既有中小跨径桥梁时变可靠性分析和体系可靠性评估方法研究
发布时间：2021-09-06 17:54
近年来,公路桥梁建设事业迅速发展,为提高交通运输系统的工作效率、保证国民经济的平稳发展起到促进作用。据交通运输部权威统计数据,截止2019年年底,我国公路桥梁总量已超过87万座,中小跨径桥梁的比例约为87%。在中小跨径桥梁中,预制装配式钢筋混凝土（RC）梁桥是最广泛采用的结构形式。有研究表明,钢筋锈蚀是导致RC梁桥安全性不足和耐久性降低的主要原因之一。对于桥梁上部结构,钢筋锈蚀会引起构件的抗力逐渐退化,继而导致桥梁荷载横向分布产生变异,对构件的性能以及桥梁整体性能均产生严重的影响。可靠度理论已经广泛地应用在桥梁性能评估中,可以很好地对桥梁结构完成预定功能的能力进行量化评估。因此,开展考虑钢筋锈蚀导致横向分布变异的桥梁时变可靠性评估以及考虑横向联系损伤的桥梁体系可靠性评估的研究具有重要意义,为桥梁结构寿命预测提供合理依据。在既有桥梁结构检测的过程中,会得到一些具有模糊性的检测信息。如果能够将桥梁的模糊检测信息应用到桥梁结构的可靠性评估中,那么可达到对桥梁使用状态更新或修正的效果。装配式RC梁桥属于多梁式结构,其上部结构体系的受力特点及失效规律具有一定的共性。然而,由于体系可靠性评估方法的...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
国内外桥梁坍塌事故案例
第1章绪论3（a）板梁桥铰缝损伤（b）T梁桥横隔板损伤图1.2RC梁式桥横向联系损伤Fig.1.2LateralconnectiondamagesforRCbeambridgesRC桥梁在车辆荷载的反复作用下及环境因素的影响下，主梁抗力随时间逐渐退化，严重影响桥梁服役安全。众多影响因素中，钢筋锈蚀是导致RC桥梁安全性不足和耐久性降低主要原因之一[7]，主要表现在钢筋截面面积减孝钢筋屈服强度降低、钢筋与混凝土之间的粘结力降低以及钢筋疲劳寿命降低等几个方面[8-10]。有资料显示，加拿大和韩国早期因使用“除冰盐”导致RC桥梁性能严重劣化；欧美等发达国家的RC结构都存在因钢筋锈蚀导致混凝土结构破坏的问题。据统计，美国每年约有近200座RC桥梁因结构性能劣化而导致桥梁失效，有近45%的桥梁存在不同程度的缺陷。我国在役RC桥梁也存在同样的问题，据不完全统计，有近60%的桥梁因环境侵蚀及不利荷载导致安全储备不足，约13%的桥梁被评定为四类和五类的危桥。我国桥梁老化问题日益严重，存在缺陷的桥梁数量与日俱增，桥梁维修管养部门即将迎来新的挑战。合理的桥梁维修决策既要取得最大的社会经济效益，又确保桥梁寿命延长至设计基准期，无疑是桥梁领域的专家和工程师面对的艰巨任务。然而，要想得到一个合理的桥梁维修决策，前提是能够对桥梁性能做出准确的评价。综上所述，实际工程中应用广泛的RC梁式桥在运营过程中面临诸多威胁，如主梁损伤、横向联系损伤等，针对该桥型的评价理论和方法在实际应用过程中亟需拓展。因此，本文以该桥型为研究对象，开展了钢筋锈蚀影响下的桥梁时变可靠性、桥梁体系可靠性评估方法以及基于模糊检测信息的桥梁可靠性评估方法等研究工作。1.2国内外研究现状桥梁结构是交通运输系统的重要组成部分，中小跨径桥梁占我国公路桥梁的绝大
吉林大学博士学位论文20下的钢筋剩余截面面积为：2c0upAtDAtAt(2.12)D0du(t)Au(t)Du(t)D0p(t)b(t)12Ap(t)（a）均匀锈蚀（b）局部锈蚀图2.1锈蚀钢筋截面面积Fig.2.1Cross-sectionalareaofcorrodedsteelA1A2Ap(t)A2A1Ap(t)（a）0p(t)D/2时（b）00D/2p(t)D时图2.2局部锈蚀钢筋剩余面积计算辅助面Fig.2.2Auxiliarysurfaceforcalculatingremainingareaofpartiallycorrodedsteelbar2.2.3考虑钢筋锈蚀的有效抗弯刚度桥梁结构在荷载作用下会出现损伤，其中弯曲裂缝为主要损伤形式。桥梁裂缝必然会导致桥梁抗弯刚度的降低，桥梁实际抗弯刚度在工程中被称为有效抗弯刚度。已有大量文献针对有效抗弯刚度的计算问题展开研究，美国混凝土协会用混凝土弹性模量和有效抗弯惯性矩的乘积来表示有效抗弯刚度[25]，由于该方法具有足够精度而被广泛应用。有效抗弯惯性矩可表示为：331crcregcraammIIImm(2.13)式中：eI为有效抗弯惯性矩；gI为未开裂桥梁截面抗弯惯性矩；crI为开裂桥梁截面抗弯惯性矩；am为最大弯矩；crm为开裂弯矩，如式（2.14）所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]氯盐环境下混凝土氯离子传输和钢筋锈蚀研究[J]. 周翔,苏骏,左国望. 湖北工业大学学报. 2020(01)
[2]钢筋位置和钢筋排布对钢筋混凝土梁锈胀规律的影响[J]. 徐立,庞明伟,李潇南,陈林爽. 材料保护. 2020(01)
[3]锈损钢筋混凝土结构截面刚度衰变分析[J]. 周建庭,陈静雯,李晓庆,陈子阳,郑忠. 重庆交通大学学报(自然科学版). 2019(06)
[4]考虑碳化和氯离子累积效应的梁桥时变可靠度[J]. 杨慧,何浩祥,闫维明. 哈尔滨工业大学学报. 2019(06)
[5]氯盐环境下钢筋混凝土构件抗力的时变概率模型[J]. 王元战,陈清眉. 水道港口. 2018(05)
[6]交叉钢筋的宏观锈蚀及其对钢筋混凝土构件抗力的影响[J]. 董征,顾祥林,张伟平,袁琴. 建筑结构学报. 2019(01)
[7]基于检测结果的简支梁桥可靠度计算模型[J]. 韩振国,冯莹. 江西理工大学学报. 2018(03)
[8]预应力混凝土简支梁的桥静力挠度可靠度分析[J]. 杜斌,向天宇,黄质宏. 兰州理工大学学报. 2018(01)
[9]流速空间相关性对洪水作用下简支梁桥可靠度的影响[J]. 谢建明,陈朝晖,邵鹏. 武汉大学学报(工学版). 2016(06)
[10]多源不确定性下基于证据理论的可靠性分析方法[J]. 孟欣佳,敬石开,刘继红,张立香,张贺. 计算机集成制造系统. 2015(03)
博士论文
[1]钢筋非均匀锈蚀及其诱发混凝土开裂研究[D]. 席迅.北京科技大学 2019
[2]地震灾害下大跨度斜拉桥全寿命系统可靠性研究[D]. 张金.西南交通大学 2018
[3]FRP加固钢筋混凝土简支T梁桥抗弯可靠度研究[D]. 解会兵.北京交通大学 2016
[4]考虑失效模式和验证模式相关性的桥梁结构体系可靠度分析[D]. 刘月飞.哈尔滨工业大学 2015
[5]多源不确定信息下服役RC桥梁可靠性及寿命评估[D]. 马亚飞.长沙理工大学 2014
[6]基于随机过程的桥梁系统可靠性及其模糊综合评价研究[D]. 张立业.吉林大学 2013
[7]不确定条件下桥梁结构损伤识别及状态评估的模糊计算方法研究[D]. 焦峪波.吉林大学 2012
[8]组合梁斜拉桥的可靠度分析[D]. 贾布裕.华南理工大学 2011
[9]既有公路混凝土梁式桥损伤评估与可靠性评定研究[D]. 姚晓飞.长安大学 2009
[10]考虑模糊性与随机性的既有RC梁桥时变可靠性研究[D]. 王磊.长沙理工大学 2008
硕士论文
[1]基于检测数据的在役钢筋混凝土梁桥承载能力评估[D]. 许文.广州大学 2019
[2]基于Vine copula和贝叶斯动态模型的桥梁可靠性研究[D]. 肖青凯.兰州大学 2018
[3]锈蚀钢筋混凝土梁承载性能退化模型研究[D]. 何卫东.长安大学 2016
本文编号：3387909
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：128 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
国内外桥梁坍塌事故案例
第1章绪论3（a）板梁桥铰缝损伤（b）T梁桥横隔板损伤图1.2RC梁式桥横向联系损伤Fig.1.2LateralconnectiondamagesforRCbeambridgesRC桥梁在车辆荷载的反复作用下及环境因素的影响下，主梁抗力随时间逐渐退化，严重影响桥梁服役安全。众多影响因素中，钢筋锈蚀是导致RC桥梁安全性不足和耐久性降低主要原因之一[7]，主要表现在钢筋截面面积减孝钢筋屈服强度降低、钢筋与混凝土之间的粘结力降低以及钢筋疲劳寿命降低等几个方面[8-10]。有资料显示，加拿大和韩国早期因使用“除冰盐”导致RC桥梁性能严重劣化；欧美等发达国家的RC结构都存在因钢筋锈蚀导致混凝土结构破坏的问题。据统计，美国每年约有近200座RC桥梁因结构性能劣化而导致桥梁失效，有近45%的桥梁存在不同程度的缺陷。我国在役RC桥梁也存在同样的问题，据不完全统计，有近60%的桥梁因环境侵蚀及不利荷载导致安全储备不足，约13%的桥梁被评定为四类和五类的危桥。我国桥梁老化问题日益严重，存在缺陷的桥梁数量与日俱增，桥梁维修管养部门即将迎来新的挑战。合理的桥梁维修决策既要取得最大的社会经济效益，又确保桥梁寿命延长至设计基准期，无疑是桥梁领域的专家和工程师面对的艰巨任务。然而，要想得到一个合理的桥梁维修决策，前提是能够对桥梁性能做出准确的评价。综上所述，实际工程中应用广泛的RC梁式桥在运营过程中面临诸多威胁，如主梁损伤、横向联系损伤等，针对该桥型的评价理论和方法在实际应用过程中亟需拓展。因此，本文以该桥型为研究对象，开展了钢筋锈蚀影响下的桥梁时变可靠性、桥梁体系可靠性评估方法以及基于模糊检测信息的桥梁可靠性评估方法等研究工作。1.2国内外研究现状桥梁结构是交通运输系统的重要组成部分，中小跨径桥梁占我国公路桥梁的绝大
吉林大学博士学位论文20下的钢筋剩余截面面积为：2c0upAtDAtAt(2.12)D0du(t)Au(t)Du(t)D0p(t)b(t)12Ap(t)（a）均匀锈蚀（b）局部锈蚀图2.1锈蚀钢筋截面面积Fig.2.1Cross-sectionalareaofcorrodedsteelA1A2Ap(t)A2A1Ap(t)（a）0p(t)D/2时（b）00D/2p(t)D时图2.2局部锈蚀钢筋剩余面积计算辅助面Fig.2.2Auxiliarysurfaceforcalculatingremainingareaofpartiallycorrodedsteelbar2.2.3考虑钢筋锈蚀的有效抗弯刚度桥梁结构在荷载作用下会出现损伤，其中弯曲裂缝为主要损伤形式。桥梁裂缝必然会导致桥梁抗弯刚度的降低，桥梁实际抗弯刚度在工程中被称为有效抗弯刚度。已有大量文献针对有效抗弯刚度的计算问题展开研究，美国混凝土协会用混凝土弹性模量和有效抗弯惯性矩的乘积来表示有效抗弯刚度[25]，由于该方法具有足够精度而被广泛应用。有效抗弯惯性矩可表示为：331crcregcraammIIImm(2.13)式中：eI为有效抗弯惯性矩；gI为未开裂桥梁截面抗弯惯性矩；crI为开裂桥梁截面抗弯惯性矩；am为最大弯矩；crm为开裂弯矩，如式（2.14）所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]氯盐环境下混凝土氯离子传输和钢筋锈蚀研究[J]. 周翔,苏骏,左国望. 湖北工业大学学报. 2020(01)
[2]钢筋位置和钢筋排布对钢筋混凝土梁锈胀规律的影响[J]. 徐立,庞明伟,李潇南,陈林爽. 材料保护. 2020(01)
[3]锈损钢筋混凝土结构截面刚度衰变分析[J]. 周建庭,陈静雯,李晓庆,陈子阳,郑忠. 重庆交通大学学报(自然科学版). 2019(06)
[4]考虑碳化和氯离子累积效应的梁桥时变可靠度[J]. 杨慧,何浩祥,闫维明. 哈尔滨工业大学学报. 2019(06)
[5]氯盐环境下钢筋混凝土构件抗力的时变概率模型[J]. 王元战,陈清眉. 水道港口. 2018(05)
[6]交叉钢筋的宏观锈蚀及其对钢筋混凝土构件抗力的影响[J]. 董征,顾祥林,张伟平,袁琴. 建筑结构学报. 2019(01)
[7]基于检测结果的简支梁桥可靠度计算模型[J]. 韩振国,冯莹. 江西理工大学学报. 2018(03)
[8]预应力混凝土简支梁的桥静力挠度可靠度分析[J]. 杜斌,向天宇,黄质宏. 兰州理工大学学报. 2018(01)
[9]流速空间相关性对洪水作用下简支梁桥可靠度的影响[J]. 谢建明,陈朝晖,邵鹏. 武汉大学学报(工学版). 2016(06)
[10]多源不确定性下基于证据理论的可靠性分析方法[J]. 孟欣佳,敬石开,刘继红,张立香,张贺. 计算机集成制造系统. 2015(03)
博士论文
[1]钢筋非均匀锈蚀及其诱发混凝土开裂研究[D]. 席迅.北京科技大学 2019
[2]地震灾害下大跨度斜拉桥全寿命系统可靠性研究[D]. 张金.西南交通大学 2018
[3]FRP加固钢筋混凝土简支T梁桥抗弯可靠度研究[D]. 解会兵.北京交通大学 2016
[4]考虑失效模式和验证模式相关性的桥梁结构体系可靠度分析[D]. 刘月飞.哈尔滨工业大学 2015
[5]多源不确定信息下服役RC桥梁可靠性及寿命评估[D]. 马亚飞.长沙理工大学 2014
[6]基于随机过程的桥梁系统可靠性及其模糊综合评价研究[D]. 张立业.吉林大学 2013
[7]不确定条件下桥梁结构损伤识别及状态评估的模糊计算方法研究[D]. 焦峪波.吉林大学 2012
[8]组合梁斜拉桥的可靠度分析[D]. 贾布裕.华南理工大学 2011
[9]既有公路混凝土梁式桥损伤评估与可靠性评定研究[D]. 姚晓飞.长安大学 2009
[10]考虑模糊性与随机性的既有RC梁桥时变可靠性研究[D]. 王磊.长沙理工大学 2008
硕士论文
[1]基于检测数据的在役钢筋混凝土梁桥承载能力评估[D]. 许文.广州大学 2019
[2]基于Vine copula和贝叶斯动态模型的桥梁可靠性研究[D]. 肖青凯.兰州大学 2018
[3]锈蚀钢筋混凝土梁承载性能退化模型研究[D]. 何卫东.长安大学 2016
本文编号：3387909
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