服役RC桥梁承载力可靠度评估研究
摘要
桥梁在使用过程中会受到各种外界因素的作用,致使结构承载力可靠度水平随着时间的推移逐渐降低,最终不能满足预定设计功能要求。因此,许多服役桥梁都需要进行评估鉴定,进而为公路桥梁管养单位提供可行的抉择依据,以采取合理的措施进行加固。本论文在借鉴前人研究成果的基础上,对桥梁承载力的可靠度评估方法做了一些探讨和研究,主要研究内容及结论如下:
简要介绍了结构可靠度理论及各种计算方法,分析结构抗力衰减的理论模型和简化计算方法;建立了服役RC桥梁考虑荷载和抗力时变效应的承载力可靠度评估模型,同时,提出承载力可靠度评估的计算步骤,实现了桥梁承载力动态可靠度指标的计算。借鉴建筑结构中安全度等级评定规范,展开服役RC桥梁承载力评定标准的研究,提出了一种服役桥梁承载力可靠度评定等级标准,为桥梁可靠性等级评估打下良好基础。
以喇嘛湾黄河公路大桥为工程算例,采用桥梁承载力可靠度评估模型,建立主梁正截面抗弯承载能力动态可靠度极限状态方程,进行主梁抗弯承载力动态可靠度的计算,参考本文建立的评估等级标准对其承载力进行等级划分。算例分析表明本文建立的承载力评估模型在实际工程中的应用是可行的。
利用ADINA有限元软件,建立喇嘛湾黄河公路大桥上部主梁结构在试验荷载作用下三维实体非线性有限元模型,进行全桥受力仿真分析。计算求得桥梁在不同工况作用下的挠度、应力、应变和自振频率等,通过模拟值与实际检测值的比较,得出桥梁结构的实际承载力,这也反过来验证了桥梁承载力可靠度评估模型及其评估结果的正确性与实用性,为其他类似工程提出可以借鉴的结论。
The bridge receives various factors' function in the process of use, its bearing capacity can reduce to safety level and operation condition cannot satisfy the request. Hence, many service bridges need to carry on the appraisal, then provides the feasible choice for the highway bridge maintain department, takes the reasonable measure to carry on the reinforcement. This article, basing on extractting the predecessor research results, has initially made some research work of Margin of safety appraisal method of bridge supporting capacity and the finite element analysis. The main research contents and conclusions are as follows:
This paper has introduce content of structure reliability theory and computation method, analyzed the attenuation theoretical model of Resisting force which takes the structure resisting force weakening into account, and introduced a kind of simplification computational method. It has discussed compute model of in-service structure bearing capacity reliability which calculated dynamic change of load and resisting force. This paper profited from the structure reliability criterion, and developed research of RC bridge bearing capacity appraisal standard, and proposed one kind of service bridge supporting capacity margin of safety evaluation rank standard, has built a good foundation for the bridge reliability evaluation.
Taking the Lamawan Yellow River Bridge as example, using the above mentioned margin of safety appraisal model, this paper established reliability limiting condition equation which calculates dynamic change of load history and the resisting force along with the time, and finally realizes reliability computation. The appraisal rank division has been used into this bridge. By analysis, it thought that this method which is based on the reliability theory is feasible in the actual project.
By using the ADINA software, it has established 3D finity model under the action of load and has carried through simulation analysis, and lastly obtained bridge response of the stress-strain and frequency and so on. By comparing the simulate value with the examination, it correctly appraised bridge actual bearing capacity, and then validates accuracy of the model this article proposed. Eventually, proposed many useful conclusions which can use to other similar project.
简要介绍了结构可靠度理论及各种计算方法,分析结构抗力衰减的理论模型和简化计算方法;建立了服役RC桥梁考虑荷载和抗力时变效应的承载力可靠度评估模型,同时,提出承载力可靠度评估的计算步骤,实现了桥梁承载力动态可靠度指标的计算。借鉴建筑结构中安全度等级评定规范,展开服役RC桥梁承载力评定标准的研究,提出了一种服役桥梁承载力可靠度评定等级标准,为桥梁可靠性等级评估打下良好基础。
以喇嘛湾黄河公路大桥为工程算例,采用桥梁承载力可靠度评估模型,建立主梁正截面抗弯承载能力动态可靠度极限状态方程,进行主梁抗弯承载力动态可靠度的计算,参考本文建立的评估等级标准对其承载力进行等级划分。算例分析表明本文建立的承载力评估模型在实际工程中的应用是可行的。
利用ADINA有限元软件,建立喇嘛湾黄河公路大桥上部主梁结构在试验荷载作用下三维实体非线性有限元模型,进行全桥受力仿真分析。计算求得桥梁在不同工况作用下的挠度、应力、应变和自振频率等,通过模拟值与实际检测值的比较,得出桥梁结构的实际承载力,这也反过来验证了桥梁承载力可靠度评估模型及其评估结果的正确性与实用性,为其他类似工程提出可以借鉴的结论。
The bridge receives various factors' function in the process of use, its bearing capacity can reduce to safety level and operation condition cannot satisfy the request. Hence, many service bridges need to carry on the appraisal, then provides the feasible choice for the highway bridge maintain department, takes the reasonable measure to carry on the reinforcement. This article, basing on extractting the predecessor research results, has initially made some research work of Margin of safety appraisal method of bridge supporting capacity and the finite element analysis. The main research contents and conclusions are as follows:
This paper has introduce content of structure reliability theory and computation method, analyzed the attenuation theoretical model of Resisting force which takes the structure resisting force weakening into account, and introduced a kind of simplification computational method. It has discussed compute model of in-service structure bearing capacity reliability which calculated dynamic change of load and resisting force. This paper profited from the structure reliability criterion, and developed research of RC bridge bearing capacity appraisal standard, and proposed one kind of service bridge supporting capacity margin of safety evaluation rank standard, has built a good foundation for the bridge reliability evaluation.
Taking the Lamawan Yellow River Bridge as example, using the above mentioned margin of safety appraisal model, this paper established reliability limiting condition equation which calculates dynamic change of load history and the resisting force along with the time, and finally realizes reliability computation. The appraisal rank division has been used into this bridge. By analysis, it thought that this method which is based on the reliability theory is feasible in the actual project.
By using the ADINA software, it has established 3D finity model under the action of load and has carried through simulation analysis, and lastly obtained bridge response of the stress-strain and frequency and so on. By comparing the simulate value with the examination, it correctly appraised bridge actual bearing capacity, and then validates accuracy of the model this article proposed. Eventually, proposed many useful conclusions which can use to other similar project.
引文
[1]吕颖钊.服役混凝土桥梁可靠性评估与寿命预测研究[D].长安大学,2006.
[2]李亚东.既有桥梁评估方法研究[J].铁道学报,1997,第3期.
[3]张俊红.服役桥梁检测、可靠性分析与寿命预测、手工艺数值评估及维修加固技术实用手册[M].建筑科学出版社,2001,第02期.
[4]崔国宏.钢筋混凝土桥梁安全检测方法研究研[D].武汉大学学位论文,2004.
[5]张彦玲等.既有桥梁承载力评估方法研究[J].研究与设计,2003.
[6]包龙生,于玲等.混凝土桥梁损伤诊断与承载力评估述评[J].东北公路,2003,第4期.
[7]邹天一.结构可靠度(交通土建工程专业用)[M].北京:人民交通出版社,1998.
[8]邵旭东.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,2004.
[9]李扬海,鲍卫刚,郭修武,程翔云.公路桥梁结构可靠度与概率极限状态设计[M].北京:人民交通出版社,1997.
[10]张新培.建筑结构可靠度分析与设计[M]北京:科学技术出版社,2001.
[11]赵国藩,金伟良,贡金鑫.结构可靠度理论[M]冲国建筑工业出版社,2000.
[12]杨伟军.服役结构可靠度理论及其应用[M].北京:人民交通出版社,1999.
[13]张建仁,刘扬,许富友,郝海霞.结构可靠度理论及其在桥梁工程中的应用[M].北京:人民交通出版社,2003.
[14]R E Melchers.Sructural reliability analysis and prediction.John Wiley & Sons,1989.
[15]毛应生,丁元林,高中俊.旧桥结构的可靠性评价[N].中国土木工程学会第九届年会论文集,2000.
[16]鲍卫刚,郭修武,郑绍圭.公路桥梁结构承载能力极限状态可靠度研究[M]冲国土木工程学会第九届年会论文集.北京:中国水利水电出版社,2000.
[17]李国强,黄宏伟,郑步全.工程结构荷载与可靠度设计原理[M].北京:中国建筑工业出版社,2001.
[18]李桂青,李秋胜.工程结构时变可靠度理论及其应用[M].北京:科学出版社,2001.
[19]李铁夫.铁路桥梁可靠度设计[M].北京:中国铁道出版社,2006.
[20]禹智涛.既有钢筋混凝土桥梁可靠性评估的若干问题研究[D].华南理工大学学位论文,2003.
[21]王有志等.桥梁的可靠性评估与加固[M].北京:中国水利水电出版社,2002.
[22]黄伟志.既有桥梁可靠性分析[D].浙江大学,2001.
[23]朱娜.既有钢筋混凝土桥梁正截面抗弯承载力评估[D].西南交通大学,2006.
[24]刘加湾.既有混凝土桥梁可靠性分析[D].浙江大学,2003.
[25]牛荻涛.混凝土结构的碳化模式与碳化寿命分析[J].西安建筑科技大学学报,1990,第4期.
[26]牛荻涛,王庆霖.一般大气环境下混凝土强度经时变化模型[J].工业建筑,1995,第6期.
[27]刘西拉.混凝土结构中的钢筋锈蚀及其耐久性计算[J].土木工程学报,]990,第4期.
[28]牛荻涛.混凝土耐久性分析与寿命预测[M].科学出版社,2002.
[29]邱小坛,周燕.混凝土结构耐久性设计方法[J].建筑科学,1997(1).
[30]汤光祥,李海波.混凝土桥梁安全性与耐久陸问题的探讨[J].周外建材科技,2004,第1期.
[31]胡伯学,谢海秋,杨春林.服役钢筋混凝土桥梁承载力衰减研究[J].中南公路工程,2004,第3期.
[32]刘扬,张建仁.钢筋混凝土桥梁服役期间的可靠性评价[J].中国公路学报,2001,02期.
[33]王钧利.服役桥梁检测、可靠性分析与寿命预测[M].北京:中国水利水电出版社,2006.
[34]张彦林等.既有桥梁承载力评估方法研究[J].国防交通工程与技术,2003,第1期.
[35]李亚东.基于设计规范的桥梁承载能力评估[J].桥梁建设,1996,,第2期.
[36]穆加宇.结构可靠度理论在桥梁工程中的应用[D].浙江大学,2002.
[37]吴方伯等.基于时变可靠度的RC梁正截面承载力可靠度评估[J].湖南大学学报,2004,第1期.
[38]姜海波,车惠民.既有铁路混凝土梁疲劳与承载力可靠性评估[J].土木工程学报,2000.
[39]贡金鑫,赵国潘.考虑抗力随时间变化的结构可靠度分析[J].建筑结构学报,1998.
[40]刘猛.服役钢筋混凝土桥梁抗剪承载力评估方法的研究[D].大连理工大学,2003.
[41]袁迎曙,余索.锈蚀钢筋混凝土梁的结构性能退化[J].建筑结构学报,1997,第4期.
[42]徐文平.既有预应力混凝土梁桥承载能力实桥试验及分析研究[D].东南大学学位论文,2006.
[43]施建平.结构可靠度加速算法的探讨[J].2005.
[44]GB50153-1992,工程结构可靠度设计统一标准[S],1992.
[45]GB/T50283-1999,公路工程结构可靠度设计统一标准[S],1999.
[46]GB50068-2001,建筑结构可靠度设计统一标准[S],2002.
[47]GB50292-1999,民用建筑可靠性鉴定标准[S],1999.
[48]JTG H11-2004,公路桥涵养护规范[S].2004.
[49]JTJ/D62-2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范[S].2004.
[50]交通部公路科学研究院、北京新桥技术发展有限公司.喇嘛湾黄河公路大桥检测评估报告[M].2005.
[51]肖长礼,周冬久,魏道平.桥梁上部结构承载能力评定[J].河南交通科技,1999,第5期.
[52]姜海波等.一座既有铁路混凝土梁的承载力可靠性评估[J].桥梁建设,1998,第2期.
[53]Dimitri V Val,Robert E.Melchers.reliability of deteriorating RC slab biridges struct[J].Eng.Asce,1997.
[54]邓兴,王东科.钢筋混凝土桥梁检测与损伤评价[J].石家庄铁道学院学报,2004,5增刊.
[55]岳戈等.ADINA应用基础与实例详解[M].人民交通出版社,2008,7.
[56]张彬,李治国.基于 ADINA 的预应力箱梁承载能力非线性有限元分析[J]辽宁工程技术大学学报增刊I,2008.
[57]ADINA广州代表处.ADINA中文用户手册[M].广州:亚得科技有限公司,2003.
[58]王于晨.钢筋混凝土T梁三维非线性有限元分析[J].公路交通科技,1991,第4期.
[59]颜云辉.结构分析中的有限单元法及其应用[M].沈阳:东北大学出版社,2000.
[60]ADINA广州代表处.ADINA中文培训手册[M].广州:亚得科技有限公司,2003.
[2]李亚东.既有桥梁评估方法研究[J].铁道学报,1997,第3期.
[3]张俊红.服役桥梁检测、可靠性分析与寿命预测、手工艺数值评估及维修加固技术实用手册[M].建筑科学出版社,2001,第02期.
[4]崔国宏.钢筋混凝土桥梁安全检测方法研究研[D].武汉大学学位论文,2004.
[5]张彦玲等.既有桥梁承载力评估方法研究[J].研究与设计,2003.
[6]包龙生,于玲等.混凝土桥梁损伤诊断与承载力评估述评[J].东北公路,2003,第4期.
[7]邹天一.结构可靠度(交通土建工程专业用)[M].北京:人民交通出版社,1998.
[8]邵旭东.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,2004.
[9]李扬海,鲍卫刚,郭修武,程翔云.公路桥梁结构可靠度与概率极限状态设计[M].北京:人民交通出版社,1997.
[10]张新培.建筑结构可靠度分析与设计[M]北京:科学技术出版社,2001.
[11]赵国藩,金伟良,贡金鑫.结构可靠度理论[M]冲国建筑工业出版社,2000.
[12]杨伟军.服役结构可靠度理论及其应用[M].北京:人民交通出版社,1999.
[13]张建仁,刘扬,许富友,郝海霞.结构可靠度理论及其在桥梁工程中的应用[M].北京:人民交通出版社,2003.
[14]R E Melchers.Sructural reliability analysis and prediction.John Wiley & Sons,1989.
[15]毛应生,丁元林,高中俊.旧桥结构的可靠性评价[N].中国土木工程学会第九届年会论文集,2000.
[16]鲍卫刚,郭修武,郑绍圭.公路桥梁结构承载能力极限状态可靠度研究[M]冲国土木工程学会第九届年会论文集.北京:中国水利水电出版社,2000.
[17]李国强,黄宏伟,郑步全.工程结构荷载与可靠度设计原理[M].北京:中国建筑工业出版社,2001.
[18]李桂青,李秋胜.工程结构时变可靠度理论及其应用[M].北京:科学出版社,2001.
[19]李铁夫.铁路桥梁可靠度设计[M].北京:中国铁道出版社,2006.
[20]禹智涛.既有钢筋混凝土桥梁可靠性评估的若干问题研究[D].华南理工大学学位论文,2003.
[21]王有志等.桥梁的可靠性评估与加固[M].北京:中国水利水电出版社,2002.
[22]黄伟志.既有桥梁可靠性分析[D].浙江大学,2001.
[23]朱娜.既有钢筋混凝土桥梁正截面抗弯承载力评估[D].西南交通大学,2006.
[24]刘加湾.既有混凝土桥梁可靠性分析[D].浙江大学,2003.
[25]牛荻涛.混凝土结构的碳化模式与碳化寿命分析[J].西安建筑科技大学学报,1990,第4期.
[26]牛荻涛,王庆霖.一般大气环境下混凝土强度经时变化模型[J].工业建筑,1995,第6期.
[27]刘西拉.混凝土结构中的钢筋锈蚀及其耐久性计算[J].土木工程学报,]990,第4期.
[28]牛荻涛.混凝土耐久性分析与寿命预测[M].科学出版社,2002.
[29]邱小坛,周燕.混凝土结构耐久性设计方法[J].建筑科学,1997(1).
[30]汤光祥,李海波.混凝土桥梁安全性与耐久陸问题的探讨[J].周外建材科技,2004,第1期.
[31]胡伯学,谢海秋,杨春林.服役钢筋混凝土桥梁承载力衰减研究[J].中南公路工程,2004,第3期.
[32]刘扬,张建仁.钢筋混凝土桥梁服役期间的可靠性评价[J].中国公路学报,2001,02期.
[33]王钧利.服役桥梁检测、可靠性分析与寿命预测[M].北京:中国水利水电出版社,2006.
[34]张彦林等.既有桥梁承载力评估方法研究[J].国防交通工程与技术,2003,第1期.
[35]李亚东.基于设计规范的桥梁承载能力评估[J].桥梁建设,1996,,第2期.
[36]穆加宇.结构可靠度理论在桥梁工程中的应用[D].浙江大学,2002.
[37]吴方伯等.基于时变可靠度的RC梁正截面承载力可靠度评估[J].湖南大学学报,2004,第1期.
[38]姜海波,车惠民.既有铁路混凝土梁疲劳与承载力可靠性评估[J].土木工程学报,2000.
[39]贡金鑫,赵国潘.考虑抗力随时间变化的结构可靠度分析[J].建筑结构学报,1998.
[40]刘猛.服役钢筋混凝土桥梁抗剪承载力评估方法的研究[D].大连理工大学,2003.
[41]袁迎曙,余索.锈蚀钢筋混凝土梁的结构性能退化[J].建筑结构学报,1997,第4期.
[42]徐文平.既有预应力混凝土梁桥承载能力实桥试验及分析研究[D].东南大学学位论文,2006.
[43]施建平.结构可靠度加速算法的探讨[J].2005.
[44]GB50153-1992,工程结构可靠度设计统一标准[S],1992.
[45]GB/T50283-1999,公路工程结构可靠度设计统一标准[S],1999.
[46]GB50068-2001,建筑结构可靠度设计统一标准[S],2002.
[47]GB50292-1999,民用建筑可靠性鉴定标准[S],1999.
[48]JTG H11-2004,公路桥涵养护规范[S].2004.
[49]JTJ/D62-2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范[S].2004.
[50]交通部公路科学研究院、北京新桥技术发展有限公司.喇嘛湾黄河公路大桥检测评估报告[M].2005.
[51]肖长礼,周冬久,魏道平.桥梁上部结构承载能力评定[J].河南交通科技,1999,第5期.
[52]姜海波等.一座既有铁路混凝土梁的承载力可靠性评估[J].桥梁建设,1998,第2期.
[53]Dimitri V Val,Robert E.Melchers.reliability of deteriorating RC slab biridges struct[J].Eng.Asce,1997.
[54]邓兴,王东科.钢筋混凝土桥梁检测与损伤评价[J].石家庄铁道学院学报,2004,5增刊.
[55]岳戈等.ADINA应用基础与实例详解[M].人民交通出版社,2008,7.
[56]张彬,李治国.基于 ADINA 的预应力箱梁承载能力非线性有限元分析[J]辽宁工程技术大学学报增刊I,2008.
[57]ADINA广州代表处.ADINA中文用户手册[M].广州:亚得科技有限公司,2003.
[58]王于晨.钢筋混凝土T梁三维非线性有限元分析[J].公路交通科技,1991,第4期.
[59]颜云辉.结构分析中的有限单元法及其应用[M].沈阳:东北大学出版社,2000.
[60]ADINA广州代表处.ADINA中文培训手册[M].广州:亚得科技有限公司,2003.