服役钢筋混凝土桥梁时变可靠性评估与剩余寿命预测

合集下载

钢筋混凝土桥梁剩余寿命评估方法研究

钢筋混凝土桥梁剩余寿命评估方法研究1前言由于不良的环境、日益增长的交通量以及公路运输业经常提倡提高汽车荷载标准的影响，许多既有桥梁不能满足为修建新桥而规定的设计标准；劣化和（或）荷载的增加也导致了桥梁可靠性的降低，甚至可能降低到规范规定的水平之下，近年发生的既有桥梁垮塌事故比比皆是，如图1所示。

因此，需要经常根据桥梁的安全性及耐久性状况，对其剩余使用寿命和经济合理维修时间作出评鉴。

图1典型服役钢筋混凝土桥梁垮塌多年来，国内外专家对桥梁评估检测、使用维护，进行了深入地研究和探索，提出了许多有学术价值和推广使用价值的成果和建议。

随着国家建设的发展，我国的桥梁建设规模越来越大，结构越来越复杂。

传统的分析己不能满足桥梁科学管理的要求，必须要借助现有理论、技术和科研成果，并进一步提升，提高我国桥梁的科学管理，进一步加快桥梁结构安全性和耐久性以及剩余寿命预测技术的研究和应用步伐。

为此，2006年5月，由长沙理工大学与中南大学、浙江大学、广西壮族自治区高速公路管理局、广西壮族自治区交通科学研究所、贵州省交通科学研究所组成投标联合体进行了"钢筋混凝土桥梁剩余寿命评估方法研究”项目的可行性研究。

西部交通建设科技项目管理中心组织专家对项目投标书进行审查。

2006年9月交通部科教司下达交通部科技项目任务书（任务书编号200631800019 ）。

本项目预期目标为：结合快速腐蚀试验、实体工程构件室内试验、以及现场试验开展理论研究，为在用钢筋混凝土和混凝土的梁桥和拱桥的评定、维修加固决策以及剩余寿命的预测提供一套完整实用的技术方法和理论，在中西部省份推广应用，提高各省公路桥梁管理部门对在用钢筋混凝土和混凝土桥梁的管理水平。

项目在实施过程中，各单位团结协作，分工明确，措施得力，严格按合同要求完成了各项研究任务，解决了研究工作大纲提出的关键技术，取得了相应的研究成果，达到了考核指标要求。

整体水平达到国际先进水平。

剩余寿命评估技术对依托工程起到了很好的指导作用。

在役混凝土桥梁剩余寿命预测方法研究

在役混凝土桥梁剩余寿命预测方法研究秦吉丽;王毅娟【摘要】合理预测现有混凝土桥梁剩余寿命,对于公路和城市交通运输具有重要的安全、技术与经济意义.为了更好地研究在役混凝土桥梁的工作状态和为预测桥梁使用寿命提供技术方法参考,追踪介绍了目前桥梁寿命预测方法的发展现状,并总结归纳出这些方法的主要类型,进而对其中比较常用的回归分析法、基于可靠度理论方法、灰色预测法、马尔可夫法、灰色马尔科夫法、神经网络法等预测方法做了特点与适用性方面的比较研究.%Reasonable prediction of the existing concrete bridge residual life has important significance in safety,technology and economics for highway and city transportation.To better study the service state of the existing concrete bridge and provide technical reference for the bridge service life prediction,the current status of bridge service life prediction method are introduced in the paper;the main type of these methods is summarized;and the characteristics and applicability are compared for the commonly used methods such as regression analysis method,method based on the reliability theory,the gray theory method,Markov method,gray Markov method and neural network prediction method.【期刊名称】《北京建筑工程学院学报》【年(卷),期】2012(028)003【总页数】5页(P14-18)【关键词】桥梁;寿命预测;回归分析;可靠度;灰色理论;马尔可夫链;神经网络【作者】秦吉丽;王毅娟【作者单位】北京建筑工程学院土木与交通工程学院,北京100044;北京建筑工程学院土木与交通工程学院,北京100044【正文语种】中文【中图分类】U448.33桥梁是公路交通与城市道路的咽喉，由于车辆的超限运输、结构的老化和病害、设计标准的演变、意外碰撞、钢筋的锈蚀、混凝土的碳化、荷载的变化等因素的影响，桥梁结构的性能会随着时间逐渐退化，进而桥梁使用寿命缩短，甚至发生恶性倒塌事故.那么，为了保证桥梁运营的安全，就必须对在役桥梁结构性能与状况进行合理评估.在役桥梁的评估是桥梁维修、加固的前期工作，桥梁的评估结果将决定结构是否需要进行维修改建；而桥梁剩余使用寿命的预测则是桥梁评估中非常重要的一个方面，因此现役桥梁结构的评估以及现役桥梁结构剩余寿命的预测是我国桥梁工程界亟待解决的问题.合理评估与预测现有混凝土桥梁的承载能力与剩余寿命，对于避免桥梁因带险运营而出现事故；避免因其进行不合时机的修理替换而带来高额费用，为现有桥梁结构的维修、加固与替换决策提供合理依据，具有重要的安全、技术与经济意义.截止目前，虽然有不少学者提出了一些相关桥梁寿命的预测理论，但大都停留在理论设想阶段，尚缺少系统化的研究，更没有应用于实际工程建设,桥梁寿命还是一个有待于规范化的设计指标.基于上述原因，本文将介绍并分析几种桥梁结构剩余寿命预测模型,以求为探究桥梁剩余寿命预测问题提供参考思路.1 寿命预测方法的主要类型在英国的建筑物耐久性标准中，提出了要求使用寿命、预期使用寿命、设计寿命的不同概念.英国的Somerville从使用寿命终结的角度出发，将使用寿命分为：技术性使用寿命、功能性使用寿命、经济性使用寿命三类[1].西南交通大学的屈文俊提出桥梁的寿命分为技术使用寿命和经济使用寿命，前者为随机变量，后者为经济优化的结果.从期望效益与期望经济风险的优化分析入手，建立桥梁结构的修、废判别标准，并提出了桥梁经济使用寿命的优化方法[2].大连理工大学的赵尚传，首先把结构的失效状态分为真性失效和假性失效，然后从结构剩余寿命与维护费用之间的关系角度入手，对在役混凝土结构的使用寿命进行了优化[3].目前，人们所说的桥梁使用寿命基本上是指其技术使用寿命和经济使用寿命，桥梁改造的时机，一般取决于桥梁的技术使用寿命和经济使用寿命.本文中探讨的是技术使用寿命.而桥梁剩余使用寿命则是指桥梁使用寿命与已使用年限的差值.总体来看，国内外采用的寿命预测方法主要有以下五种类型：1.1 比较预测法这种方法采用甚少，它的假定条件是：混凝土如果在某一期限内是耐久的，则相似环境下的相似混凝土也将有同样的寿命.显然，由于材料、形状、施工质量、荷载和环境的变异性，每一种桥梁结构往往是独一无二的，不同的小气候条件也会影响混凝土的使用寿命.所以即便有相似的使用条件，将过去的经验直接用来比较则不太合理.1.2 经验预测法这种方法是根据实验室和现场的大量实验结果及以往经验的积累，对使用寿命做半定量化的预测，比如回归分析法.但如若结构的设计寿命比较长，使用环境条件恶劣，或者因对结构进行加固而使结构状态发生较大改变，这种预测方法就不太可靠了.1.3 随机预测法上述的寿命预测方法都属于确定性方法，即：将影响结构使用寿命的各因素均作为确定的量值，由此得到的寿命预测结果只能是均值意义上的使用寿命.在耐久性评估中无论采用哪一种寿命准则，由于影响结构使用寿命的各因素都是随机变量，甚至是随时间变化的随机过程，结构的荷载与抗力都是随机过程.因此应用概率方法进行结构的剩余使用寿命的预测是比较合理的，但这种方法用起来却非常复杂.1.4 数学模型预测法利用数学模型预测使用寿命是目前较多使用的方法，其预测的可靠程度与模型的合理性以及材料与环境参数选取的准确性有关.现在发展较为完善的有灰色模型、马尔可夫模型等.1.5 智能预测法目前，基于智能的方法已经开始广泛用于对工程中某些特性参数的预测，如基于模糊数学理论的模糊预测法、基于遗传算法的预测法、基于神经网络的预测法，其中应用较多的是神经网络法.智能预测系统具有很强的学习能力、组织综合能力、自适应能力和优化能力，能很好的适应桥梁衰退过程的非线性、时变性和不确定性的特点.2 寿命预测方法的特点比较2.1 预测方法的主要特点2.1.1 回归预测法回归预测法就是利用桥梁在t0时刻前各个检测时刻的实际检测资料与分析结果，通过回归分析，建立桥梁技术状态与使用时间的关系，以此得出桥梁的剩余使用寿命.回归分析的模型多采用指数型、多项式，计算值以损伤度系数或养护规范中提出的评分值为基础.文献[4]中引入总损伤度系数Dt，采用指数型中值预报方程，将Dt表为:Dt=kt+ε(t)，建立了损伤度系数与时间的关系，求得桥梁的使用年限为其中Df 为寿命终止时的损伤系数，由专家根据工程经验给出)，剩余寿命为:ts=tE-tc，tE 为可使用年限，tc为已使用年限.2.1.2 基于可靠度的寿命预测可靠度方法建立在可靠度-时间关系的基础上，认为结构可靠度衰减到可接受的最小值或者失效概率增大到可接受的最大值的时间为使用寿命.结构的时变可靠度定义为:结构在设计基准期内，在正常的设计、使用和维护条件下，考虑环境等因素的影响，在任意时刻完成预定功能的概率Pf(t),t∈[0,T].结构的功能函数：Z(t)=R(t)-S(t)结构的失效概率：Pf(t)=P[R(t)-S(t)<0]结构的时变可靠指标：β(t)=Φ-1(1-Pf)式中：Φ-1(*)为标准正态分布函数的反函数.可靠指标是结构服役时间t的函数. 图1所示为在役桥梁结构剩余寿命预测步骤，即通过分析桥梁结构影响衰退的主要因素，建立其抗力和荷载效应模型，计算时变可靠度，从而建立结构可靠度与时间之间的函数关系，即可反推出桥梁的剩余使用寿命.文献[5]中对抗力模型和荷载模型作了具体研究，并给出了抗力和荷载效应模型的统计参数.图1 可靠度理论法求算剩余寿命的步骤可靠度指标β(t)计算方法：结构可靠度的计算方法分精确法和近似法两种.精确法是指按照积分公式求解结构的失效概率的方法，称全概率法，大多为一多重积分问题，因一些基本变量由于各种原因，很难确定其实际的概率分布，所以，一般很难求得解析解，工程实践中难以采用.常用的近似法有中心点法、验算点法(JC法)和蒙特卡罗模拟法.中心点法基本原理是将极限状态功能函数Z=g(X1，X2，…，Xn)在平均值处(即中心点)用级数展开，使之线性化，然后近似计算极限功能函数的平均值和标准差，可靠指标直接用功能函数的平均值和标准差之比,即β==验算点法(JC法)是把非正态变量转换成正态变量的近似方法，适用于随机变量为任意分布下结构可靠指标的求解，不仅通俗易懂，而且计算精度能满足工程实际需要目标可靠度的确定.JC法依据下列假设进行当量正态化：1)在设计点处，正态变量的分布函数值FX与非正态变量X的分布函数值FY相等，即FX=FY；2)在设计点处，正态变量的概率密度函数值fX与非正态变量X的概率密度函数值fX相等，即fX=fX；根据上述两个条件求得当量正态分布的平均值μx和标准差σx，最后计算结构的可靠指标.蒙特卡洛模拟法：蒙特卡洛方法是一种采用统计抽样理论近似地求解数学问题或物理问题的方法，是随电子计算机地发展而逐步发展起来的一种独特的数值方法.常用到的有三种分布：正态分布、对数正态分布、极值Ⅰ型分布.失效标准[β]：根据我国《公路工程结构可靠度设计统一标准》(GB/T50283—1999)中桥梁结构构件可靠度校准结果，参考国内外各种结构构件目标可靠度指标的建议值，建议在设计基准期年内的目标可靠度指标β0值如表1所示.表1 公路桥梁结构构件目标可靠指标的建议值构件破坏类型安全等级一级二级三级延性破坏4 74 23 7脆性破坏5 24 74 2根据文献 [6][7],将[β]=0.85β0作为既有桥梁结构寿命终止的标志，认为此时结构达到极限状态、到达寿命的终点或者已经到达维修加固的时间.2.1.3 灰色理论预测法灰色预测是根据过去的及现在己知的或非确定的信息建立的一个从过去引申到未来的灰色模型，从而确定系统未来发展的趋势，灰色预测的核心是灰色模型的建立.灰色系统理论[8]是邓聚龙教授于1982年提出，随后被用于各个领域的预测，包括桥梁寿命和技术状态预测.灰色理论预测法首先评估桥梁的整体损伤度或养护规范中提出的评分值，再以桥梁总体损伤度或评分值为原始序列，采用一次累加后生成新的序列，在此基础上，建立技术状态的灰色预测模型，根据预测模型外推出桥梁剩余技术使用寿命.2.1.4 马尔可夫预测马尔可夫过程的定义：在时刻t0系统处于状态i的条件下，在时刻t(t≥t0)系统所处的状态和时刻以前所处的状态无关，只与时刻所处的状态有关.马尔可夫链可用于预测桥梁的使用年限,是以根据桥梁状态等级确定状态和求得桥梁状况从一个状态转变到另一个状态的概率为基础的.这些概率以矩阵形式表示出来, 此矩阵叫做状态转移概率矩阵，其求解是马尔可夫预测模型求解的最关键问题.常用的方法有经验判断、统计分析和回归分析、逆阵法[9]等.根据马尔可夫链，系统在任何时刻的状态概率是由初始状态概率分布向量和转移概率矩阵确定的，对应任意时刻t时的状态矢量Q(t)可以由初始状态矢量Q(0)和转换概率矩阵P的t次幂的乘积求得，即Q(t)=Q(0)*pt.文献[10]中引入了模糊综合法对桥梁技术状态进行判别得到了初始状态概率分布，并用逆阵法求得状态转移矩阵，求得了预测年限的状态概率分布，根据寿命期结束时的等级要求可推算出桥梁的剩余寿命.2.1.5 灰色马尔科夫预测法灰色马尔可夫预测法是将灰色理论和马尔可夫法相结合，灰色理论能有效预测数据的变化趋势，而马尔可夫理论采用了状态转移矩阵，能较好地适应数据的波动性，灰色马尔可夫理论作为两者的结合吸取了两者的优点，需用的数据相对来说较少，而且很好体现桥梁状态发展的总体趋势和波动性，精度较高.具体方法：建立GM(1,1)模型，划分状态，计算状态转移概率矩阵，确定预测值的变动区间和预测值.2.1.6 神经网络法该方法从全桥的角度综合考虑各种因素影响，利用因果分析图及数学模糊规则，事先归纳出影响混凝土桥梁整体寿命的几种主要因素，利用自编程序构建一种由预测时的衰减到容许值时所需年限的网络模型，一般由输入层、隐层和输出层构成，通过几种主要因素大量的样本数据训练，使网络自身学习得到一组稳定的权向量，来反映输入与输出之间的映射关系，从而使每给出一组输入就能得出一组输出结果，而达到寿命预测功能.训练结果表明，只要网络结构选择合理，配合正常的检测制度与专门的数据采集系统，其对全桥剩余寿命进行模糊预测的结果是具有实用价值的.2.2 预测方法的综合比较1)回归分析法：桥梁结构剩余使用寿命回归预测模型的主要特点是计算简单，使用方便，对检测时刻的选取没有特别要求；主要缺点是它要求所选择的样本容量要足够大，否则将不能保证中值预报公式的有效性和精度.因此，该模型可适用于使用过程中检测频繁的结构.2)可靠性评估：可利用可靠度指标或失效概率Pf来统一描述结构的安全水平，使评估结果更确切与稳定.但在结构体系可靠性研究方面还需进一步的深入，特别是大型、特大型桥梁结构体系可靠性的研究还很少.关于容许的最小目标可靠指标β的取值问题.用到的桥梁结构失效指标0.85β0，这个取值还有待进一步研究.3)人工神经网络法：网络模型的显著特点是容错性好，特别适合于处理某些残缺不全与模糊不清的信息，也适用于对桥梁剩余寿命的预测，但目前仅应用于桥梁的局部构件.该方法还处于初步探索阶段，有待进一步研究与完善.4)灰色模型：很容易接受新的信息并调整模型去适应新的情况，具有较强的自适应能力，同时该模型不直接采用原始序列而采用一次累加生成后的序列去推测系统的发展变化规律，在一定程度上消除了原始序列的随机性，使模型在信息量较少，数据质量不高的情况下也有较高的预测精度.其主要缺点是离散化的模型要求参加分析的序列为一段时间序列，因此，该模型可适应于定期检测的桥梁.5)马尔可夫模型:其研究对象是一个随机变化的动态系统，它是根据状态之间的转移概率来预测系统发展的趋势，转移概率反映了各种随机因素的影响程度，反映了各状态之间转移的内在规律性，因此马尔可夫法适合预测随机波动性较大数据列的预测问题，如桥梁结构条件突然恶化或者加固维修造成的状态突变.6)灰色马尔可夫模型：吸收了灰色模型和马尔科夫模型的优点，需用的数据相对来说较少，而且很好体现桥梁状态发展的总体趋势和波动性，精度较高.3 结语在役桥梁达到剩余使用寿命的终点也并不意味着桥梁结构的完全失效,而是不宜再继续承载,需要对主要承重构件进行加固.对于桥梁结构寿命预测的主要目的是为了进行工程规划实施上的决策, 至于更精确的关于桥梁结构的破坏时间并没有太大的实际意义.从这种意义上讲,决策者可根据自己的知识水平、所掌握的信息种类和数量等主客观条件来选用不同的模型进行预测分析和决策制定.同时上面几个模型中对有些参数的取值和对一些问题的处理所存在的不妥之处, 将随着实践经验的积累不断地得到改进和完善, 使所建模型能更好地适合桥梁结构的实际情况.参考文献：[1]G Somerville.The Design Life of Structures [M].Glasgow and London: Blackie and Son Ltd, 1992[2]屈文俊，车惠民.混凝土桥梁的优化等耐久性设计[J].土木工程学报,1998,31(4):23-30[3]赵尚传，赵国藩，贡金鑫.在役混凝土结构最优剩余使用寿命预测[J].大连理工大学报,2002,42(1):83-88[4]林兵,郑丹,周建庭, 等.西南地区桥梁寿命预测分析[J].重庆交通大学学报：自然科学版,2008, 27(3):374-378[5]牛荻涛.混凝土结构耐久性与寿命预测[M].北京：科学出版社,2003[6]赵尚传.钢筋混凝土结构基于可靠度的耐久性评估与实验研究[D].大连理工大学,2001[7]赵国藩.工程结构可靠性理论与应用[M].大连：大连理工大学出版社,1996[8]邓聚龙.灰色系统理论教程[M].2版.武汉：华中理工大学出版社, 1990[9]张晓华,邱延峻.基于逆阵的路面综合性能马尔可夫预测[J].东北公路,2003,26(3):7-10[10]吕颖钊,贺栓海,在役桥梁承载力模糊可靠性的马尔科夫预测[J].长安大学学报(自然科学版), 2005, 25(4):39-43。

基于系统可靠度的梁式桥可靠性评估与寿命预测

基于系统可靠度的梁式桥可靠性评估与寿命预测［摘要］本论文总结了结构可靠度的基本理论以及当前研究成果中较为成熟的结构耐久性影响因素的时变评估模型，并以现行规范为基础，根据误差传递公式推导了钢筋混凝土构件控制截面的承载能力可靠性评估模型。

在构件可靠度理论的基础上，引入了基于系统可靠度理论对桥梁结构进行分析的思想，以工程实际应用为目标，进行简化计算，将工程实际中常见的钢筋混凝土梁式桥上部视为系统，给出了系统可靠性评估的流程、系统目标可靠指标的建议值以及较为实用的系统可靠度计算方法。

［关键词］钢筋混凝土梁式桥耐久性系统可靠度剩余使用寿命系统可靠度理论是一门新兴的边缘学科，将其应用于桥梁结构评估中，可以科学准确地评价桥梁结构系统的可靠性，从而正确指导桥梁结构的设计，同时也可以为不同类型桥梁的评估提供统一的标准。

本文采用增量荷载的全局临界强度分枝-约界准则搜寻体系的主要失效模式。

分析计算流程见图1.1所示。

1 计算体系可靠指标1.1 系统中随机变量的相关性实际的结构系统的能力之间、荷载之间是互相联系的，同时由于各失效模式都包含着部分相同的随机变量，因此多个构件可靠度与体系可靠度的本质区别在于必须考虑各组成构件之间的相关性。

桥梁本身是一种较复杂的结构系统，针对钢筋混凝土梁式桥，进行整体分析时，相关性影响不可忽视，梁式桥结构各构件随机变量的相关性主要分为：构造相关性、荷载与加载工况相关性和破坏模式相关性等几类。

梁式桥结构是由若干构件（包括：主梁、传力系统、墩台、基础等）组成，共同承受外荷载的结构系统。

因此不同的构造方式都会使不同构件之间产生影响作用，它们之间的相关性不可忽视。

桥梁在设计基准期内，结构可能同时受一种或多种荷载的作用，同时结构必然会承受设计预期要求的恒载、汽车荷载、人群荷载、温度变化以及混凝土收缩徐变等荷载影响，以上诸多荷载作用及其影响因素之间也或多或少的相关性。

对于梁式桥，同一种荷载的中载和偏载工况，受力主梁截面抗力包含相同的影响因素，因此包含相同影响因素的不同加载工况之间的相关项必须考虑。

桥梁的时变可靠度及剩余寿命预测

桥梁的时变可靠度及剩余寿命预测摘要：本文基于桥梁时变可靠度理论及抗力退化主要影响因素分析等方面研究成果，提出了连续刚构桥使用寿命预测流程，并根据国内外相关抗力衰减模型规律，对某实桥进行了寿命预测，为桥梁工程的寿命预测提供方法借鉴。

关键词：桥梁工程；时变可靠度；寿命预测；可靠指标0引言桥梁结构在服役期间，其抗力是随时间不断衰减的。

而且，车辆荷载和人群荷载等活荷载是依赖于时间参数的随机变量。

因此，桥梁结构的可靠性也随服役时间而变化。

影响结构可靠性的很多因素都是与时间有关的，荷载效应就是一个随机变量，通常用随机过程来描述，因而引入了设计基准期的概念，设计基准期就是将随机过程转化为随机变量所取的一个时间域[1]。

1桥梁时变可靠度1.1桥梁抗力退化主要影响因素桥梁由混凝土和钢筋（包括预应力钢筋）两种材料组成，因此材料性能应考虑混凝土和钢筋两个方面。

随着时间的推移，这些影响因素的性能都会按不同规律变化，导致结构抗力产生相应的变化[2]。

1.2抗力衰减模型一般来说，抗力随时间的变化是非平稳随机过程，要确定抗力的衰减规律是一个非常复杂的问题，为了计算上的简化和实用化，可将非平稳随机过程平稳化，即将抗力表示为：（1）式中：——初始时刻的抗力随机变量；——抗力退化和修理导致抗力恢复的随机过程。

（1）国外抗力衰减模型文献[3]和文献[4]建议了由于钢筋锈蚀导致的混凝土梁抗弯承载力衰减函数：（2）表1抗力衰减模型抗力时变规律如图1所示。

图1抗力变化规律曲线（2）国内抗力衰减模型国内学者根据实际检测数据，对钢筋锈蚀和混凝土强度时变模型进行了修正后，给出了如图2所示的抗力时变规律。

图2抗力变化规律曲线1.3荷载概率模型对于既有桥梁，一般都有10年以上的服役史，因此后续服役期的长度小于100年，后续服役基准期内汽车荷载效应最大值分布依然服从极值I型分布，其基本统计参数要根据后续服役期的长度重新计算，参考文献[5]荷载随机变量的统计参数见表2。

梁桥的健康监测及其剩余寿命预测分析

梁桥的健康监测及其剩余寿命预测分析
徐凤月
（安徽理工大学，安徽淮南
摘要：随着经济水平的不断提高，对交通运输能力
２３２００１）
的要求也不断提高，而不少现役桥梁已老化或功能退化，再加之不可预测的自然破坏和超载现象，对桥梁结构的安全性造成了极大威胁。为减少现役桥梁结构破坏带来的危
・
１５２・
２０１３年１０月
ＳｉｃｈｕａｎＢｕｉＩｄｉｎｅＭａｔｅｒｉａｌｓ
Ｉ・Ｊ适材
２０１３年第５期
第３９卷总第１７５期
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２— ４０１１．２０１３．０５．０７１
安全一
管
理系
结构安全评价 —一正常养护
所用主要传感器及其布置位置如表１所示。
溺河特大桥在２００２年６月被洪水冲垮，使得铁路停运数日，造成严重经济损失… 。因此，对现役重大桥梁结构进
行实时的监测和分析，及时发现结构损伤或性能退化，评估其安全性，预测桥梁结构的剩余使用寿命并提出桥梁维护加固措施，现已是重中之重的举措。
系统四个子系统。
文章编号：１６７２— ４０１１（２０１３）０５— ０１５２— ０３
传感器子系统由各种不同类型的传感器构成，将被测

既有混凝土桥梁疲劳寿命与使用安全评估

既有混凝土桥梁疲劳寿命与使用安全评估摘要：随着近年来公路建设事业技术的提高，车辆密度与车辆载重的问题越来越严重。

作为公路的重要组成部分，桥梁也必须在新技术的支持下适应当下问题。

而既有混凝土桥梁多少会由于修建或运营产生不同程度的结构损伤。

所以对混凝土桥梁的治理和预防等各项评估可以延长其使用寿命和行车安全，从而对混凝土桥梁结构的质量缺陷做到深刻了解，为现役损伤桥梁提供合理的解决方案。

关键词：混凝土桥梁；损伤；原因混凝土桥梁在建造和使用过程中，势必会因为修建、运营、以及自然灾害的原因产生各种各样的病害。

一方面也会随着服役时间的延长和自身材料的性能退化影响着结构的正常使用。

若不能对其作出有效的安全评估，轻则造成交通受阻，重则危及民众的生命安全。

因此对钢筋混凝土桥梁进行病害的分析和治理是十分必要的。

一、规划不当桥梁工程建设一般是从规划开始，应首先进行可行性研究，即就桥梁对区域社会经济发展、环境和社会人文影响、当地自然条件等因素详加调查和评估。

而目前修建桥梁时，常出现如下问题：1.许多桥梁缺乏长期规划。

不但没有在规划前进行可行性调查研究，而且缺乏长远考虑，仓促决定，以至在桥梁施工、使用阶段问题频繁出现，引发出一系列的结构问题，导致桥梁未达到使用年限就出现严重病害。

2.地质、水文资料的调查收集不够全面。

地质、水文资料的调查收集对桥位的选择十分重要，若先期地质钻探报告不实，或是试验结果错误，将会导致桥梁使用期间的基础沉陷或基础水平移动。

特别是漏报了地质不良现象，如：断层、溶洞等，后果尤为严重，可能导致不可估量的损失。

3.规划的设计交通量不足。

主要原因在于初期规划中交通量调查不够充分，对交通量的增长估计不足，致使后期交通量不能满足需求，造成桥梁的疲劳损坏。

二、设计不良1.设计方法考虑不周。

以往桥梁设计都是把承载能力极限状态作为设计的控制条件，对桥梁的正常使用问题考虑甚少，因此导致了桥梁结构设计与构造只重强度不重使用的不良倾向，桥梁的适用性、耐久性不能得到保证。

水泥混凝土耐久性评估与寿命预测研究

水泥混凝土耐久性评估与寿命预测研究随着生活水平的提高以及城市化进程的加速，建筑行业在我国得到了快速发展。

而作为建筑行业中的重要材料之一，水泥混凝土在建筑物的结构中扮演着非常重要的角色。

然而，由于环境气候、自然灾害等因素的影响，长期使用后水泥混凝土可能会出现各种损伤和老化现象，从而严重影响建筑的稳定性和安全性，因此，如何评估水泥混凝土的耐久性并进行寿命预测研究成为了一项非常重要的工作。

一、水泥混凝土的耐久性评估水泥混凝土的耐久性主要指其在各种环境条件下的抗损伤能力。

主要的损伤包括化学侵蚀、碳化、冻融损伤、微裂缝等。

因此，评估水泥混凝土的耐久性需要考虑各种损伤机理和环境因素。

目前，常用的水泥混凝土耐久性评估方法主要包括实验室试验、现场测量和结构状态监测等。

实验室试验：通过在实验室中模拟各种水泥混凝土所遭遇到的环境条件和损伤机理，进行试验并分析试验结果，从而评估水泥混凝土的耐久性和抗损伤能力。

例如，可以进行酸碱度试验、盐雾试验、高温试验等。

现场测量：通过在实际工程中测量水泥混凝土表层的厚度、硬度、渗透性等指标，进而评估水泥混凝土的抗损伤能力。

例如，可以用电阻率仪进行电阻率测量，以分析水泥混凝土的含水量和电学特性。

结构状态监测：通过对建筑结构进行监测，分析建筑结构的变形、应力、振动等参数，从而评估水泥混凝土的疲劳寿命和耐久性。

例如，可以使用应变计、加速度计等监测设备进行长期监测。

二、水泥混凝土的寿命预测研究水泥混凝土的寿命预测研究是指通过对水泥混凝土的耐久性评估，结合现有的建筑设计和施工技术，预测出其未来的使用寿命。

目前，常用的水泥混凝土寿命预测方法主要包括经验法、物理学模型法和数学模型法等。

经验法：依据已有的建筑工程经验和实际使用情况，对水泥混凝土的使用寿命进行预测。

例如，对于建筑的屋顶或墙体，根据常规工程设计和使用条件，可以预测出其寿命一般在20~30年左右。

物理学模型法：建立基于物理学原理的模型，通过数学模拟和仿真分析的方式，预测水泥混凝土的寿命。

钢筋混凝土桥梁构件的时变可靠度分析

ISSN 1000-0054CN 11-2223/N 清华大学学报(自然科学版)J T singh ua Un iv (Sci &Tech ),2001年第41卷第12期2001,V o l.41,N o.1221/3265-67,85钢筋混凝土桥梁构件的时变可靠度分析张宇贻,　秦　权(清华大学土木工程系,北京100084)收稿日期:2000-07-18基金项目:国家“攀登计划B ”项目“重大土木与水利工程完全性与耐久性的基础研究”作者简介:张宇贻(1973-),男(汉),湖南,博士研究生(现在美国洛杉机加州大学)。

摘　要:桥梁蜕化降低了桥梁的抗力,增加其不定性,降低了桥梁的可靠度。

该文根据混凝土中氯离子扩散及其引起的钢筋锈蚀的机理,建立了钢筋混凝土构件的蜕化模型,并运用M onte Car lo 方法计算了锈蚀钢筋混凝土构件在和平稳二项活荷载过程和随机恒荷载联合作用下的时变失效概率。

结果表明:活荷载变异系数影响最大,活荷载变化次数其次,活荷载的出现概率也有一定影响。

恒荷载变异系数和抗力初始值的变异系数的影响很小。

关键词:结构蜕化;时变可靠度;钢筋锈蚀中图分类号:T U 448.25文章编号:1000-0054(2001)12-0065-03文献标识码:ATime -dependent reliability analysis ofdeteriorating RC bridge girdersZHANG Yuyi ,QIN Quan(Department of Civil Engineering ,Tsinghua University ,Beij ing 100084,China )Abstract :A deterioratin g-res istance model of corroded RC bridge girders w as developed to evaluate the time-dependant failure probabilities of the girder s.Th e model is based on the mech anis ms of chloride diffus ion in concr ete and steel corrosion.Th e m odel comb ines the effects of life load ing w ith a stationary binom ial process and a r andom dead load using the M onte Carlo method.T he failure probability an d its sen sitivities to six factors w ere calculated.T he results s how that the th ree factors relating to traffic load,i.e.the coefficient of deviation ,the r atio of the d esig n w orking life to the inter val length of its Pois son square w ave and th e ex isten ce probability in each in terval,most s ignificantly influ ence the failure probability.Key words :structure deterioration;time-dependen treliability;rein forcement corrosion在桥梁蜕化的一般的可靠度分析中,结构抗力R 和作用效应S 被认为是与时间无关的随机变量,因而结构在单位时间内的失效概率在设计工作寿命内是不变的。

钢筋混凝土结构的耐久性和服役寿命预测_LupingTANG1_Pete_省略_i

第43卷第10期2015年10月硅酸盐学报Vol. 43，No. 10October，2015 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY DOI：10.14062/j.issn.0454-5648.2015.10.11 钢筋混凝土结构的耐久性和服役寿命预测Luping TANG1，Peter UTGENANNT2，Dimitrios BOUBITSAS2(1. Chalmers University of Technology, SE-412 96 Gothenburg, Sweden;2. CBI Swedish Cement and Concrete Research Institute, SE-100 44 Stockholm, Sweden)摘要：介绍了钢筋混凝土结构在氯离子渗透、碳化和冻融侵蚀作用下的耐久性和服役寿命预测模型。

过去几年有关组织或国际学术委员会提出了大量的混凝土结构耐久性设计模型。

为了在混凝土结构耐久性设计过程中，能够安全地使用此类模型，需要通过分析和比较长期暴露在不同气候条件下的混凝土劣化现场数据，对预测模型的可用性进行验证。

在本研究中，对混凝土抗氯离子渗透、碳化和冻融侵蚀的各种模型进行了简要阐述。

通过暴露时间超过20a的露天场数据，以及约使用了30a 的公路桥的现场数据，对包括简单 ERFC模型、DuraCrete模型和ClinConc模型在内的3种氯离子渗透模型进行了评估。

同时，使用暴露时间11a的露天场所的现场数据和7~13a的现有建筑的有限数据对一种预测混凝土碳化深度的物理化学模型进行了评价。

针对冻融侵蚀的模型，讨论了临界饱和度测量和实际的饱和度测量中的一些问题。

根据对结果的比较，可以发现在大多数情况下，简单ERFC模型在大多数情况下对氯离子渗透的预测值高于实际值，而DuraCrete模型的预测值偏低。

另外，ClinConc模型对短期(1 a)和长期(21 a)暴露条件下的预测更合理，预测效果更好。

现代桥梁结构5-既有预应力混凝土桥梁剩余疲劳寿命评估

既有预应力混凝土桥梁剩余疲劳寿命评估

疲劳损伤可分成机械疲劳、热疲劳和腐蚀疲劳。铁路预应力混凝土桥梁的疲劳为机械疲劳或腐蚀疲劳。自桥梁建成以来，在列车活载的往复作用下，钢桁梁的构件或混凝土的材料承受重复应力作用，根据构件的受力特点，它们可能发生轴向拉压疲劳、弯曲疲劳、扭转疲劳、接触疲劳、振动疲劳等。预应力混凝土梁的疲劳可归结为混凝土和钢筋(或钢丝、钢绞线)的拉压疲劳。另外，桥梁长期经受大自然风雨的侵蚀，混凝土会出现碳化，钢材会发生锈蚀，一些运输物质散落到桥梁上引起腐蚀疲劳，如京广线唐庄大桥的盐蚀。实际上，混凝土桥梁是在列车引起的机械疲劳和环境因素联合作用下产生损伤。这种联合作用下的疲劳损伤远比单一因素引起的破坏作用大。如因盐蚀引起病害，加上列车运用繁忙，不得不在运用不到 30 年后，更换掉唐庄大桥按标准设计“叁标桥1023”建造的混凝土梁。

和u1一样，u2也渐近服从标准正态分布，可以进行u检验。一般给定显著性水平 a=0.05 ，根据正态分布表可以确定临界值为 1.96 ，若 |u|>1.96 时，说明 γ1 、 γ2 、 …γn ，与（0,1）均匀分布的随机变量R的n个独立取值存在显著差异。
既有预应力混凝土桥梁剩余疲劳寿命评估
既有预应力混凝土桥梁剩余疲劳寿命评估

ห้องสมุดไป่ตู้

第六，雨点从点6沿6－7－8’ － 9 ，形成半循环 6 － 7 － 8’ －9，其值为-30；第七，雨点从点7沿7－8至D 而止，因为点9小于点7，取半循环7－8，其值为+4；第八，雨点自点 8 沿 8 － 9 流动，遇点8’而止，取半径环8 －8’，其值为-4。
既有预应力混凝土桥梁剩余疲劳寿命评估

基于时变可靠度理论的桥梁评估和剩余寿命预测

第30卷第5期2008年5月武汉理工大学学报JOURNAL OF WUHAN UNI VERSITY OF TECHNOLOGY Vol.30 No.5 May.2008基于时变可靠度理论的桥梁评估和剩余寿命预测彭文韬1,邓志勇2,佘乐卿3,周祥瑞4(1.武汉理工大学土木工程与建筑学院,武汉430070;2.中交第二航务工程勘察设计院有限公司,武汉430071;3.广东省航道勘测设计研究院有限公司,广州510115)摘要: 运用结构时变可靠度理论,研究现役桥梁结构可靠度随时间的变化规律,根据桥梁结构时变可靠度,对现役桥梁结构的现状进行评估;根据桥梁结构可靠度的时变规律,对现役桥梁结构的剩余寿命进行预测。

结论表明,运用时变可靠度理论研究现役桥梁的时变可靠度,具有很大的理论和现实价值。

关键词: 桥梁结构; 时变可靠度; 剩余寿命中图分类号: TU 311.2;U 441文献标识码: A 文章编号:167124431(2008)0520095203Existing Bridges Evaluation and Service Life Prediction Based onTime 2dependent Reliability TheoryPENG Wen 2tao 1,DEN G Zhi 2yong 2,SH E Le 2qing 3,Z H O U Xiang 2rui 1(1.College of Civil Engineering and Architecture,Wuhan University of Technology,Wuhan 430070,China;2.CTESI,Wuhan 430071;3.Guangdong Waterway Survey and Design I nst itute Co.Ltd,Guangzhou 510115,China)Abstract: In this paper,a met hod of existing br idges evaluation and ser vice life prediction based on time 2dependent reliabili 2ty theor y is presented.Author studies the variety regular of existing bridges reliability and evaluates it based on time 2dependent reliability theor y.Author also pr edicts the ser vice Life based on the variety regular of exi sting bridges reliability.The r esult demonstrates that it is a pract ical method.Key wor ds: bridge structure; time 2var ying reliability; remaining life收稿日期:2007212229.基金项目:湖北省交通厅交通科技项目(鄂交科教[2004]343号).作者简介:彭文韬(19642),男,博士生.E 2mail:pwtao2006@桥梁结构可靠度分析通常没有考虑抗力效应的时效性。

在役混凝土桥梁可靠性评估与寿命预测研究

在役混凝土桥梁可靠性评估与寿命预测研究摘要：目前在役的混泥土桥梁是交通体系中一个非常重要的部分，对在役混泥土桥梁进行可靠性评估与寿命预测的研究是非常有必要的，与整个交通系统的安全与稳定有直接的关系。

对在役混泥土桥梁的可靠性评估方法进行研究，并介绍相关的寿命预测的研究方法，为在役混泥土桥梁的工作状态与寿命预测的研究提供技术方法参考，介绍了目前存在的在役混泥土桥梁寿命预测的发展现状，并总结主要的方法类型，并针对其特点与适用性进行分析。

关键词:在役混泥土桥梁；可靠性评估；寿命预测研究桥梁是城市道路与公路交通的重要组成部分，但是由于存在荷载的变化、混泥土的碳化、钢筋的锈蚀、意外碰撞、设计标准的演变、结构的老化与病害、车辆的超负荷运输等因素的影响，桥梁的可靠性和使用寿命会随着时间的变化逐渐退化。

对于桥梁的修复和养护来说，对桥梁的可靠性和使用寿命进行有效的评估显得十分重要。

对桥梁的可靠性的评估方法有：应用模态分析法、应用系统识别法等方法。

目前，很多学者提出了相关的在役混泥土桥梁寿命的预测理论，但是对这些理论的研究大多缺少系统化的研究，停留在理论设想阶段，也很少应用于实际的工程建设当中，桥梁寿命的设计指标还有待规范化。

基于以上的原因，本文将对在役混泥土桥梁的可靠性评估及寿命预测方法的几种模型进行分析研究。

在役混泥土桥梁评估结构可靠性的现场测试结构可靠性评估的流程在役混泥土桥梁的可靠性评估的现场测试的主要方法有破坏性方法及非破坏性方法，破坏性方法是指用材料试验或极限荷载试验来验证评估结果，非破坏性方法的目的是为了测量横系梁与主梁的惯性矩及混泥土的杨氏模量。

现场非破坏性试验动载试验与静载试验两种，通过这两种试验可以检测出混泥土桥梁的一些力学性能，如桥梁的变形、加速度等。

对于每根梁的抗弯刚度的力学性能的确定可以依据系统是别法来进行分析。

对梁因荷载变化而引起的内力的变化可以根据每根梁的系统参数通过设计荷载结构分析法进行确定。