通过对钢拱梁组合体系的天津海河国泰桥主桥运营期维修加固策略进行优化,证明了该方法的有效性和适用性.     

基于灰色模型的铁路桥梁裂缝劣化预测研究及应用

铁路桥梁混凝土裂缝是较为常见的病害,该病害严重影响了铁路桥梁的使用寿命。针对铁路桥梁混凝土裂纹宽度发展,基于灰色系统理论,提出裂缝宽度非时距G M (1,1)预测模型。利用该预测模型,对桥梁裂缝劣化情况进行预测,辅助管理者制定经济合理的“壁可”法修补计划,进而保障桥梁状态良好、铁路行车安全。为说明预测模型的有效性,以神朔铁路悖牛川特大桥1996~2012年的桥梁裂缝测量数据进行验证,结果表明该预测模型可较为准确地预测桥梁裂缝宽度的变化,对桥梁养护维修管理有着重要意义。同时,分析了"壁可"法在悖牛川特大桥的应用,其对混凝土裂纹的修补效果显著。      

可靠度劣化模型在桥梁维修决策中的应用

已有桥梁无论是进行改造,还是维修加固,对其进行可靠度鉴定是一项不可缺少的前提工作。研究桥梁结构服役期间的可靠性对于预测桥梁服役寿命,安排合理、经济、科学的维护时间和方案具有重要的指导意义。该文以双线性劣化模型来描述桥梁结构的可靠度退化状态,讨论了关键参数的确定方法,并以东北地区7座钢筋混凝土桥梁为例,分析了该模型在桥梁维修决策中的应用。     

跨海桥梁混凝土劣化分析及预养护

通过资料调研及实桥调查,系统总结了跨海桥梁混凝土劣化的病害特点及其退化规律,从氯离子侵蚀机理出发,依据Fick第二定律进行了混凝土劣化退化的预测,并在此基础上确定了混凝土劣化的预防性养护最佳时机。同时,根据跨海桥梁的结构和环境特点,提出了混凝土劣化的预防性养护检测内容和维护处治措施。     

考虑CO2排放的公路桥梁结构时变可靠度

基于改进的混凝土碳化深度预测模型,结合世界气象组织(IPCC)对CO2浓度和气候变暖的预测数据,综合考虑钢筋截面面积、屈服强度和粘结强度的降低,建立不同CO2排放策略下未来90 a公路桥梁抗弯强度退化时变模型,详细研究了CO2浓度和气候变暖对钢筋混凝土桥梁结构抗弯承载能力可靠度的影响.针对广州地区一座钢筋混凝土桥梁展开分析,计算结果表明:A1F1和A1B排放策略下混凝土桥梁的承载能力均值下降速度快于CO2浓度不变的情形;服役至2100年,A1F1和A1B排放策略下桥梁体系可靠度指标分别比CO2浓度不变情形低0.5和0.42,首次加固维修时间分别比CO2浓度不变情形早13a和10a.     

基于劣化度计算的军用电站技术状态评价

提出基于劣化度计算的方法定量描述军用电站技术状态,并制定电站部件、子系统和整机劣化度评价模型,定量的分析了技术参数权重指标,依据劣化度计算结果制订了针对劣化度的维修决策方案。     

运营荷载作用下钢混组合梁桥抗弯性能可靠度研究

为分析实际运营荷载作用下钢混组合梁桥的抗弯结构可靠度,建立了钢混组合梁结构可靠度评估方法。首先,确定了钢混组合梁抗弯失效的极限状态方程,并确定了采用i-HLRF算法计算结构可靠度指标;其次,建立了基于全截面塑性的钢混组合梁截面抗弯承载力计算模型,结合文献中105组钢混组合梁试验数据对该计算模型的不确定量度进行了分析;第三,建立了基于实测车辆数据计算桥梁构件荷载效应极值分布模型的方法;最后,结合某一钢混组合梁连续梁桥结构,计算了正弯矩和负弯矩区域的截面抗弯性能结构可靠度指标。结果表明：基于全截面塑性的抗弯承载力计算模型能够很好地表征钢混组合结构的试验极限承载能力,计算模型不确定性量度与各类结构设计参数没有显著相关性,并服从均值为1.02、变异系数为0.07的正态分布;案例桥梁正弯矩区域抗弯性能计算可靠度指标为4.55,而负弯矩区只有4.06,低于我国混凝土桥梁规范采用的目标可靠度指标(4.2)。     

Behavior Deterioration Regularity and Maintenance Strategy of Concrete Decks Based on Examination and Evaluation Results

为了合理的评估混凝土桥面板的性能状态,预测其剩余寿命和确定合适的养护、维修方案,通过混凝土桥面板性能退化成因分析和对已有桥面板性能退化模型的评价分析,经过指标转化,建立了实用的,满足实际工程精度要求的桥面板技术状况退化模型.该性能退化模型显示,混凝土桥面板的平均使用寿命在40 ～ 50 a.然后将此模型中的技术状况指标转换成与我国桥梁养护规范相对应的评价指标,结果表明:经过15 ～20 a,混凝土桥面板技术状况等级将由1类退化为2类,经过40 a左右,将继续退化为3类.以此退化模型为基础,制定了混凝土桥面板的养护方案,提出了与我国桥梁养护规范相应的混凝土桥面板进行日常养护维修、重大维修和更换的初步的时间表,可供我国桥梁工程人员参考.     

东日本旅客铁路公司混凝土桥梁的养护维修

介绍东日本旅客铁路公司的混凝土桥梁盐害、碳化、冻害和碱骨料反应导致的劣化、损伤及相应的维修加固措施。     

混凝土桥梁实体保护层厚度合格评价标准浅析

桥梁保护层厚度对于结构耐久性是一个关键性的指标,但是相关技术文件对于混凝土桥梁保护层厚度的合格评价方法并不统一,本文采用桥梁实体实测保护层厚度数据,对二种不同方法评价混凝土桥梁工后保护层厚度的合格情况进行了比对,其结果表明采用特征值法更为符合公路桥梁的实际情况。     

CO2排放、气候变化及其对混凝土结构开始腐蚀时间和时变可靠度评估的影响

基于改进的碳化深度预测模型,结合IPCC预测数据,研究了气候变化(CO2浓度)的规律及其对混凝土结构的碳化损伤影响.由于概率预测模型能够考虑环境、结构尺寸、保护层厚度和劣化机制的不确定性和变异性,提出了时变可靠度模型来计算混凝土结构在多种CO2排放策略作用下将来100年内的开始腐蚀概率.研究表明:在最高CO2排放策略下的开始腐蚀概率比其在最好CO2排放策略下高4.6倍;大多数混凝土结构在服役期存在碳化腐蚀损伤现象,将来需要大量的维修和维护工作;如果最高CO2排放策略在将来发生,混凝土保护层设计厚度需要提高3-15 mm以降低混凝土结构的开始腐蚀概率和减少腐蚀损伤.     

基于时变可靠度理论的钢筋混凝土桥梁安全性评估

该文介绍了一种钢筋混凝土桥梁安全性评估的方法。在对既有桥梁安全性评估时,根据钢筋混凝土桥梁特有的性质,对其进行可靠度计算分析。考虑了钢筋混凝土桥梁在使用过程中混凝土碳化、钢筋锈蚀引起的结构抗力退化,建立结构抗力退化模型。再根据评估基准期的不同,建立了时变荷载效应模型。最后运用JC法计算结构可靠度指标,以评估既有桥梁的结构可靠度。     

既有钢筋混凝土桥承载能力退化和维修需求分析

综合混凝土碳化模型、钢筋锈蚀模型,运用随机有限元方法,对既有钢筋混凝土桥梁设计基准期内的结构失效概率、可靠度进行分析,提出综合目标可靠度和维修成本效益的桥梁维修需求预测模型。通过在一座下承式系杆拱桥的应用,进行了维修方案的比选,预测了其在设计基准期内的维修需求,验证了方法的可行性。