銀鑫　姚海鷹

公路預應力混凝土橋梁的可靠度分析

銀鑫姚海鷹

近年來隨著科學技術的不斷發(fā)展，人們對工程結構的認識也在不斷加深，對結構分析和設計的要求越來越高，更多人開始重視不確定性因素的處理與研究，因此目前結構分析與設計的科學性與合理性更高，也更加符合實際情況。鑒于此，筆者結合自己的工作經(jīng)驗，從不同角度針對公路預應力混凝土橋梁的可靠度展開了分析，希望可以為同行帶來一些參考。

公路；預應力混凝土；橋梁；可靠度

傳統(tǒng)工程結構分析通常會將相關信息看成是確定性的東西，在一定條件下是必然要發(fā)生的存在定量關系或者確定數(shù)值的事物，實際上工程結構中存在著很多不確定因素，近年來隨著時代的發(fā)展，人們對工程結構的認識程度不斷加深，對工程結構的設計及分析要求逐漸提高，這種情況下人們開始重視不確定性信息的處理，與以前的工程結構相比要更加科學、合理一些。結構可靠性分析的應用克服了以前定值方法在應用過程中暴露的不足，可以對工程結構中存在的不確定性因素進行合理考慮，并對各種結構可靠度進行統(tǒng)一衡量，這樣就可以將工程結構的設計、施工及驗收等規(guī)范在可靠性理論分析的基礎上進行統(tǒng)一協(xié)調(diào)，從而獲得更高的經(jīng)濟和社會效益。

1　公路橋梁荷載及抗力概率模型

1.1作用與作用效應分析

本文索要研究的恒載是指結構橋梁與附加建筑的重力荷載，具體來說是水泥或瀝青混凝土鋪裝層自重以及預應力混凝土梁預制構件自重等，在具體工程中可以將橋梁結構自重荷載看成是橋面鋪裝層自重及橋梁結構自重按照相應比例疊加之后得到的荷載。恒載屬于永久作用，它隨時間的變化非常小，因此可以將其看作是設計基準期中保持恒定的量值，利用隨機變量概率模型對其進行分析。據(jù)相關資料顯示，我國學者共在9省針對18座水泥混凝土橋面、18座瀝青混凝土橋面中展開了實測調(diào)查，得到數(shù)據(jù)2095個，有關瀝青混凝土橋面厚度數(shù)據(jù)2045個，總分布面積達28140多平方米，利用隨機抽樣的方式在14個省、市以及自治區(qū)中的42個預制場中對鋼筋混凝土進行了實測。并對實測數(shù)據(jù)中的異常值進行剔除處理，并將其作為對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析的數(shù)據(jù)。

表1　橋面鋪裝層厚度、容重及構件自重統(tǒng)計分析結果

橋梁恒載主要由橋面重和構件重組成，需要將這些統(tǒng)計參數(shù)結合在一起，按照統(tǒng)計學原理服從正態(tài)分布，同時在任意點上結構實測自重Gi的概率分布也服從于正態(tài)分布，因此可以算出實測自重的統(tǒng)計參數(shù)。

1.2車輛荷載模型

車輛荷載是車輛在行駛過程中對橋梁產(chǎn)生的力，因為模型同時在時間與空間上存在雙重隨機性，因此可以利用隨機過程概率模型對其展開模擬，通?？梢岳密囍?、軸距、車輛通過觀測點的時刻等參數(shù)對模型進行描述，因為車輛荷載具有很強的隨機性，建立模型往往需要大量數(shù)據(jù)和資料。我國交通部根據(jù)相關統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)針對汽車荷載及荷載效應展開了比較詳盡的統(tǒng)計分析，利用“公路車輛動態(tài)測試儀”針對汽車荷載展開了一系列調(diào)查，在江蘇揚州、河北承德等多個地點展開了測試，這些測量的車輛其交通情況不同，直接反映了我國不同界別公路的車流情況，通過連續(xù)5d的檢測，得到了共6萬多輛車的數(shù)據(jù)，同時還利用人工方法得到了300多輛汽車的自然擁堵情況，這些數(shù)據(jù)共同構成了汽車荷載效應分析基礎。

2　承載能力極限狀態(tài)可靠度分析

簡支橋梁在梁式橋中是應用最為廣泛的一種橋型，它的受力非常簡單，適用T形梁等構造簡單的截面形式，在體系文編以及張拉預應力等情況下不會在梁中產(chǎn)生附加壓力，設計及計算非常方便，各種標準跨徑裝配式結構中都適用，因為簡支梁屬于靜定結構，其結構內(nèi)力不會受到地基變形等相關因素的影響，機上對基礎要求比較低，可以在地基交叉的橋址上建橋，通常多孔簡支梁橋相鄰橋孔都各自受力，以便施工管理的簡化以及橋梁的架設和預制，施工費用也比較低，所以目前在我國城市的跨河橋梁及高架橋中得到了廣泛的應用。

通常在設計過程中采用跨中正彎矩展開控制，如果跨徑增大，跨中恒載及活載就會加劇，如果恒載彎矩比例非常大，其結構能夠承載的能力就會相應減小，結構恒載減小了，抵抗活載的能力增大。現(xiàn)階段預應力混凝土簡支梁的最大跨徑為76m，如果跨徑超過了50m，那么就會為工地施工帶來困難，也不能體現(xiàn)出經(jīng)濟性的原則。

在結構可靠性分析過程中，因為每個因素都會對結構失效造成不同程度的影響，因此結構可靠性分析的一種重要標準就是研究不同因素對可靠度的影響。但是現(xiàn)階段并沒有針對靈敏度形成統(tǒng)一的定義，不同研究者的研究利用的定義都不同，但是通常情況下隨機變量靈敏度分析應從兩方面進行分析：①隨機變量分布參數(shù)的分析，又被稱為分布參數(shù)的敏感度；②當分布參數(shù)一定，極限狀態(tài)方程因為受到隨機變量的影響，對結構可靠度產(chǎn)生了影響，這時被稱為極限狀態(tài)下方程參數(shù)的敏感度。

通過進一步的分析與研究，發(fā)現(xiàn)目前新舊規(guī)范對橋梁敏感性分析存在一致的規(guī)律，同時橋梁可靠指標受到預應力鋼筋抗拉強度的影響非常大，車輛荷載效應、腹板及翼緣厚度的變異性對構件可靠度影響比較小，在進行可靠度簡化計算時，可以將其作為常數(shù)進行處理。

3　正常使用極限狀態(tài)可靠度分析

承載能力極限狀態(tài)對結構安全性提出了要求，處于這種極限狀態(tài)下設計的公路橋梁結構構件在設計過程中，極限狀態(tài)的正常使用往往起到了控制性的作用，對應結構適用性及及耐久性要求，提出了抗裂性、應力及撓度等方面的限制，這種極限狀態(tài)目前相關標準中提出了目標可靠指標及各指標的限值，但是并沒有對各規(guī)定的可靠度水平進行明確規(guī)定。隨著預應力混凝土橋梁應用越來越廣泛，其正常使用問題開始引起人們的關注，特別是在抗裂性分析上，因為受到各種主觀因素的影響，其中一些內(nèi)容已經(jīng)不能適應技術發(fā)展的步伐，因此在抗裂可靠性上出現(xiàn)了一些問題。

新舊橋規(guī)將預應力混凝土構件抗裂性驗算分成斜截面和正截面兩個部分，本文僅針對正截面抗裂性可靠度進行分析。按照新橋規(guī)，預應力混凝土構件在正截面抗裂性驗算時，應符合以下要求：

式中：σst表示荷載短期效應組合下，梁底緣產(chǎn)生的混凝土法向應力。σpc表示將全部預應力損失的預加力扣除以后，在梁底緣產(chǎn)生的混凝土預壓應力；0.85σpc表示結構構件應具有的抗力。利用σpc與0.85的乘積作為保證新舊規(guī)范之間銜接的重要依據(jù)。

4　結語

綜上所述，新舊規(guī)范在抗彎承載能力極限狀態(tài)下的可靠指標都比較高，因為新橋規(guī)汽車荷載計算模式中做了一些改進，加上得到的效應也比舊橋規(guī)計算結果高一些，所以可靠指標要較舊規(guī)范低一些。橋梁結構可靠性的影響因素有很多，但是能夠起到控制可靠指標作用的并不多，其中預應力鋼筋抗拉強度的可靠度影響最大，其他印度的影響都比較小，因此在可靠度簡化計算過程中可以將其當做常量進行處理。

[1]粟洪，程進.神經(jīng)網(wǎng)絡技術在預應力混凝土橋梁可靠度分析中的應用[J].結構工程師，2009（2）：71～76.

[2]魯乃唯，劉揚，彭暉.預應力CFRP板加固混凝土梁橋的可靠度分析[J].公路交通科技，2014（12）：58～66.

[3]賈劍山，董峰輝.基于不同規(guī)范的滿堂支架現(xiàn)澆施工連續(xù)梁橋可靠性對比分析[J].公路交通技術，2015（3）：65～68.

[4]鄔曉光，李冀弘，宋偉偉.基于改進響應面法的在役PC橋梁承載力可靠性[J].長安大學學報（自然科學版），2012（3）：53～57.

[5]黃瀅，衛(wèi)軍，董榮珍.環(huán)境因素與疲勞荷載耦合作用下預應力混凝土結構性能研究現(xiàn)狀與展望[J].混凝土，2015（7）：131～135+139.

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2015-9-25