基于概率评估体系的既有桥梁系统可靠性分析-论文.pdf

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1、基于概率评估体系的既有桥梁系统可靠性分析■魏蠛(福建省交通规划设计院，福州350004)摘要基于荷载和抗力衰减的时变性，运用概率评估体系分析方法，建立了桥梁结构系统的时变可靠度分析模型，提出了桥梁结构系统的可靠性评估方法与分析流程。以某跨度3X16m的公路钢筋混凝土连续箱梁桥为工程背景，根据桥梁结构各极限状态的时变可靠指标，提出了实用的构件主要失效状态识别方法以及桥梁结构系统主要失效模式的识别方法，并结合失效模式间的相关性和串并联系统综合失效概率的计算方法采用MATLAB自编程序计算了结构系统的可靠度。结果表明本文提出的既有桥梁系统可靠性评估方

2、法是实用合理的，对实际工程应用具有一定的指导意义。关键词桥梁工程系统可靠度概率评估体系失效模式失效概率0引言的交通量而增长，已知的荷载也对既有结构有一定的验桥梁结构在长期使用过程中，将出现材料老化及损证作用)，桥梁结构的可变荷载效应模型和抗力效应模伤，可能导致结构性能劣化和承载能力降低，影响结构型应按随机过程考虑。正常使用，甚至引起结构破坏。因此，如何应用现有技由此可知，桥梁结构的时变可靠度分析模型包括结术手段对既有桥梁进行有效评估已成为工程界关注的热构可靠度分析的荷载效应模型和抗力效应模型。即，既点。结构可靠度理论以概率统计为基础，能够综合考

3、虑有桥梁结构时变可靠度分析的功能函数可表达为多种影响因素，可以有效地处理荷载和抗力效应的各种z(￡)=R(t)一SG—JS0(f)(1)不确定性，其产生和发展从理论上为既有桥梁评估提供式中，R(t)为考虑抗力衰减的抗力随机过程；s。为了一个理想的框架。目前，针对构件层次的结构可靠度恒载效应随机变量，s(t)为可变荷载效应随机过程。研究已较为深入，而针对结构系统的可靠性分析及工程1．1荷载效应模型应用还鲜有报道。理论上，既有结构的各种荷载概率模型应根据实测现有关于桥梁结构系统可靠性问题的研究大多采用的调查资料和数据进行统计分析，并考虑已知结构荷载

4、极限状态体系法对桥梁结构进行失效模式分析n～。而对既有结构的验证作用。由于缺少实测资料，本文采纳对于具有随机性、时变『生的复杂结构系统，极限状态法《公路工程结构可靠度设计统一标准》(GB／T50283—具有一定的局限性，且容易遗漏主要失效模式。本文1999)提供的针对拟建桥梁结构的荷载及荷载效应的统考虑荷载和抗力衰减的时变性建立了桥梁的时变可靠度计资料及结果，主要考虑恒载和车辆荷载效应。其中，分析模型，以此来计算构件的时变可靠指标。在此基础恒载效应s。作服从正态分布的随机变量处理，其统计上，基于概率评估体系给出了桥梁系统的可靠性评估方规律与叵载

5、的统计规律及参数近似相等；车辆荷载效应法和流程，并以一座跨度3×16m的公路钢筋混凝土连s。作随机过程处理，转换为基准期内最大值随机变量续箱梁桥为例，采用MATLAB自编程序计算了该桥系[61，并在假定设计基准期的确定是合理的基础上，基于统的可靠性。本文的研究成果可为可靠度理论在结构系等概率原则，将荷载设计基准期转换为评估基准期，统可靠性分析上的应用提供参考。考虑评估基准期及活载效应影响对可变荷载及其效应值1桥梁结构的时变可靠度分析模型进行修正。本文采用的既有桥梁车辆荷载效应模型如拟建结构的可靠度分析中，通常认为结构的抗力与下：荷载效应在结构的

6、设计基准期内是与时间无关的随机变s口()=K叩()S(2)量，而既有结构的抗力随时间衰减劣化，荷载也可能在式中，s。()为既有桥梁荷载效应评估值，设计寿命内随时间发生变化(如桥梁的活载随日益增长圈福建交通科技2014年第2期性破坏，虚载的大小为零。根据相应的结构系统失效判。()为考虑评估基准期的车辆荷载同标准荷载效应比的随机变量，为活载影响修正系数，根据实际据，最终可确定出结构的主要失效模式。调查桥梁的代表交通量、大吨位车辆混入率、轴荷分布2．2因可估计法确定。Sp为按规范标准车辆荷载计算的效应值。在识别出结构的主要失效模式之后，即可建立对应于

7、该失效模式的结构功能函数，求该失效模式的失效概1．2既有桥梁结构抗力概率模型率。一般情况下，结构系统各主要失效模式间既不完全在结构设计时，采用随机变量作为抗力的概率模型，并由于抗力的计算模式通常能表示为随机变量相乘相关，也不完全独立，而是处于二者之1司。根据结构系统各失效模式间关系，求解结构综合失效概率是结构系相加的形式，近似的认为结构抗力服从对数正态分布，统可靠性理论的另一重要内容。区间估计法为系统综合既有结构的抗力由于损伤，钢筋锈蚀，材料强度降低等失效概率的计算提供了有效的近似解决方案。其中包括因素的共同作用，将不可避免地随时间衰减降低，其

8、过宽界限方法n和窄界限方法n”。程复杂且不可逆，因此采用非平稳随机过程模型描述既宽界限方法是根据失效模式间完全相关与完全独立有结构的抗力，并假定既有结