基于可靠度理论预应力混凝土桥梁使用寿命预测研究

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1、基于可靠度理论预应力混凝土桥梁使用寿命预测研究李杰；陈淮，江莹莹，陆慧琳51基于可靠度理论预应力混凝土桥梁使用寿命预测研究李杰，陈淮，江莹莹，陆慧琳(郑州大学土木工程学院，河南郑州450001)摘要：针对预应力混凝土桥因耐久性或承载能力无法达到要求而寿命终结，为对其耐久性和安全性进行有效评估，基于抗力衰减和可靠度理论建立预应力混凝土桥使用寿命预测方法。该方法考虑混凝土碳化、钢筋锈蚀、预应力损失和荷载效应等因素，依据设计规范，以临界可靠指标的形式给出预应力混凝土桥碳化寿命、锈胀开裂寿命和承载能力寿命终结的判定标准，得出碳化寿命、锈胀开裂

2、寿命和抗弯承载能力寿命的极限状态方程，对桥梁的使用寿命进行预测。采用该方法对某新建预应力混凝土梁桥的碳化寿命、锈胀开裂寿命和承载能力寿命进行预测。理论研究和应用结果表明，在一般大气环境及正常养护和运营条件下，该桥耐久性和承载能力在设计基准期内满足要求，并根据预测结果给出运营过程中检测周期的建议；该方法可有效评估预应力混凝土桥使用寿命。关键词：预应力混凝土桥；抗力衰减；可靠度理论；混凝土碳化寿命；钢筋锈胀开裂寿命；承栽能力寿命中图分类号：U448．35；U445．7文献标志码：A文章编号：1671—7767(2015)06—0051一O

3、71引言X()一忌(1)预应力混凝土桥梁在桥梁建设中的应用非常广k一2．56K。kj是ckp忌T(1一RH)·泛，但是建筑材料自身的缺陷，以及建造养护过程造RH(里m一0成的初始缺陷或损伤等问题，会削弱结构的耐久性．76)(2)，c“和承载能力。而且桥梁在运营中需要承受荷载和环式中，各参数说明详见参考文献E2J。境的各种作用，随着时间的推移，材料会逐渐老化并2．2钢筋速率预测模型引起结构性能的劣化，最终造成桥梁因耐久性或承基于钢筋锈蚀的理论模型与电化学腐蚀原理，载能力无法达到要求而寿命终止。目前关于预应力结合室内快速试验及工程检测数据

4、，考虑环境因素混凝土结构使用寿命的预测多局限于混凝土碳化寿的影响，拟合混凝土保护层锈胀开裂之前钢筋锈蚀命l1]、结构锈胀开裂寿命_5]，即使是关于承载能力深度。()的计算公式[引：寿命的预测，采用的也是普通混凝土结构的抗力衰1()一1(￡一t0)(3)减模型。由于预应力混凝土结构更加复杂，关于预1—46kk。e“(RH一0．45)号c·触鼬(4)应力混凝土结构抗力衰减的完备模型还有待于深入式中，各参数说明详见参考文献F23。研究_6]。为对预应力混凝土桥的耐久性和安全性进2．3混凝土强度时变模型行有效评估，本文基于抗力衰减和可靠度理论

5、，对预假设混凝土强度服从正态分布，利用非平稳随应力混凝土桥梁使用寿命预测进行研究。机过程理论描述已有暴露试验和建筑物实测的混凝土抗压强度，建立一般大气状态下混凝土抗压强度2预应力混凝土结构的广义抗力衰减分析平均值和标准差的时变模型]：2．1混凝土碳化速率预测模型f()一r／(t)t~fo(5)考虑到预应力混凝土桥梁工程所处的环境、各rj()一1．4529e。·。。‘“t-·4)a(6)类统计参数的随机性和工程实用性，混凝土碳化速式中，各参数说明详见参考文献E3]。率预测模型采用参考文献Eel提出的碳化深度实用2．4预应力损失模型。混凝

6、土碳化深度x()服从正态分布，计算模受材料性能、环境条件和施工质量等因素影响，型为：预应力筋的预应力会随着张拉、锚固和时间的推移收稿日期：2015—05—05作者简介：李杰(1974一)，男，副教授，1997年毕业于西南交通大学桥梁工程专业，工学学士，2003年毕业于长安大学公路学院桥梁与隧道工程专业，工学硕士，2007年毕业于西南交通大学桥梁与隧道工程专业，工学博士(E—mail：public一1i@126．corn)。52世界桥梁2015，43(6)而降低。在评估基准期内对桥梁进行承载能力寿命4预应力混凝土桥梁使用寿命评估准则及剩

7、余使评估时需要采用有效应力，即控制应力减去预应力用寿命预测模型的短期损失和长期损失，而预应力长期损失有时变4．1使用寿命评估准则性，造成有效应力的时变性。结构寿命预测是结构在特定环境条件下，对新2．5抗力衰减模型建或在役结构的合理使用年限或者剩余使用年限进行预测。因此在进行混凝土桥梁结构使用寿命预测国内外关于钢筋混凝土的时变抗力衰减模型研之前，必须明确结构寿命的预定功能及其失效的判究较多，其抗力随着时间变化，但由于其影响因素复定，这也是进行结构设计和评估结构可靠性的重要杂，难以定量描述，因此常将其定义为非平稳随机过条件。我国相关规范规

8、定，结构在使用过程中需要程，参考文献[7]将其平稳化，表示为：满足其预定功能并具有一定的可靠性，即结构要满R(￡)一r()R。(￡)足安全性、适用性和耐久性的要求。因此，根据结构式中，r(￡)为抗力衰减函数；R。()为平