氯离子环境下既有钢筋混凝土桥梁耐久性的概率分析

分析讨论了钢筋脱钝的氯离子临界浓度，基于既有钢筋混凝土桥梁的实测数据，以Fick第二扩散定律导出的氯离子扩散数学模型为基础，对氯离子浓度和氯离子扩散系数进行优化计算确定。另外，将氯离子临界浓度值视为因暴露区域而变的定值，混凝土保护层厚度和计算模式不确定性系数视为随机变量，以同一座桥梁一定区域内的混凝土表面氯离子浓度和氯离子扩散系数为一个确定的值，建立了氯离子环境下钢筋脱钝的时变概率模型。以一座实际的桥梁为例，计算了在t年时钢筋脱钝概率的预测值。该钢筋脱钝时变概率模型可用于近海环境下混凝土桥梁中钢筋脱钝的预测，以及既有钢筋混凝土桥梁结构的耐久性评估，从而可以揭示结构潜在的危险，为及时做出维修加固决策提供重要的依据。     

基于时变可靠度衰变预测的普通钢筋混凝土桥梁预防性养护模型研究

为探讨普通钢筋混凝土桥梁时变可靠度的衰变规律,建立普通钢筋混凝土桥梁的预防性养护模型。以武汉市公路管理处管理养护的部分省国道桥梁为研究对象,采用有限元与MonteCarlo相结合的结构时变可靠度分析方法,考虑混凝土、钢筋等材料的疲劳退化,对桥梁结构时变可靠度规律进行了探讨,在此基础上,建立了基于结构时变可靠度衰变预测的普通钢筋混凝土桥梁预防性养护模型。     

中小跨径混凝土连续梁桥地震易损性研究

以国内常见的中小跨径混凝土连续梁桥为对象,考虑了桥墩、板式橡胶支座构件损伤,对桥梁系统进行了地震易损性分析。在桥梁易损性分析中,使用了超拉丁方抽样技术形成桥梁样本,从太平洋地震工程研究中心数据库中选取了大量地震波作为地震动输入样本,以桥墩漂移率、支座相对变形作为损伤指标,并对损伤指标予以了量化。在计算得到桥梁构件易损性曲线的基础上,使用一阶可靠度理论形成了桥梁系统易损性曲线的上下界限,并得出了桥梁不同损伤状态对应的具有统计意义的中位值地震动强度。研究结果对于在役的同类型桥梁抗震加固设计及地震灾害损失评估提供了理论依据。     

钢筋混凝土桥在氯离子侵蚀下的地震响应分析

基于全寿命的桥梁结构设计和基于性能的桥梁抗震设计是目前的研究热点。该文以一多跨钢筋混凝土连续梁桥为例,建立非线性动力分析模型,考虑氯离子侵蚀效应的影响,结合以上两个研究热点,建立了钢筋和混凝土的直径及屈服强度退化模型;并建立了结构的有限元动力分析模型,输入典型地震波进行非线性时程分析。分析结果表明:当考虑氯离子侵蚀时,箍筋锈蚀比纵筋锈蚀更早;在地震动输入下,结构的地震响应随桥梁的服役时间逐渐增加;在以后的桥梁设计中应该引起重视。     

钢筋混凝土桥梁地震易损性分析方法

总结了地震作用下钢筋混凝土桥梁主要构件的理论易损性曲线的建立方法及其基本步骤,并且应该考虑到地面运动、本地土壤条件以及桥梁本身参数等不确定性。进一步说明如何考虑桥梁主要易损构件如桥墩、支座和桥台等对整个桥梁体系易损性的影响,并且利用概率工具从单个构件的易损性直接预计桥梁体系的易损性,表明桥梁作为一个体系比任何一个单独的构件更易损。     

两水准地震设防下的斜拉桥体系易损性分析

针对中国规范所定义的E1,E2地震下的结构性能进行的地震易损性研究尚不充分问题,提出两水准地震作用下结构性能的概率评估方法,推导了设计地震下地震风险的理论公式,并以特大跨斜拉桥为例来阐述该方法,建立考虑多种非线性效应的斜拉桥有限元模型,斜拉桥关键构件(桥塔、桥台、支座、阻尼器)和结构体系的概率需求地震模型以及地震易损性方程;拟合所在场地的地震危险性曲线方程,得到不同重现期地震下构件和体系的损伤概率;计算E1,E2两水准地震下的构件损伤概率,以多个构件的性能水平为目标,基于蒙特卡洛模拟抽样方法得到桥梁的体系易损性曲线,计算体系地震风险;基于提出的两水准地震设防下的斜拉桥体系易损性分析方法,进一步比较了使用阻尼器加固前后斜拉桥在E1和E2两水准地震下的体系易损性。结果表明:安装阻尼器以后斜拉桥在设计地震作用下的各个关键构件以及结构体系的损伤概率大大降低;表明两水准地震设防下的斜拉桥体系易损性分析方法可以为斜拉桥概率性抗震设计及加固提供实践方法。     

既有钢筋混凝土桥梁模糊随机可靠性评价

由于钢筋锈蚀、混凝土碳化和日益增加的交通荷载影响,桥梁性能随着时间劣化,可靠性降低。因此,在分析影响既有钢筋混凝土桥梁可靠性不确定性因素的基础上,将这些因素归结为随机性和模糊性,以模糊随机变量为基本变量,考虑桥梁在服役过程中的耐久性损伤对可靠性的影响,针对既有桥梁荷载的分析背景同拟建桥梁的不同,进一步考虑模糊性,建立了考虑失效准则模糊性的模糊随机状态方程,将JC法改进用于计算模糊随机可靠指标,以装配式简支梁桥可靠性评价为例给出了具体方法和过程。     

侵蚀性环境下桥梁CFRP/BFRP加固后的长期性能试验

为了研究侵蚀性环境下服役桥梁构件采用纤维材料加固后的长期性能,对11根具有初始锈蚀损伤的钢筋混凝土梁式构件采用碳纤维布(CFRP)和玄武岩纤维布(BFRP)加固后继续退化的承载力及服役性能进行试验.通过对加固后构件进行电化学加速锈蚀和盐液浸润干湿循环模拟不同程度的后续服役性能退化,研究侵蚀性环境对CFRP和BFRP加固构件在不同后续服役期的承载力、刚度等性能影响规律,同时对比了2种加固材料的耐久性能和成本效益.结果表明:侵蚀性环境下加固后的桥梁构件承载能力评估需综合考虑钢筋锈蚀引起的承载力降低和侵蚀性环境对纤维利用效率的降低;CFRP对刚度提高显著,而BFRP加固具有更好的延性;考虑加固后长期服役性能,CFRP加固后具有较好的耐久性,而BFRP具有较高的成本效益.     

基于均匀设计响应面法的桥梁地震易损性分析

针对桥梁地震易损性分析中计算量偏大的研究现状,首先,以一座多跨连续梁桥为研究对象,综合考虑材料、结构和地震动的不确定性,提出了一种基于均匀设计和响应面法的地震易损性分析方法。基于Open Sees建立了算例桥梁非线性有限元模型。然后,考虑桥墩和支座等桥梁构件的损伤,定义桥墩和支座在不同损伤状态下的损伤指标,建立了桥梁构件和桥梁系统地震易损性曲线。最后,为验证本研究方法在桥梁地震易损性分析中的适用性和有效性,分别通过本研究方法、蒙特卡罗、正交设计和中心复合设计的响应面法对算例桥梁进行地震易损性分析,分别从抽样次数、计算耗时、响应面模型精度和易损性曲线等方面,对4种方法进行了比较。研究结果表明:在易损性曲线方面,本研究方法与基于蒙特卡罗的响应面法的偏差约为3%;在抽样次数、有限元计算耗时方面,本研究方法分别比基于蒙特卡罗、中心复合设计和正交设计的响应面法减少了99.70%,58.49%,8.70%;本研究方法建立的结构响应面模型与基于中心复合设计和正交设计的响应面法相比,其精度分别提高了12%和5%。     

基于改进条件边缘乘积法的桥梁系统地震易损性分析方法

桥梁结构是由多种不同类型的构件按照一定的逻辑关系构成的结构系统。既有桥梁易损性分析中,通常基于构件的易损性曲线来评价整个桥梁系统的抗震性能。实际运营中的桥梁,在地震作用下,不同构件间相互影响,发生组合破坏将会增加桥梁系统整体失效概率。因此,将桥梁结构作为整体进行易损性分析能够更好地评估实际工程的抗震性能,弥补了既有分析方法的不足。以一座三跨预应力混凝土连续T梁桥为易损性分析对象,结合桥墩和支座两类构件的地震破坏,分别采用界限估计法、改进的条件边缘乘积法建立了算例桥梁系统易损性曲线。结果表明:界限估计法易受各失效模式排列顺序和相关性的影响,稳定性较差;改进的条件边缘乘积法,作为结构系统失效概率的一种近似求解法,解决了在多个失效模式并存下,结构系统可靠度问题中多维标准正态累计分布函数近似求解问题。后者计算精度较高,易于实现,适用于失效模式较多的复杂桥梁系统,具有一定的工程使用价值,为桥梁系统地震易损分析提供了借鉴参考。     

基于非参数核密度估计的桥梁结构地震易损性分析

针对桥梁结构构件常用地震易损性分析方法的不足,提出桥梁构件地震易损性分析的核密度估计方法。基于结构地震易损性条件概率的基本定义,重新定义易损性函数,采用概率统计中的非参数估计的核密度估计思想,实现地震动和抗震需求的联合概率密度分布函数、地震动边缘分布概率密度函数的估计,据此构建桥梁结构构件地震易损性的核密度估计算法。用Bootstrap重抽样方法验证所提易损性算法的正确性和可靠性。以一座刚构-连续组合体系桥梁为例,结合桥梁结构抗震设计规范,构建基于OpenSees软件平台的有限元模型,考虑结构参数不确定性和地震动的不确定性,基于增量动力分析和核密度估计,分析桥梁构件的地震易损性。同时分别用结构易损性分析参数估计的最大似然估计法和概率地震需求分析法、非参数估计的蒙特卡罗法计算结构地震易损性曲线,对比讨论4种结构地震易损性分析方法的结果,验证所提方法的正确性和可靠性。研究结果表明:相同计算精度条件下,所提桥梁结构地震易损性分析的核密度估计方法具有较好的计算效率,可用于桥梁结构构件的地震易损性分析中。     

碳化作用下在役混凝土桥梁时变可靠度评估

该文总结了基于碳化的钢筋混凝土退化模型,建立了一般大气环境下考虑碳化平均锈蚀的弯曲抗力退化模型,用Monte Carlo方法编制了退化钢筋混凝土构件及系统的时变可靠度计算程序。以一座公路简支板桥为算例,结果表明:在一般大气环境下考虑碳化引起的平均锈蚀,桥梁承载能力时变可靠度在45 a左右即下降到设计目标可靠度,从而需要补强,无法达到设计使用期;同时建议将混凝土保护层开裂时间作为桥梁检查或维修参考点。     

基于全寿命周期的桥梁结构抗震性能评价与设计方法研究进展

为了促进桥梁结构全寿命抗震设计研究在中国的发展,详细论述并总结了基于全寿命周期的桥梁结构抗震性能评价与设计方法在国内外的研究进展,同时建立了其研究体系的基本框架。首先介绍了钢筋混凝土桥梁结构在其全寿命周期内遭受以氯离子腐蚀作用为主的环境作用分析模型的研究成果,在此基础上着重介绍了以桥梁结构地震易损性分析方法为代表的抗震性能评价方法与地震损失成本评估方法的研究进展,最后论述了基于全寿命成本分析的桥梁结构抗震优化设计方法研究现状。研究结果表明：基于全寿命周期的抗震性能评价和设计方法能够合理地解决传统抗震设计方法中未考虑结构抗震性能退化的问题,对于桥梁抗震工程领域的发展具有重要意义。     

基于时变因素的桥梁可靠度指标计算

在预应力桥梁服役过程中,桥梁构件的抗力水平可能降低,同时在运营过程中,桥梁的交通量有可能发生增长,考虑这些时变因素的桥梁可靠度是值得关心的问题。本文总结归纳了三种典型的抗力退化模式,以某地交通量观测结果为依据,拟合了其增长函数;建立抗力衰减和荷载增长的时变模型;接着,本文以某现役预应力混凝土桥梁构件为背景,利用蒙特卡罗法模拟计算了考虑时变因素的可靠度指标,讨论了其安全使用年限。     

桥梁复合随机地震易损性分析方法研究及应用

影响桥梁地震安全的不仅是地震强度,还包括桥梁结构材料强度、结构尺寸,以及其离散分布特征等,这些因素也不是唯一确定的,而是随机的。传统的桥梁地震易损性分析方法已无法满足要求,需要充分考虑地震、材料等因素的随机性。为了更加全面而充分地确定在多种不确定因素综合影响下,桥梁结构的地震易损性分布及影响规律,采用全概率方法进行桥梁地震易损性分析。针对目前结构地震易损性分析方法的不足,引入人工神经网络和蒙特卡罗技术,采用动量增量分析方法和推倒分析方法,同时考虑了桥梁结构参数的随机性和地震动输入的随机性,提出了桥梁复合随机地震易损性分析方法。主要分析步骤为:首先,分别对随机桥梁结构的抗力和随机地震响应进行特征统计,在此基础上,再应用蒙特卡罗和神经网络技术对桥梁结构在不同损伤状态下的超越概率进行统计,绘制桥梁结构复合地震易损性曲线。复合随机地震易损性分析方法从全概率的角度比较全面地反映了桥梁结构的地震易损性,并具有以下特点:(1)采用神经网络仿真结构随机性的非线性分析,大大提高了计算效率;(2)采用充足地震波进行动量增量分析,从而考虑了地震强度的随机性;(3)采用蒙特卡罗随机抽样分析方法,避免了求解析解的困难。     

基于一类桥梁样本的混凝土简支桥梁地震易损性分析方法

基于一类简支桥梁样本进行地震易损性分析,通过非线性时程分析得到构件响应,建立概率需求模型。采用定义的损伤状态函数计算构件的易损性曲线,并通过各个构件连接方式的串联假定,计算得到桥梁体系的易损性曲线。分析可知,桥台是最易损的部位,如果各个构件相互独立,体系易损性曲线与最易损构件的易损性曲线相差无几。     

混凝土连续梁易损性分析及健康监测传感器优化布设

以某预应力混凝土连续箱梁桥为工程背景,研究了已建桥梁在发生结构性能退化、车辆超载和船撞等不同损伤下结构的易损性,通过分析得到了易损性较高的构件集合,确定了不同损伤场景下采用健康监测技术时需要重点监测的内容,并就传感器布设方案给出建议。     

考虑荷载影响的桥梁混凝土结构耐久性设计

为更好地指导海洋环境混凝土结构耐久性使用寿命设计,采用试验研究弯拉荷载对混凝土氯离子扩散系数的影响,结合菲克第二定律提出考虑荷载影响的桥梁混凝土结构耐久性设计方法.研究结果表明,承受弯拉荷载与不承受荷载试件扩散系数控制指标的比值Dη/D0与应力水平η成指数关系.针对国内某大桥初步设计确定的典型构件及所处环境参数等,引入弯拉荷载对混凝土氯离子扩散系数的影响,建立了“设计使用寿命-氯离子扩散系数控制指标”间的对应关系,给出了达到设计使用寿命要求的28 d氯离子扩散系数控制指标.     

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。     

氯盐环境下大型混凝土桥梁构件耐久性可靠度分析

为保障工程结构耐久性,先需对构件退化过程进行分析与评价。对于氯盐环境中的大型混凝土构件,其几何外形较为复杂,采用二维氯离子扩散分析方法才能得到更为合理的结果;同时采用可靠度法方法进行评价,以充分考虑分析中涉及的不确定性因素。建立氯盐环境下大型混凝土桥梁构件耐久性可靠度分析框架,以Fick第二定律描述氯离子扩散过程,并通过有限元方法进行求解,在此基础上采用响应面方法进行可靠度分析。通过MATLAB编制了相关程序,并进行了实例计算,为大跨度桥梁的退化分析、运营管理、寿命预测等工作提供借鉴。