服役钢筋混凝土桥梁时变可靠性评估与剩余寿命预测
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重大维修:指为保持桥梁结构安全所必需的维修工作, 倘不进行这种维修,桥梁就会处于不安全状态。
在给定失效标准的情况下,桥梁维修工程师可以对预 防性维修水平进行优 化。成本最低的预防性维修水平
能够在预防性维修成本与纠正性维修重大维修成本之 间找到最佳平衡点。纠正性维修成本可能包括交通堵 塞、绕行、载重量 限制和桥梁停用等所造成的损失。
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第十章服役钢筋混凝土桥梁维修 加固决策理论和方法
• 10.1劣化桥梁维修加固策略优化分析流程 • 10.2钢筋混凝土桥梁性能描述 • 10.3维护模型 • 10.4维护技术和桥梁性能的关系 • 10.5维护成本 • 10.6算例分析
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10.4 维护技术和桥梁性能的关系
10.4.1 维护技术
维修通常氛分为两大类:预防维修和重大维修。
预防维修:指能够防止由于桥梁的安全状况向更坏方向 发展 而致使后续维修成本增加的维修工作,若不进行这 种维修,那么在后续阶 段欲保持桥梁安全就将支出更多。 预防维修还可以细分为积极预防维修与消极预防维修, 前者是指在明显劣化迹象出现之前实施的预防维修,后 者是指在明显 劣化出现之后实施的预防维修。
10.1劣化桥梁维修加固策略优化分析流程
一、劣化桥梁维修加固策略优化的具体过程
桥梁性能描述
桥梁维修加固技术
维护成本模型
桥梁性能-维修加固技术-维修成本 综合模型
结论:以寿命过程中维
修成本最小化为优化目 标,以可靠指标低于目 标可靠指标和状态指标 不低于目标状态为约束 条件,建立裂化桥梁维 修加固策略优化模型。
������������ − ������������ ������ − ������������Ⅰ ������, ������ > ������������Ⅰ
������������为结构初始状态指标; ������������Ⅰ为结构开始劣化时间; ������������为状态指标劣化率。
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10.百度文库维护模型
状态指标与维护策略的关系
对于前面所述的可靠指标的
预防性维护,其参数相对于 状态指标多加了一下标C,
表示其对桥梁状态进行预防 性维护。例如,������������������������与������������������ 相对应,表示其对状态指标 维护的影响时间。
的差异,在一定程度上保证了优化决策的一致性和一贯性。 同时,由于更 全面地考虑了结构性能,所以增强了维护决
策的可靠性。通过建立桥梁性能预测模型,然后结合运用 性能预测模型和最低可接受水平,就可以确定出整个寿命 周期内的需求维护项目。
维护方法:灌浆法和粘贴钢板加固法。
灌浆法:能恢复结构的整体性和使用功能。可以降低 氯离子的侵蚀和混凝土的碳化,能有效降低可靠指标 的劣化率。但没有纠正或更换现有的有缺陷的构件, 导致结构的劣化率没有得到有效控制,不能延缓劣化。
10.3维护模型
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10.3维护模型
性能控制维护策略
在没有任何维护时,结构按 (10-2)劣化,当状态指标 ������ < ������������������������������������������ 时,应对结构维 护处理。
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10.2钢筋混凝土桥梁性能描述 二、在用钢筋混凝土桥梁性能定义
可靠指标(承载力、稳定性、结构刚度等) 状态指标(不舒适的振动、变形、裂缝宽度、外观等)
可靠指标
耐久性是可靠性随时间的变化,可靠性的定量描述是可靠度。 因此,耐久性终结标准的定量指标就是允许的结构可靠度下限 或允许的结构失效概率的上限。
粘贴钢板加固法:提高构件抗弯、抗剪能力,减少裂 缝扩展。贴钢板维护技术是基于性能的维护活动,是 当可靠指标降低至某一预定义的目标可靠指标限值时 进行的维护活动,该技术对可靠指标和状态指标都有 较大影响,提高了结构的可靠指标和状态指标。
10.4.2 基于可靠指标维护时间的确定
通过Monte Carlo数值模拟得到了桥梁劣化的可靠指 标参数,从而能够从其劣化模型中得出可靠指标的时间 变化规律。在桥梁服役时,如果桥梁可靠指标降低到一 种预定义的极限状态,就应该采取维护措施。
10.3维护模型
在没有维护活动发生时,结构按(10-1)劣化,当可靠指标 ������ < ������������������������������������������ 时,应对结构翻新处理。劣化结构的可靠指标评估方 程为:
������������为每次进行桥面翻新的时 间;∆������������为进行一次完全维 护时结构时变可靠度的提高 量,均为随机变量。n为分 析周期内桥面翻新的次数。
������������为结构初始可靠指标; ������Ⅰ为结构开始劣化时间; ������������为可靠指标劣化率。
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10.2钢筋混凝土桥梁性能描述
状态指标
∁ ������ =
������������,
������ ≤ ������ ≤ ������������Ⅰ
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10.3维护模型
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10.3维护模型
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10.3维护模型
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服役钢筋混凝土桥梁时变可靠性 评估与剩余寿命预测
2019.4
1.Lanzhou University of Technology, School of Civil Engineering 2.Lanzhou University of Technology, Institute of Earthquake Protection and Disaster Mitigation
10.3维护模型
������Ⅰ为结构开始劣化时间,服从对 数正态分布; ������������Ⅰ第一次维护时间,服从三角 分布; ������������ 维护的间隔时间,服从三角分 布; ������������������维护效应的持续时间,服从 对数正态分布; ������维护后可靠指标的影响增量; ������ 维护在时间������������������内的劣化率, 服从均匀分布。
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10.3维护模型
预防性维护策略
形成维护模型的条件: a) 连续维护的持续时间间隔是相同的。 b) 维护效应的时间是相同的。 c) 每次维护后影响指标增量是一样的。 d) 每次维护后,其指标的值不会超过刚建初始值。
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维修加固优化模型
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10.2钢筋混凝土桥梁性能描述
一、概述
在我国现行规范上,如果考虑耐久性,目前的设计标准硬座相 应的提高。因为若按我国现有标准设计的结构,在达到设计基 准期时,其可靠性已低于规范的要求,亦结构的使用寿命可能 达不到设计要求。结构设计水准越高,结构越安全,使用寿命 越长,但投入的资金也越大,并且人们所建造的结构并不要求 它永远不坏,这样极不合理,也不可能。因此设计要求从安全 和经济两个方面综合考虑,需要确定一个指标,该指标一方面 反映结构在寿命过程中必须满足的基本工程性能要求;同时又 要符合人们对风险的承受能力,满足经济投资等制约。
构的性能。最初,需求项目的确定主要是在桥梁工程师现 场检测后, 依靠工程师的工程经验来确定是否需要进行维 护处治以及采取什么维护措施。 后来,为增加决策的客观 性,保证决策结果的合理性,在初步确定需要维护后进行
相应的检测,根据检测的结果,依据一定的规范和标准, 通过综合分析选择最佳的 维护措施。这样,在进行维护决 策时,就不会因时间和工程师的经验等不同,而产 生太大
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10.3维护模型
一、概述
时间控制和性能控制维护策略
当时间在寿命周期内达到某一特定时间������∗,结构的可靠度达到 目标可靠度时,就需要对结构采取相应的维护措施,此时失 效概率可以通过Monte Carlo模拟计算或者也可以通过近似的 估计得出,即当时刻������∗时,一旦������(������∗) < ������������������������������������������ ,这时就需要 对结构采取加固工作,来保证结构的安全,或当其中的外观 状态指标达到一定极限即������(������∗) < ������������������������������������������ ,也需要立刻做出维 护策略。
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10.3维护模型
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10.3维护模型
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10.3维护模型
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10.3维护模型
用������′Ⅰ代替������Ⅰ,由于当������Ⅰ > ������������Ⅰ 时,即在没有开始劣化时,已经 进行了维护,从而延长了结构的初始劣化时间,延长时间大小为
������ ������������������ ������,m为开始劣化前应用的维护次数, ������称为延长因子,因 此������′Ⅰ= ������Ⅰ+ ������ ������������������ ������
10.2钢筋混凝土桥梁性能描述
可靠度指标与状态指标的关系
可靠指标的劣化一般以桥梁的性能为基础,主要对应承载能 力极限状态,二状态的劣化则更趋于外观,主要对应于正常 使用极限状态。当没有维护作用的时候,两个指标相对独立; 当考虑结构维护时,二者是时变的性能指标。关系如下: A:可靠指标与状态指标可能相互影响,但有时也可能有很少 或基本没有联系,在外观没有异常的情况下,桥梁可能突然 失效;在考虑结构腐蚀作用时,腐蚀先影响结构的状态指标, 再影响结构的可靠指标。 B: 考虑对结构进行维护时,有的维护活动先对状态指标起作 用,改善了结构的外观,延迟了结构的劣化,即对可靠度指 标起作用。有的对两种指标均起作用。
预防性维修取决于两个决策变量:一是检测率和精度; 二是预防性维修水平。两者互相影响,高检测率允许 低预防性维修水平(最低到接近失效水平,低测率应 该有比失效水平更高的预防性维修水平。下面探讨的 定期更新模型 能够确定最优的预防性维修水平(近似 的成本最优)。
建立结构全寿命劣化曲线,就可以有的放矢地对结构进行 维护安排。进行维护决策的第一步就是确定哪些项目有维 护需求。一般来说,判断结构是否需要维护主 要取决于结
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10.2钢筋混凝土桥梁性能描述
������ ������ =
������������,
������ ≤ ������ ≤ ������Ⅰ
������������ − ������������ ������ − ������Ⅰ ������, ������ > ������Ⅰ
如果给定一个目标可靠度βtarget,给定一个服役时间 变量t*,由于桥梁的可靠度劣化模型是一个随机过程, 因此需要用概率的方法来确定其维护的概率。
首先来确定当服役时间到达t*时,其可靠度小于βtarget 的概率,即在时间t*桥梁需要维护的概率,其概率分布 函数可表示为
在给定失效标准的情况下,桥梁维修工程师可以对预 防性维修水平进行优 化。成本最低的预防性维修水平
能够在预防性维修成本与纠正性维修重大维修成本之 间找到最佳平衡点。纠正性维修成本可能包括交通堵 塞、绕行、载重量 限制和桥梁停用等所造成的损失。
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第十章服役钢筋混凝土桥梁维修 加固决策理论和方法
• 10.1劣化桥梁维修加固策略优化分析流程 • 10.2钢筋混凝土桥梁性能描述 • 10.3维护模型 • 10.4维护技术和桥梁性能的关系 • 10.5维护成本 • 10.6算例分析
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10.4 维护技术和桥梁性能的关系
10.4.1 维护技术
维修通常氛分为两大类:预防维修和重大维修。
预防维修:指能够防止由于桥梁的安全状况向更坏方向 发展 而致使后续维修成本增加的维修工作,若不进行这 种维修,那么在后续阶 段欲保持桥梁安全就将支出更多。 预防维修还可以细分为积极预防维修与消极预防维修, 前者是指在明显劣化迹象出现之前实施的预防维修,后 者是指在明显 劣化出现之后实施的预防维修。
10.1劣化桥梁维修加固策略优化分析流程
一、劣化桥梁维修加固策略优化的具体过程
桥梁性能描述
桥梁维修加固技术
维护成本模型
桥梁性能-维修加固技术-维修成本 综合模型
结论:以寿命过程中维
修成本最小化为优化目 标,以可靠指标低于目 标可靠指标和状态指标 不低于目标状态为约束 条件,建立裂化桥梁维 修加固策略优化模型。
������������ − ������������ ������ − ������������Ⅰ ������, ������ > ������������Ⅰ
������������为结构初始状态指标; ������������Ⅰ为结构开始劣化时间; ������������为状态指标劣化率。
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10.百度文库维护模型
状态指标与维护策略的关系
对于前面所述的可靠指标的
预防性维护,其参数相对于 状态指标多加了一下标C,
表示其对桥梁状态进行预防 性维护。例如,������������������������与������������������ 相对应,表示其对状态指标 维护的影响时间。
的差异,在一定程度上保证了优化决策的一致性和一贯性。 同时,由于更 全面地考虑了结构性能,所以增强了维护决
策的可靠性。通过建立桥梁性能预测模型,然后结合运用 性能预测模型和最低可接受水平,就可以确定出整个寿命 周期内的需求维护项目。
维护方法:灌浆法和粘贴钢板加固法。
灌浆法:能恢复结构的整体性和使用功能。可以降低 氯离子的侵蚀和混凝土的碳化,能有效降低可靠指标 的劣化率。但没有纠正或更换现有的有缺陷的构件, 导致结构的劣化率没有得到有效控制,不能延缓劣化。
10.3维护模型
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10.3维护模型
性能控制维护策略
在没有任何维护时,结构按 (10-2)劣化,当状态指标 ������ < ������������������������������������������ 时,应对结构维 护处理。
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10.2钢筋混凝土桥梁性能描述 二、在用钢筋混凝土桥梁性能定义
可靠指标(承载力、稳定性、结构刚度等) 状态指标(不舒适的振动、变形、裂缝宽度、外观等)
可靠指标
耐久性是可靠性随时间的变化,可靠性的定量描述是可靠度。 因此,耐久性终结标准的定量指标就是允许的结构可靠度下限 或允许的结构失效概率的上限。
粘贴钢板加固法:提高构件抗弯、抗剪能力,减少裂 缝扩展。贴钢板维护技术是基于性能的维护活动,是 当可靠指标降低至某一预定义的目标可靠指标限值时 进行的维护活动,该技术对可靠指标和状态指标都有 较大影响,提高了结构的可靠指标和状态指标。
10.4.2 基于可靠指标维护时间的确定
通过Monte Carlo数值模拟得到了桥梁劣化的可靠指 标参数,从而能够从其劣化模型中得出可靠指标的时间 变化规律。在桥梁服役时,如果桥梁可靠指标降低到一 种预定义的极限状态,就应该采取维护措施。
10.3维护模型
在没有维护活动发生时,结构按(10-1)劣化,当可靠指标 ������ < ������������������������������������������ 时,应对结构翻新处理。劣化结构的可靠指标评估方 程为:
������������为每次进行桥面翻新的时 间;∆������������为进行一次完全维 护时结构时变可靠度的提高 量,均为随机变量。n为分 析周期内桥面翻新的次数。
������������为结构初始可靠指标; ������Ⅰ为结构开始劣化时间; ������������为可靠指标劣化率。
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10.2钢筋混凝土桥梁性能描述
状态指标
∁ ������ =
������������,
������ ≤ ������ ≤ ������������Ⅰ
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10.3维护模型
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10.3维护模型
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服役钢筋混凝土桥梁时变可靠性 评估与剩余寿命预测
2019.4
1.Lanzhou University of Technology, School of Civil Engineering 2.Lanzhou University of Technology, Institute of Earthquake Protection and Disaster Mitigation
10.3维护模型
������Ⅰ为结构开始劣化时间,服从对 数正态分布; ������������Ⅰ第一次维护时间,服从三角 分布; ������������ 维护的间隔时间,服从三角分 布; ������������������维护效应的持续时间,服从 对数正态分布; ������维护后可靠指标的影响增量; ������ 维护在时间������������������内的劣化率, 服从均匀分布。
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10.3维护模型
预防性维护策略
形成维护模型的条件: a) 连续维护的持续时间间隔是相同的。 b) 维护效应的时间是相同的。 c) 每次维护后影响指标增量是一样的。 d) 每次维护后,其指标的值不会超过刚建初始值。
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维修加固优化模型
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10.2钢筋混凝土桥梁性能描述
一、概述
在我国现行规范上,如果考虑耐久性,目前的设计标准硬座相 应的提高。因为若按我国现有标准设计的结构,在达到设计基 准期时,其可靠性已低于规范的要求,亦结构的使用寿命可能 达不到设计要求。结构设计水准越高,结构越安全,使用寿命 越长,但投入的资金也越大,并且人们所建造的结构并不要求 它永远不坏,这样极不合理,也不可能。因此设计要求从安全 和经济两个方面综合考虑,需要确定一个指标,该指标一方面 反映结构在寿命过程中必须满足的基本工程性能要求;同时又 要符合人们对风险的承受能力,满足经济投资等制约。
构的性能。最初,需求项目的确定主要是在桥梁工程师现 场检测后, 依靠工程师的工程经验来确定是否需要进行维 护处治以及采取什么维护措施。 后来,为增加决策的客观 性,保证决策结果的合理性,在初步确定需要维护后进行
相应的检测,根据检测的结果,依据一定的规范和标准, 通过综合分析选择最佳的 维护措施。这样,在进行维护决 策时,就不会因时间和工程师的经验等不同,而产 生太大
SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING.LUT
10.3维护模型
一、概述
时间控制和性能控制维护策略
当时间在寿命周期内达到某一特定时间������∗,结构的可靠度达到 目标可靠度时,就需要对结构采取相应的维护措施,此时失 效概率可以通过Monte Carlo模拟计算或者也可以通过近似的 估计得出,即当时刻������∗时,一旦������(������∗) < ������������������������������������������ ,这时就需要 对结构采取加固工作,来保证结构的安全,或当其中的外观 状态指标达到一定极限即������(������∗) < ������������������������������������������ ,也需要立刻做出维 护策略。
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10.3维护模型
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10.3维护模型
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10.3维护模型
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10.3维护模型
用������′Ⅰ代替������Ⅰ,由于当������Ⅰ > ������������Ⅰ 时,即在没有开始劣化时,已经 进行了维护,从而延长了结构的初始劣化时间,延长时间大小为
������ ������������������ ������,m为开始劣化前应用的维护次数, ������称为延长因子,因 此������′Ⅰ= ������Ⅰ+ ������ ������������������ ������
10.2钢筋混凝土桥梁性能描述
可靠度指标与状态指标的关系
可靠指标的劣化一般以桥梁的性能为基础,主要对应承载能 力极限状态,二状态的劣化则更趋于外观,主要对应于正常 使用极限状态。当没有维护作用的时候,两个指标相对独立; 当考虑结构维护时,二者是时变的性能指标。关系如下: A:可靠指标与状态指标可能相互影响,但有时也可能有很少 或基本没有联系,在外观没有异常的情况下,桥梁可能突然 失效;在考虑结构腐蚀作用时,腐蚀先影响结构的状态指标, 再影响结构的可靠指标。 B: 考虑对结构进行维护时,有的维护活动先对状态指标起作 用,改善了结构的外观,延迟了结构的劣化,即对可靠度指 标起作用。有的对两种指标均起作用。
预防性维修取决于两个决策变量:一是检测率和精度; 二是预防性维修水平。两者互相影响,高检测率允许 低预防性维修水平(最低到接近失效水平,低测率应 该有比失效水平更高的预防性维修水平。下面探讨的 定期更新模型 能够确定最优的预防性维修水平(近似 的成本最优)。
建立结构全寿命劣化曲线,就可以有的放矢地对结构进行 维护安排。进行维护决策的第一步就是确定哪些项目有维 护需求。一般来说,判断结构是否需要维护主 要取决于结
SCHOOL OF CIVIL ENGNIEERING.LUT
10.2钢筋混凝土桥梁性能描述
������ ������ =
������������,
������ ≤ ������ ≤ ������Ⅰ
������������ − ������������ ������ − ������Ⅰ ������, ������ > ������Ⅰ
如果给定一个目标可靠度βtarget,给定一个服役时间 变量t*,由于桥梁的可靠度劣化模型是一个随机过程, 因此需要用概率的方法来确定其维护的概率。
首先来确定当服役时间到达t*时,其可靠度小于βtarget 的概率,即在时间t*桥梁需要维护的概率,其概率分布 函数可表示为