陳 默

蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院（730070）

我國自20世紀(jì)80年代起橋梁工程的工作重點逐步轉(zhuǎn)移到養(yǎng)護(hù)維修、鑒定評估和加固改造方面。因此，合理評估與預(yù)測現(xiàn)有混凝土橋梁的承載能力與剩余壽命,具有重要的安全、技術(shù)與經(jīng)濟(jì)意義。

1 結(jié)構(gòu)使用壽命預(yù)測的一般方法

使用壽命與材料性能、細(xì)部構(gòu)造、暴露狀態(tài)、劣化機理等許多因素及其相互作用有關(guān)而難以量化,目前對結(jié)構(gòu)使用壽命的預(yù)測通常只能考慮其中的一個主要因素,主要方法有:

1）基于經(jīng)驗的預(yù)測方法:根據(jù)試驗室和現(xiàn)場大量試驗結(jié)果與經(jīng)驗積累，對使用壽命作半定量預(yù)測，包含了經(jīng)驗知識和推理。

2）基于類比的預(yù)測方法:假定混凝土在某一期限內(nèi)是耐久的，則相似環(huán)境下的相似混凝土也將有同樣的壽命。

3）基于加速試驗的預(yù)測方法:混凝上結(jié)構(gòu)的耐久性試驗多采用加速試驗，依據(jù)試驗后的損傷程度，對使用壽命進(jìn)行預(yù)測，應(yīng)用范圍有限制。

4）基于數(shù)學(xué)理論模型的預(yù)測方法:對所評估的結(jié)構(gòu)研究得比較透徹，通過建立計算壽命的模型，并結(jié)合測試數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，推斷其剩余壽命的辦法。

5）其他方法:基于力學(xué)理論模型的預(yù)測方法、基于概率分析的預(yù)測方法、基于灰色理論的預(yù)測方法等。

2 基于可靠性理論的橋梁結(jié)構(gòu)剩余使用壽命預(yù)測

可靠度方法建立在可靠度—時間關(guān)系的基礎(chǔ)上，認(rèn)為結(jié)構(gòu)可靠度衰減到可接受的最小值或者失效概率增大到可接受的最大值的時間為使用壽命。對結(jié)構(gòu)進(jìn)行評估，并準(zhǔn)確的預(yù)測其剩余使用壽命具有重要的工程意義。文獻(xiàn)[1]提出了已知β反求時間t的思路，并結(jié)合文獻(xiàn)[3]所述的可靠性評定標(biāo)準(zhǔn)，引入目標(biāo)可靠指標(biāo)βm，最終實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)剩余使用壽命的預(yù)測。對現(xiàn)存結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測的可靠度分析應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)已承受過荷載作用而并沒有破壞這一特點?，F(xiàn)存結(jié)構(gòu)在將來某段時間內(nèi)的失效概率是某一使用荷載a(驗證荷載)發(fā)生后的條件概率。在實際工程中，很難獲得某一具體結(jié)構(gòu)的驗證荷載。所以可以通過考慮結(jié)構(gòu)已使用年限內(nèi)安全工作的條件概率來預(yù)測。

設(shè)結(jié)構(gòu)的壽命為X，其分布函數(shù)為F(X)，則結(jié)構(gòu)的壽命大于x的概率可以表示為:

結(jié)構(gòu)在X內(nèi)的失效概率為 Pf(x)=F(x)=Φ(-βx),其中βx為結(jié)構(gòu)在:x內(nèi)的可靠指標(biāo)，隨著x的變化而變化，是一個動態(tài)可靠指標(biāo)。

若該結(jié)構(gòu)己經(jīng)運行了t0,則它的剩余壽命Y可以表示為:

結(jié)構(gòu)的剩余壽命Y大于某一個T的概率應(yīng)該為一條件概率，即

相應(yīng)的失效概率為:

由此可得結(jié)構(gòu)在剩余使用壽命期T內(nèi)的可靠指標(biāo)為:

結(jié)合文獻(xiàn)[1]所述，按照結(jié)構(gòu)安全性等級劃分的標(biāo)準(zhǔn)，至少應(yīng)滿足 b級，相應(yīng)的可靠指標(biāo)為βb=2.7，即βT≥βb。

由此，可以推導(dǎo)出:

式中Φ(ΒT+t0)可按文獻(xiàn)[3]所講方法計算，所以上式是T+t0的函數(shù)，可以求解，所以結(jié)構(gòu)剩余壽命可預(yù)測。

3 結(jié)束語

1）在已有研究成果的基礎(chǔ)上,簡單介紹了結(jié)構(gòu)使用壽命預(yù)測的一般方法和基于可靠性理論的橋梁結(jié)構(gòu)剩余使用壽命預(yù)測得方法。2）在役橋梁達(dá)到剩余使用壽命終點也并不意味著橋梁的完全失效,而是不宜再繼續(xù)承載,需要對主要承重構(gòu)件進(jìn)行加固。

[1]穆加宇.結(jié)構(gòu)可靠性理論在橋梁工程中的應(yīng)用.

[2]鄒挑花.結(jié)構(gòu)可靠性理論在橋梁狀態(tài)評估和壽命預(yù)測中的應(yīng)用[J].科學(xué)論壇,2008,1（下）:21-22.

[3]徐禮軍.現(xiàn)役橋梁結(jié)構(gòu)動態(tài)可靠度應(yīng)用研究.

[4]劉斌云,霍達(dá).現(xiàn)有混凝土橋梁結(jié)構(gòu)剩余壽命預(yù)測方法研究[J].市政·交通·水利工程設(shè)計（2008）02-0078-04:78-80.