一種橋梁可靠度預測方法及其養護方法技術

本發明專利技術涉及一種橋梁可靠度預測方法及其養護方法，包括如下步驟：(1)監測承載力極限狀態；(1?1)監測跨中正截面抗彎承載能力極限狀態；(1?2)監測支點斜截面抗剪承載能力極限狀態；(2)監測正常使用極限狀態；(2?1)測量橋梁裂縫寬度；(2?2)監測撓度極限狀態；(3)監測鋼筋應力極限狀態；(4)監測混凝土應力極限狀態；(5)根據步驟(1)?(4)監測數據，與預設數據比較并得到橋梁可靠度。通過開展基于橋梁材料疲勞退化與結構可靠度衰變預測的橋梁預防性養護模型的研究，探索出橋梁材料疲勞退化規律與橋梁結構承載力退化的影響因素及其影響規律，總結出橋梁結構可靠度隨時間的衰變規律及其剩余壽命的預測方法。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及橋梁養護，具體涉及一種橋梁可靠度預測方法及其養護方法。
技術介紹
眾所周之，橋梁結構從建成到投入使用一段時間后，其暴露在大氣環境的這一特點使得結構性能退化是必然出現的結果，設計抗力在隨著時間衰減，可靠度指標下降，正常使用功能受到威脅，當結構在無法得到合理的養護和維修加固的情況下,抗力惡化的進一步加深將導致橋梁結構出現極端的損傷現象，即結構無法保證安全運營或直接坍塌。在我國，大量的橋梁面臨著老化、破損以及性能衰減等方面的問題，而對劣化橋梁結構的狀態的評估和預測，以及各種維護措施的選擇變得愈發的重要。對于路網中橋梁的維修加固，如何利用有限的資金確定一個最優的維修加固策略，從而使得網絡的性能最優，同時也能保證橋梁自身處于一個可靠的水平，是橋梁維護管理需要解決的一個重要問題。橋梁結構的時變特性主要反映在結構的抗力和荷載(作用)效應兩個綜合變量中，而影響這兩個綜合變量的時變因素很多，近年來國內外學者在其可靠性的各個方面進行了研究。劉玉霞等介紹了預應力混凝土橋梁耐久性分析的研究成果；朱萬旭等則基于試驗對預應力混凝土橋梁中常用的OVM錨固體系的可靠性進行了研究，結論表明，預應力體系中存在錨固體系的可靠性，這是不同于普通混凝土結構的重要特性之一；張德峰等對預應力混凝土結構耐久性的研究主要集中在材料層次上進行，并提出了裂縫狀態下的預應力筋腐蝕機理和時變模型，對既有預應力混凝土結構的耐久性評估、基于耐久性的預應力結構的設計以及裂縫控制和可靠度研究等問題進行了研究，但對試驗數據的定量分析不多；韓波等還從結構層次上基于可靠性并考慮壽命周期循環費用的預制結構進行了優化設計；汪加蔚等分析了預應力混凝土軌枕的裂縫及結構耐久性，在定量的方法上對預應力結構可靠度計算進行了有益的探索；張曙光等研究了鋼筋腐蝕對預應力混凝土結構耐久性的影響；張建仁等對預應力混凝土連續梁橋懸臂施工的整體穩定可靠度進行了分析；基于可靠度的退化和養護模型代表了新一代的結構管理系統?；诳煽慷鹊酿B護的好處在于可以明確考慮可靠度。在基于技術狀況的退化模型中，只是在技術狀況轉變成可靠度后隱含考慮可靠度?；诩夹g狀況的模型的好處在于技術狀況可以量測或檢測，而可靠度必須進行計算，檢測可以很自然地包括在養護模型中。理想地，最好的的方法是根據抗力和應力的時變隨機過程建立一個退化模型，計算相應的壽命分布和失效率函數以及時變可靠度函數。目前，世界各國已經進行了大量的監測、養護與維修方面的研究。Frangopol和Estes提出了一種基于壽命期可靠度和生命周期成本的橋梁檢測/維修程序的優化設計的更實用和廣泛的方法。Furuta等把Tamaki開發的遺傳算法應用到養護規劃問題，建立了一種考慮結構性能和和環
境預測不確定性的、可以提供幾種實用養護計劃的方法。Sojrensen等提出了一種可以預測鋼筋混凝土結構中的氯離子含量的、用于基于可靠度的混凝土結構養護和檢測規劃中的統計模型。Dogaki等考慮公路網的交通特點，研究開發了一個決策支持系統采用遺傳算法來解決損傷RC橋面板養護的大型復組合優化問題以確定合理和經濟的養護程序。van Nooriwijk和Frangopol描述和比較兩種用于退化結構的概率生命周期養護模型，Rijkswaterstaat模型和Frangopol模型，可以確定以最小的的生命周期成本確保足夠的可靠度水平的最優養護策略。綜上所述，盡管基于可靠度的退化和養護模型理念已經提出，但由于對橋梁結構材料疲勞退化缺乏系統認識，橋梁結構時變可靠度分析研究還不深入，因此，目前橋梁結構養護維護方案仍然依靠對橋梁性能的確定性分析，橋梁養護管理缺乏主動性和預防性。因此，通過開展基于橋梁材料疲勞退化與結構可靠度衰變預測的橋梁預防性養護模型的研究，探索出橋梁材料疲勞退化規律與橋梁結構承載力退化的影響因素及其影響規律，總結出橋梁結構可靠度隨時間的衰變規律及其剩余壽命的預測方法，建立基于橋梁材料疲勞退化與結構可靠度衰變預測的橋梁預防性養護模型，對提高我國橋梁養護管理水平具有重要意義。
技術實現思路
針對以上上述現有技術問題和專利技術目的，本專利技術提出一種橋梁可靠度的預測方法及其養護方法，具體技術方案如下：一種橋梁可靠度的預測方法，包括如下步驟：(1)監測承載力極限狀態；(1-1)監測跨中正截面抗彎承載能力極限狀態；(1-2)監測支點斜截面抗剪承載能力極限狀態；(2)監測正常使用極限狀態；(2-1)測量橋梁裂縫寬度；(2-2)監測撓度極限狀態；(3)監測鋼筋應力極限狀態；(4)監測混凝土應力極限狀態；(5)根據步驟(1)-(4)監測數據，與預設數據比較并得到橋梁可靠度。進一步地，步驟(1)中進一步包括如下步驟：取得混凝土強度，混凝土碳化參數，鋼筋強度以及鋼筋面積，以及預應力有效應力，采用橫向分布系數將三維轉化為平面，列出正截面抗彎、斜截面抗剪以及極限狀態方程，并將參數輸入，計算出相應的作用效應組合值，利用MATLAB程序，采用Monte-Carlo法計算極限狀態可靠度指標。進一步地，步驟(3)和(4)中，進行橋梁材料疲勞退化與結構抗力時變分析：a.混凝土和鋼筋的有效截面積的時變分析：鋼筋混凝土截面尺寸，除有嚴重損傷外，不考慮衰減，只考慮鋼筋截面面積的減小；混凝土中鋼筋開始銹蝕后，其截面積隨時間的
增長而減少，其平均值和標準差是銹蝕時間的函數；b.針對預應力鋼筋以及普通鋼筋這兩個因素對結構抗力的影響進行分析：認定在采用粘結預應力混凝土時，當孔道壓漿密實，預應力鋼筋不出現腐蝕；c.時變可靠度計算結果分析：依次每隔5年，采用相應的抗力概率分布參數，計算跨中正截面抗彎承載能力、支點斜截面抗剪承載能力以及正?？沽研阅苋N失效模式的失效概率，從而得到各自相應的可靠度。進一步地，所述嚴重損傷為風化脫落和撞擊受損。根據如上述橋梁可靠度預測方法得到的養護方法，進一步地，包括如下步驟：a.進行橋梁車輛荷載效應時變分析，得出橋梁車輛荷載效應的最大值分布；b.根據建立的時變可靠度指標退化曲面模型及相應的曲面方程預測橋梁可靠度失效年份；c.在橋梁車輛荷載時變分析可靠度失效年份之前，進行檢查監測；d.在臨近橋梁正常使用裂縫寬度可靠度失效年份時，監測橋梁裂縫寬度；e.在臨近橋梁極限承載能力可靠度失效年份時，進行加固措施。6.如權利要求5所述橋梁可靠度預測方法得到的養護方法，進一步地，進一步包括步驟f.加固后對橋梁結構性能進行評估。進一步地，步驟d.中，在臨近橋梁正常使用裂縫寬度可靠度失效年份時，加大橋梁裂縫寬度監測，當裂縫寬度超過規范要求或者裂縫寬度開展速度加快，采取措施預防裂縫進一步擴展。進一步地，步驟e中具體包括：對于寬度小于0.2mm的裂縫，采用表面涂抹水泥砂漿或環氧砂漿的方法進行封閉；對于寬度大于0.2mm的裂縫，采用壓力注漿法，在裂縫中低壓低速注入環氧樹脂或聚合物砂漿材料；對于主拉應力裂縫，用環氧基液粘劑涂抹在整個鋼板上，然后將其壓貼于裂縫處，并用膨脹螺栓對鋼板加壓。與目前現有技術相比，本專利技術通過開展基于橋梁材料疲勞退化與結構可靠度衰變預測的橋梁預防性養護模型的研究，探索出橋梁材料疲勞退化規律與橋梁結構承載力退化的影響因素及其影響規律，總結出橋梁結構可靠度隨時間的衰變規律及其剩余本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種橋梁可靠度的預測方法，其特征在于，包括如下步驟：(1)監測承載力極限狀態；(1?1)監測跨中正截面抗彎承載能力極限狀態；(1?2)監測支點斜截面抗剪承載能力極限狀態；(2)監測正常使用極限狀態；(2?1)測量橋梁裂縫寬度；(2?2)監測撓度極限狀態；(3)監測鋼筋應力極限狀態；(4)監測混凝土應力極限狀態；(5)根據步驟(1)?(4)監測數據，與預設數據比較并得到橋梁可靠度。

【技術特征摘要】
1.一種橋梁可靠度的預測方法，其特征在于，包括如下步驟：(1)監測承載力極限狀態；(1-1)監測跨中正截面抗彎承載能力極限狀態；(1-2)監測支點斜截面抗剪承載能力極限狀態；(2)監測正常使用極限狀態；(2-1)測量橋梁裂縫寬度；(2-2)監測撓度極限狀態；(3)監測鋼筋應力極限狀態；(4)監測混凝土應力極限狀態；(5)根據步驟(1)-(4)監測數據，與預設數據比較并得到橋梁可靠度。2.如權利要求1所述的橋梁可靠度的預測方法，其特征在于，步驟(1)中進一步包括如下步驟：取得混凝土強度，混凝土碳化參數，鋼筋強度以及鋼筋面積，以及預應力有效應力，采用橫向分布系數將三維轉化為平面，列出正截面抗彎、斜截面抗剪以及極限狀態方程，并將參數輸入，計算出相應的作用效應組合值，利用MATLAB程序，采用Monte-Carlo法計算極限狀態可靠度指標。3.如權利要求1或2所述的橋梁可靠度的預測方法，其特征在于，步驟(3)和(4)中，進行橋梁材料疲勞退化與結構抗力時變分析：a.混凝土和鋼筋的有效截面積的時變分析：鋼筋混凝土截面尺寸，除有嚴重損傷外，不考慮衰減，只考慮鋼筋截面面積的減?。换炷林袖摻铋_始銹蝕后，其截面積隨時間的增長而減少，其平均值和標準差是銹蝕時間的函數；b.針對預應力鋼筋以及普通鋼筋這兩個因素對結構抗力的影響進行分析：認定在采用粘結預應力混凝土時，當孔道壓漿密實，預應力鋼筋不出現腐蝕；c.時變可靠度計算結果分析：依次每隔5年，采用相應的抗力概率分布參數，計算跨中正截面抗彎承載能力...

【專利技術屬性】
技術研發人員：丁哲，李紅，鄧育林，
申請(專利權)人：中山市公路局，
類型：發明
國別省市：廣東;44