钢绞线腐蚀时变效应对预应力混凝土梁桥影响研究

基于混凝土碳化理论分析预应力筋腐蚀开始时间,提出预应力钢绞线腐蚀截面积退化时变模型。通过已有试验成果对比研究,提出由腐蚀电流密度和时间表达的腐蚀钢绞线力学性能退化时变模型,包括名义极限强度、极限延伸率、名义弹性模量时变模型;并推导建立由于钢绞线腐蚀引起的预应力损失时变模型。在此基础上,以预应力混凝土空心板桥为例,分析预应力钢绞线腐蚀后其梁体应力、抗弯承载力和可靠度等的经时变化。研究表明:预应力筋是预应力混凝土梁桥性能表现的重要参数,一旦发生腐蚀,其应力水平、抗弯承载力及可靠度将急剧下降,在短短几年内就可能危及桥梁的安全。     

预应力混凝土结构碳化腐蚀参数敏感性分析

基于碳化深度预测模型,使用已有的参数敏感性分析方法,研究了碳化腐蚀参数对混凝土结构时变性能评估的重要性.由于概率预测模型能够考虑CO2排放、环境、结构尺寸、腐蚀电流密度、预应力筋布置、保护层厚度和劣化机制的不确定性和变异性,发展了可靠度计算模型来定量地计算碳化腐蚀参数对结构时变性能的影响.研究表明:对于预应力混凝土结构,活载模型、混凝土保护层厚度、混凝土抗压强度和荷载横向分布系数是最重要的影响参数.     

双重因素影响下CFRP加固混凝土梁的时变抗剪可靠度分析

为了计算在环境与疲劳荷载双重作用下CFRP加固混凝土梁的时变抗剪可靠度,以侧面内嵌CFRP加固混凝土梁为研究对象。首先,建立加固梁的抗力模型;其次,构建双重作用下加固梁斜截面承载力极限状态功能时变函数;最后,基于JC法计算不同荷载频率下混凝土梁加固前后的时变抗剪可靠度。结果表明,双重作用下,在服役基准期的50%以内时,混凝土梁抗剪可靠度随服役时间呈现缓和线性下降,而后降低速率快速增大;混凝土梁抗剪可靠度随年交变荷载频率的增加而逐渐降低,年交变荷载频率对混凝土梁的可靠度变化的影响非常明显。另外,在服役基准期的58%之后,采用侧面内嵌CFRP对混凝土抗剪梁进行加固,可以继续服役基准期的12%左右。总地来看,采用侧面内嵌CFRP加固后,混凝土梁的服役寿命在一定程度上有所提高。但是,建议宜在服役前期对混凝土梁进行抗剪加固。     

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。     

模糊失效准则下桥梁拉索锈蚀时变可靠性分析

针对桥梁缆索耐久性问题日益突出的现状,对锈蚀拉索的时变可靠性问题进行了研究。首先,基于不同气候条件下钢丝的腐蚀速率和拉索截面锈蚀扩展规律,由随机过程理论建立了锈蚀拉索的抗力退化模型。针对拉索运营期失效具有模糊性的特点,以安全系数为判据构造了拉索模糊失效的隶属函数,提出了模糊失效准则下拉索锈蚀可靠度分析模型,并采用将服役期离散化的方法简化了时变可靠度的计算问题。通过算例分析了不同腐蚀环境下服役拉索的时变可靠度,并与时不变可靠度以及清晰失效准则下的时变可靠度进行了比较。结果表明:本研究模型能够反映拉索在不同腐蚀环境、不同服役时间内可靠度的变化规律。与清晰失效准则相比,模糊失效准则下时变可靠指标的渐变规律更好,与工程实际更为相符,一定程度上避免了清晰失效准则下安全系数选取困难的情况。拉索服役期的时变可靠指标具有明显的时段区分,当护套完好时,可靠指标下降缓慢,一旦护套破损引发钢丝锈蚀,随着腐蚀环境的不同可靠指标将显著下降。对于护套发生局部破损的拉索,在较恶劣环境中服役寿命仅为8～10 a,由于钢丝锈蚀的不可逆性,避免护套的损伤并加强检测是保证拉索耐久性的关键。     

考虑材料腐蚀的大跨径钢箱梁悬索桥疲劳可靠度分析

大跨径钢箱梁悬索桥受腐蚀疲劳影响显著,系统评估其疲劳可靠指标可极大保证其服役的安全性。文中通过ANSYS APDL建立大跨径钢箱梁悬索桥非线性结构模型,引入腐蚀疲劳抗力和荷载效应时变模型,基于RBF神经网络模型建立考虑材料腐蚀的大跨径大跨径钢箱梁悬索桥疲劳可靠度分析方法,并以典型桥梁工程为例进行疲劳可靠度评估及材料参数敏感性分析。结果表明,随着使用年限的增加,钢箱梁悬索桥桥面板和U肋位置腐蚀疲劳可靠指标逐年下降,在80年以后低于目标可靠指标3.7的要求,结构可能面临失效风险;钢材强度均值和弹性模量均值同钢箱梁悬索桥的桥面板及U肋位置腐蚀疲劳可靠指标成正比,而对应的变异系数呈反比变化。疲劳可靠度评估时应重点考虑材料参数的影响。     

预应力混凝土箱梁竖向预应力钢筋有效预应力检测研究

在大跨度预应力混凝土桥梁中,竖向预应力不足或预应力损失过大将导致箱梁腹板产生斜裂缝,如何检测箱梁竖向预应力钢筋的损失,寻找箱梁施工时竖向预应力筋张拉力简单实用的检测方法成为大家关注的热点。为了能够有效的检测箱梁施工过程中的竖向预应力是否达到设计值,本文基于结构动力学理论,通过有限元模型的大量模拟计算,建立起竖向预应力筋外露段长度、锚固段刚度增大系数与外露段动力特性之间的参数关系;通过模型试验建立了箱梁竖向预应力筋有效预应力和锚固段刚度增大系数的关系,并在现场某座连续刚构桥上进行了部分节段的检测。本文方法为高效、简便的检测竖向预应力钢筋的有效预应力提供了保障。     

基于神经网络的斜拉桥钢箱梁局部连接细节腐蚀疲劳可靠度研究

腐蚀与疲劳是影响斜拉桥钢箱梁服役可靠性的关键因素,为研究两者双重作用下斜拉桥钢箱梁服役期可靠度的衰退规律,开展了基于神经网络技术的斜拉桥钢箱梁局部连接细节腐蚀疲劳可靠度分析。首先,通过疲劳强度与钢材强度的关系以及腐蚀引起的钢材抗力衰变,得到了钢材腐蚀疲劳抗力时变模型。然后,通过基于均匀设计法的神经网络技术和非线性有限元方法进行斜拉桥钢箱梁腐蚀疲劳时变可靠度分析。采用均匀设计法得到影响结构可靠性的基本随机变量的设计样本点,基于ANSYS求解样本点处疲劳荷载作用下的钢箱梁应力幅,通过神经网络得到钢箱梁构件的应力幅函数显式表达式。在建立腐蚀疲劳抗力和疲劳荷载效应时变模型的基础上,构建了斜拉桥钢箱梁局部连接细节腐蚀疲劳时变可靠度的显式功能函数,基于FERUM程序采用JC法计算斜拉桥钢箱梁腐蚀疲劳时变可靠指标。最后以苏通大桥为例,采用所提方法对钢箱梁局部连接细节服役期的腐蚀疲劳时变可靠度进行了计算,并进行了参数敏感性分析。结果表明:桥面板和U肋腐蚀疲劳可靠指标均随时间增加而减小,但桥面板腐蚀疲劳可靠指标衰退越来越快,而U肋腐蚀疲劳可靠指标则衰退越来越慢,桥面板腐蚀疲劳寿命不足100年。研究结果为斜拉桥钢箱梁服役期的运营维护提供了指导。     

承载能力极限状态下CFRP加固前后锈蚀RC桥梁时变可靠性比较分析

该文结合一座实桥,运用JC法分别计算了承载能力极限状态下,CFRP加固前后锈蚀(坑蚀)RC桥梁的时变可靠度指标。考虑钢筋均匀锈蚀和坑蚀的情况下,对CFRP加固RC桥梁后承载能力极限状态的时变可靠性进行了分析。结果表明:CFRP加固能够明显地提高锈蚀RC梁的可靠性能,可靠度指标能提高1左右。坑蚀情况下可靠度指标比均匀锈蚀的可靠度指标低,并且随时间的增加可靠度指标退化更显著,因此用均匀锈蚀模型会过高地预测加固后桥梁继续服役的耐久性,坑蚀模型更加符合加固后桥梁结构性能评估的需要。     

基于神经网络的斜拉桥钢箱梁局部连接细节腐蚀疲劳可靠度研究（双语出版）

腐蚀与疲劳是影响斜拉桥钢箱梁服役可靠性的关键因素，为研究两者双重作用下斜拉桥钢箱梁服役期可靠度的衰退规律，开展了基于神经网络技术的斜拉桥钢箱梁局部连接细节腐蚀疲劳可靠度分析。首先，通过疲劳强度与钢材强度的关系以及腐蚀引起的钢材抗力衰变，得到了钢材腐蚀疲劳抗力时变模型。然后，通过基于均匀设计法的神经网络技术和非线性有限元方法进行斜拉桥钢箱梁腐蚀疲劳时变可靠度分析。采用均匀设计法得到影响结构可靠性的基本随机变量的设计样本点，基于ANSYS求解样本点处疲劳荷载作用下的钢箱梁应力幅，通过神经网络得到钢箱梁构件的应力幅函数显式表达式。在建立腐蚀疲劳抗力和疲劳荷载效应时变模型的基础上，构建了斜拉桥钢箱梁局部连接细节腐蚀疲劳时变可靠度的显式功能函数，基于FERUM程序采用JC法计算斜拉桥钢箱梁腐蚀疲劳时变可靠指标。最后以苏通大桥为例，采用所提方法对钢箱梁局部连接细节服役期的腐蚀疲劳时变可靠度进行了计算，并进行了参数敏感性分析。结果表明：桥面板和U肋腐蚀疲劳可靠指标均随时间增加而减小，但桥面板腐蚀疲劳可靠指标衰退越来越快，而U肋腐蚀疲劳可靠指标则衰退越来越慢，桥面板腐蚀疲劳寿命不足100年。研究结果为斜拉桥钢箱梁服役期的运营维护提供了指导。     

基于SVM的刚构桥施工期标高控制可靠度研究

为求解PC刚构桥不同施工阶段的标高控制时变可靠度,以云南省怒江州兑房河特大桥为背景进行研究。选取混凝土容重和弹性模量、预应力钢绞线张拉控制应力和弹性模量4种随机因素,利用拉丁超立方抽样法产生随机样本;代入桥梁有限元模型,计算各组样本对应的目标变量;采用遗传算法寻找最优参数,建立该桥各施工阶段的标高控制SVM模型;结合蒙特卡洛法,求解施工期标高控制时变可靠度,并利用正交试验对可靠度灵敏度进行分析。结果表明:PC刚构桥施工期标高控制可靠度指标随悬臂自由端挠度偏差容许值的增大而增大;当结构分别处于短悬臂、中悬臂、最大悬臂阶段时,建议悬臂自由端挠度偏差最大容许值分别取4,10,20mm;影响因素对PC刚构桥施工期标高控制可靠度的影响由大至小依次为混凝土容重、预应力钢绞线张拉控制应力、混凝土弹性模量、预应力钢绞线弹性模量。     

在役PC桥梁承载力可靠度评估

为了评估承载能力极限状态下在役预应力混凝土桥梁的可靠度,建立在役预应力混凝土桥梁构件的受剪、受弯抗力概率模型,建立了恒载、汽车荷载效应概率模型。结合在役桥梁构件基于可靠度指标的分级原则,对一座服役23年的预应力混凝土梁桥进行可靠度评估,评定的桥梁等级与规范评定结果一致。本文方法可为在役预应力混凝土桥梁的可靠度评估提供参考。     

梅溪河大桥索塔锚固区三节段有限元分析

对在环向预应力单独作用、承载能力索力单独作用、承载能力极限状态和正常使用极限状态下的梅溪河大桥索塔锚固区上部三节段的有限元模型进行了计算与分析。结果表明,实桥模型齿块、预应力筋孔道及角隅等位置存在应力集中;实桥模型在环向预应力单独作用下与索力单独作用下位移方向相反;模型正常使用极限状态均为全截面偏心受压;齿块作为锚固和传力构件,对缓和斜拉索锚固的应力集中程度作用明显。这些结论对于斜拉桥索塔锚固区的设计和施工具有一定的指导意义。     

基于Bayesian原理的基桩沉降可靠度分析

通过基桩沉降分析,定义了沉降模型系数,建立了基桩沉降的极限状态方程,推导出基桩沉降可靠度指标的计算公式。基于Bayesian原理,对模型系数进行更新。考虑基桩沉降计算模型不确定性和安全系数水平的影响,通过试桩数量的选择,进行基桩沉降可靠度分析。结果表明:可靠度指标随试验桩数的增加而增大,且试验桩数较少(不超过2根)时,可靠度指标增大速率较快,试验桩数较多(超过3根)时,可靠度指标增大速率较慢,所以,在工程应用中,试验桩数适量即可,建议取2~3根;可靠度校正分析中,当试验桩数较少时,经验信息起主要作用;当试验桩数增加时,经验信息的权重逐渐降低,新信息逐渐起主导作用。     

非平稳车载及抗力劣化进程下混凝土桥梁时变可靠性评估

为实现同时考虑车载过程及抗力劣化进程非平稳性的在役混凝土桥梁构件时变可靠性评估,首先,联合时域内的动态广义极值分布模型及蒙特卡洛模拟实现对连续非平稳车载过程的极值建模,介绍基于Gamma过程的在役混凝土桥梁构件抗力非平稳劣化模型的建立及更新;其次,综合考虑边际救生成本准则、个体风险准则及社会风险准则对运营阶段目标可靠度指标取值进行讨论,为时变可靠性评估提供基准安全边界;最后,在基于风险函数的时变可靠性分析方法框架之下建立同时考虑车载及抗力非平稳性的时变可靠性分析方法,其中借助高斯数值积分及泰勒级数展开解决时变可靠性的求解问题,并采用一个实桥分析案例对上述分析流程的应用进行说明。研究结果表明：当荷载参数截口分布呈现多峰形态时,可采用广义极值分布函数族中的极值Ⅰ型分布对其年最大分布进行描述;交通量的持续增长将导致变量年最大分布位置参数的不断提升及尺度参数的不断下降;综合考虑3种可靠度指标分析准则,建议在役混凝土桥梁构件运营阶段年目标可靠度指标取为3.98,具体评估工作中不能忽略基准期对目标可靠度指标的影响;通过时变可靠性评估工作的开展,可获取构件在未来较长服役期内可靠度指标的变化情况、服役状态达到临界安全水平所对应的时间节点以及构件可靠性冗余度的时变情况;该类结果的获取可为在役桥梁全寿命维养策略制定等工作提供直接参考。     

人工气候下腐蚀预应力钢绞线的力学性能研究

为了研究腐蚀预应力钢绞线的力学性能,通过人工气候试验箱获取了腐蚀预应力钢绞线样本,进而开展静力拉伸和电镜扫描试验,分析腐蚀对预应力钢绞线屈服强度、极限强度、极限应变及弹性模量的影响,探讨腐蚀预应力钢绞线微结构和断口变化特征,并在此基础上建立了腐蚀预应力钢绞线本构关系模型。研究结果表明:腐蚀对钢绞线力学性能的影响随着腐蚀程度而逐渐发生改变。在腐蚀率较低的情况下,钢绞线的极限应变随腐蚀率的增加近似地线性降低,极限强度轻微下降,腐蚀对钢绞线弹性模量与屈服强度影响较小;当腐蚀率增大到临界值后,钢绞线的极限应变减少较大,具有明显脆性失效特征,但对弹性模量与屈服强度的影响依然较小。钢绞线轻度腐蚀时,其本构模型可用弹性-硬化双线性模型表征,当腐蚀率超过临界值时,其本构关系转变为单线性模型。     

考虑大件荷载的桥梁网络可靠度分析及路径优化研究

为研究大件运输车辆荷载对桥梁安全性能的影响,提出了一种基于支持向量机和改进灰狼算法的可靠度计算模型,并以此设计了考虑桥梁网络可靠度的大件运输路径优化方法。首先依托大件运输车辆荷载分布统计数据建立了大件运输车辆荷载-桥梁结构响应的机器学习算法映射模型,通过支持向量机拟合大件车辆荷载下的结构功能函数,其次采用融合指数型非线性收敛和柯西变异的改进灰狼算法对可靠度进行求解,计算了某35 m预应力钢筋混凝土T型梁桥在大件运输荷载下的时变可靠度,设计了考虑大件运输荷载下桥梁网络可靠度的路径优化方法。研究结果表明：支持向量机对大件车辆荷载下的桥梁结构响应拟合良好,平均相对误差仅为1.74%;考虑大件运输荷载下的桥梁时变可靠度曲线下降趋势更加明显,且越接近桥梁服役后期,可靠度指标退化速率越快;改进灰狼算法在对功能函数求解时收敛速度极快,寻优稳定性极高;考虑桥梁网络可靠度的路径优化方法可以准确选择当前大件运输荷载下可靠度较高的通行路径。     

预应力锚固区加载过程的非线性有限元分析

文章综合考虑混凝土、锚垫板和箍筋的材料非线性本构特性,探讨预应力锚固区加载破坏模式的发展过程,以确定其受压极限状态和极限承载力,为锚固区的工程设计提供参考。采用现有计算软件对锚固区的加载过程进行了三维模型的非线性有限元分析,其计算结果与实验结果符合较好,由此得到锚固区破坏模式发展和受压极限状态的初步规律。同时,对分析中所采用的混凝土本构模型进行讨论,分析结果显示,混凝土受高轴向应力时,本构模型如何恰当地反映混凝土横向膨胀变形是一个关键,如果混凝土的横向变形偏小,将导致计算得到的横向箍筋应变不足,其作用无法充分体现。在分析研究中,需要改进混凝土本构模型以更好地模拟实际情况。     

RC桥梁碳化腐蚀下的开裂风险、耐久性和全寿命成本分析

基于改进的碳化深度预测模型,利用最新的CO<,2>浓度数据,发展了时变可靠度模型计算混凝土结构在碳化腐蚀下的开裂概率.建立概率模型可以考虑CO<,2>浓度、扩散过程、劣化机理、钢筋的位置、保护层深度、腐蚀电流的随机性和不确定性.计算了不同耐久性设计状态下和不同的锈胀开裂宽度准则下在碳化腐蚀作用下的开裂风险.建立了全寿命...     

无粘结预应力混凝土梁的强度与变形特性研究

给出了无粘结预应力混凝土梁强度和受力性能的分析结果。建立了适用于无粘结预应力混凝土梁非线性全过程分析的有限元简化模型,利用该模型探讨了跨高比、有效预应力和加载方式这3种参数对无粘结预应力混凝土梁弯曲性能以及无粘结预应力筋极限应力的影响。分析结果表明,跨高比对无粘结预应力筋极限应力无明显影响,增大无粘结预应力筋的有效预应力能显著提高梁的开裂和极限荷载,加载方式对梁的受力性能有着非常重要的影响。