基于概率理论的预应力混凝土桥梁结构可靠度研究

论文摘要

预应力混凝土桥梁在初始缺陷、自然环境、不断增加的交通流量和车辆荷载(甚至超载)以及材料内部因素的共同作用下,随着时间的推移,在材料、构件和结构三个层次上出现了不同程度的损伤,这些损伤的积累必然导致桥梁承载力下降、性能劣化、耐久性降低,影响其正常使用。如何合理评估在役预应力混凝土桥梁的可靠性,已逐渐成为国内外桥梁学术界研究的热点问题之一。目前关于在役预应力混凝土桥梁可靠度研究不多,这正是本文研究的出发点。本文基于“随机可靠度”相关理论和方法,分别对承载能力极限状态下、正常使用极限状态下的在役预应力混凝土桥梁的可靠性评估进行研究,主要研究内容和结果如下:对承载能力极限状态下的在役预应力混凝土桥梁,引入8个系数(桥梁结构验算系数、承载能力恶化系数、混凝土截面折减系数、钢筋锈损率、锈蚀钢筋强度降低系数、锈蚀钢筋与混凝土协同工作系数、管道偏差修正系数、混凝土强度修正系数)和2个随机变量(考虑抗力参数测试影响的随机变量、考虑抗力计算模式不定性影响的随机变量),构造了在役预应力混凝土桥梁构件受剪和受弯抗力概率模型。汽车荷载效应的概率模型考虑了评估基准期和活载影响修正系数两方面因素。人群荷载效应的概率模型考虑了评估基准期单方面因素。对正常使用极限状态下的在役预应力混凝土桥梁,对主梁正截面上下缘有效应力抗力概率模型、自重效应概率模型、汽车和人群荷载效应概率模型以及可靠度评估流程、应力失效准则、最低可靠指标、全预应力混凝土和部分预应力A类构件正截面应力可靠度评估的功能函数等进行了深入研究,建立了全预应力混凝土构件及部分预应力混凝土构件抗力概率模型,提出了正常使用极限状态下在役预应力混凝土桥主梁正截面上下缘应力可靠度评估方法。此外,通过试验测试和统计分析,对预应力筋有效预应力的分布规律和统计参数进行了初步研究。经假设检验,有效预应力实测值与理论值比值随机变量服从正态分布。采用以上研究成果,对一座服役23年的预应力混凝土梁桥进行了可靠性评估,验证了本文提出的分析方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 在役预应力混凝土桥梁结构性能评估方法
• 1.2.2 在役预应力混凝土桥梁可靠度研究现状
• 1.3 主要研究内容
• 第二章 结构可靠度基本理论
• 2.1 基本概念
• 2.2 结构可靠度计算
• 2.2.1 R-F 变换
• 2.2.2 可靠度计算方法
• 2.2.3 随机变量的转换
• 2.3 小结
• 第三章 承载能力极限状态下的在役预应力混凝土桥梁可靠度评估
• 3.1 抗力概率模型分析
• 3.1.1 抗力影响因素及测试方法
• 3.1.2 抗力概率模型
• 3.2 荷载效应概率模型分析
• 3.2.1 恒载及恒载效应
• 3.2.2 活载及活载效应
• 3.3 可靠度评估
• 3.3.1 评估流程
• 3.3.2 失效准则和可靠等级
• 3.3.3 目标可靠指标和最低可靠指标
• 3.3.4 可靠度计算
• 3.4 小结
• 第四章 正常使用极限状态下的在役预应力混凝土桥梁可靠度评估
• 4.1 引言
• 4.2 抗力分析
• 4.3 荷载效应分析
• 4.3.1 恒载效应（自重效应）
• 4.3.2 活载效应
• 4.4 可靠度评估
• 4.4.1 评估流程
• 4.4.2 应力失效准则
• 4.4.3 最低可靠指标
• 4.4.4 可靠度计算
• 4.5 小结
• 第五章 算例分析
• 5.1 工程背景
• 5.2 承载能力极限状态可靠度评估
• 5.2.1 可靠度评估
• 5.2.2 系数灵敏度分析
• 5.3 正常使用极限状态可靠度评估
• 5.4 小结
• 第六章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢