既有钢筋混凝土桥梁可靠度分析

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1、既有钢筋混凝土梁桥可靠度分析李永志陈富强（深圳高速工程顾问有限公司）摘要：既有钢筋混凝土梁桥在运营过程中，由于混凝土碳化，钢筋锈蚀造成承载能力降低，影响结构的安全性。将可靠度评估中的抗力和荷载效应考虑为随时间变化的随机过程，通过对结构抗力衰减影响因素的分析，建立抗力的随机过程模型，根据统计资料建立作用在桥梁上的荷载效应模型。然后运用可靠度理论的计算方法对桥梁结构构件动态可靠度进行了分析，并对一座既有钢筋混凝土简支梁桥进行了实例分析。关键词：可靠度；抗力衰减；荷载效应ReliabilityAsse

2、ssmentofExistingReinforcedConcreteBeamBridgeLiYongzhiChenFu-qiang(ShenZhenExpresswayEengineeringConsultantsCo.,Ltd)Abstract:Forexistingreinforcedconcretebeambridge,duetoreinforcementcorrosionandconcretecarbonation,itsloadcapacitydecrease.Theresistanc

3、eandloadeffectcanbeconsideredtobestochasticprocess.Throughanalyzingtheinfluencingfactorsofresistancereduction,theresistancemodelcanbeestablished.Theloadeffectmodelcanbeobtainedaccordingtosomestatisticaldata.Then,thereliabilitytheoriesareusedtoassesst

4、hetime-dependentreliabilityofbridge.Afterthat,acasestudyofanexistingsimplesupportedreinforcedconcretebridgeisgiventodemonstratethemethod.Keywords：reliability;resistanceattenuation;loadeffect1引言近年来，公路建设和维护部门在桥梁的维修、加固以及承载力提升等方面做的工作在逐年增加。对既有桥梁的结构性能进行可靠性

5、分析，给出桥梁现在以及今后一段时间内的承载能力可靠度水平，有利于公路建设决策部门对桥梁的维护工作做出经济合理、切实有效的决策。2结构可靠度结构可靠性定义为:“结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力”。在役钢筋混凝土桥梁在服役过程中，其抗力和荷载效应不但具有随机不确定性，而且与时间相关，是随时间变化的随机过程。与时间有关的结构承载能力功能函数为：（1）式中：为抗力随机过程；为恒载随机过程；为车辆荷载随机过程。3荷载随机过程模型3.1恒载桥梁结构恒载是指桥梁结构构件的自重。而桥梁结构

6、自重会因施工误差、使用过程中磨损与设计计算有所差别，属于随机变量。根据《公路工程结构可靠度设计统一标准》，恒荷载服从正态分布，桥梁结构恒载的概率分布函数为：（2）由上式概率分布函数，可得恒载均值：；。3.2车辆荷载随机过程模型在设计基准期内汽车活载值随时间是变化的，其随时间变化的规律宜采用随机过程概率模型来描述。参考《公路工程可靠性设计统一标准》假定汽车荷载服从平稳二项随机过程，其分布规律符合如下假定：（1）荷载一次持续施加于结构上的时间长度为τ，将设计基准期等分为r个相等时段，即r=T/τ。（

7、2）在每个时段上，荷载出现的概率为P，不出现概率为q=1-P。（3）在每一时段荷载出现时，其幅值是非负随机变量，且不同时段上的概率分布函数相同，称为荷载随机过程的截口分布。上述假定表明，在一年内车辆运行状况变化不大，将截口分布时段定为一年，则设计基准期100年内的荷载效应最大值分布可在截口分布的基础上求得。根据交通部“公路桥梁可靠度研究”课题组通过长期观测和统计分析，现行桥梁规范荷载的汽车荷载效应在一般运行和密集运行状态下设计基准期内最大值分布均为极值I型分布，其统计参数如表1所示。表1车辆荷载

8、设计基准期最大值分布运行状态效应种类KSQ变异系数一般运行弯矩0.68610.1569密集运行弯矩0.79950.0862对于既有桥梁，在服役基准期内，车辆荷载效应在一般运行和密集运行状态下的平均值和标准差表示为：（3）式中，；、分别为设计基准期T内的平均值和标准差。4抗力随机过程模型钢筋混凝土桥梁在使用阶段，结构抗力随时间变化是一个非常复杂的不可逆过程。通常考虑混凝土碳化、钢筋锈蚀以及由此引起的钢筋与混凝土之间的粘结能力降低三个因素对抗力衰减的影响，提出受弯构件抗力衰减模型：（4）式中，为计算