劉　俊，韋修箭

(中交第二公路勘察設計研究院有限公司，湖北 武漢　410052)

?

橋梁維修加固后時變可靠度評估與剩余壽命研究

劉俊，韋修箭

(中交第二公路勘察設計研究院有限公司，湖北 武漢410052)

摘要：我國基礎設施建設不斷發(fā)展，公路里程在不斷增加的同時公路質(zhì)量也需要同時提升上來，其不僅僅是為了完善我國整個交通規(guī)劃，更是為提高我國公路等級打好基礎。對橋梁維修加固后時變可靠度進行評語以及研究剩余壽命，其研究意義在于既能夠?qū)σ呀?jīng)完成加固工作的橋梁進行各項指標的評定以及預測剩余壽命，目的在于能夠在了解加固效果的基礎上發(fā)現(xiàn)更多潛在的問題，從而為后續(xù)的維修或加固等工作提供決策上的幫助。

關鍵詞：橋梁維修加固；時變可靠度；剩余壽命研究

1橋梁維修加固后時變可靠度評估與剩余壽命研究的重要性

橋梁作為我國交通事業(yè)中的重要組成部分，其在建設滯后必然要經(jīng)歷新建、運營、老化的過程，特別是在運營過程中各種因素的影響，橋梁的性能會逐漸降低。目前我國屬于危橋、舊橋的數(shù)量較大，針對這方面橋梁進行維修加固之后如何保證其承載力、預測剩余壽命十分重要。目前在一些發(fā)達國家，其橋梁建設的重點不是放在新建橋梁方面，而是轉(zhuǎn)移到了舊橋的維修與加固上，通過實際的經(jīng)驗，一般一座橋梁的維修加固費用占到了新建一座橋梁費用的10%~20%左右為此探析橋梁維修加固后時變可靠度評估與研究剩余壽命不僅能夠更好的提高我國現(xiàn)代交通服務質(zhì)量，同時為提供經(jīng)濟效益、社會效益也有一定的積極意義。

2針對橋梁維修加固后時變可靠度評估

(1)響應面法在時變可靠度中的應用。針對橋梁的可靠度分析，考慮到在實際的橋梁工程中存在著十分復雜的難題，以往采用結(jié)構分析程序，但是效果并不明顯。采用響應面方法能夠有效解決此類問題。其作為一項統(tǒng)計學的技術，主要解決的是結(jié)構體系的輸入與輸出的轉(zhuǎn)換關系的問題。借助響應面法，去借助有限的實驗代替一個真實曲面關系，從而應用于可靠度分析更加簡單。第一步，在選擇表達式時，一定要考慮到簡單，同時需要考慮到能夠?qū)⒉煌螤畹那嬲鎸嵉姆从吵鰜?；第二步，在選擇樣本點時，需要通過抽樣的方式，一般常用的方式有Box-Behnken矩陣設計法、CCD法兩種；第三步，將響應面法真正應用到可靠度的計算中。由于利用功能函數(shù)在分析可靠度時答案可能并不明確，因此需要將可靠指標計算的一次二階矩法與響應面法兩者結(jié)合起來。

(2)關于針對橋梁在服役期間時變可靠度的分析。這是由于擬建結(jié)構的可靠度分析并不能直接作用在服役結(jié)構的可靠度分析，因此在實際過程中需要作出相應的調(diào)整。一般，出現(xiàn)問題的方面在于在計算的過程中未將構件抗力變化的影響納入到考慮范圍，最終導致計算結(jié)果出現(xiàn)偏差。因此在針對目標可靠指標的調(diào)整時可以采用年失效概率相等法與規(guī)范直接取值法兩種。

在針對荷載模型的修正時，需要分清楚荷載屬于哪種類型，根據(jù)作用時間可以將荷載分為偶然荷載、可變荷載以及永久荷載。想要獲得充足的數(shù)據(jù)就需要在既有的資料的基礎上對其作出修正，只有這樣才能夠真正作用在服役結(jié)構的可靠指標計算中。由于偶然荷載意義不大，因此重點闡述可變荷載與永久荷載的修正。針對可變荷載，一般比較常用的是采用一來時間參數(shù)T的隨機過程概型。目前我國規(guī)定是采用平穩(wěn)二項隨機過程。針對永久荷載，考慮到其特點采用隨機變量概率模型，根據(jù)實踐經(jīng)驗由于橋梁受到了磨損等因素的影響，橋梁的內(nèi)部結(jié)構的有效尺寸主要受到時間的影響。

(3) 材料性能的時變可靠度分析。由于材料受到外界等各種因素的影響，材料的不定性特點更加明顯。第一，橋梁鋼筋的抗拉強度，一般情況下，在保證正常的工藝制作環(huán)境下熱軋鋼筋其都帶有明顯的屈服點與屈服平臺。具體表現(xiàn)為當鋼筋表面出現(xiàn)浮銹，截面損失小于1%，其各項指標與母材相同，當鋼筋出現(xiàn)較為嚴重的腐蝕時，整個應力—應變曲線就會發(fā)生明顯變化；第二，混凝土彈性模量。從理論上進行分析，起初混凝土彈性模量為零，由于水化反應的不斷加深，其混凝土彈性模量呈現(xiàn)出單調(diào)遞增的現(xiàn)象，最后維持在一個穩(wěn)定狀態(tài)，然后在實際中由于各種因素的影響混凝土內(nèi)部容易遭到破壞從而影響混凝土彈性模量；第三，鋼筋與混凝土粘結(jié)性能，鋼筋埋置在混凝土當中，發(fā)生銹蝕之后其粘結(jié)性能就會產(chǎn)生變化。

3針對橋梁維修加固后剩余壽命研究

3.1采用層次分析法

第一步，建立一個層次分析模型。將復雜問題進行分解成一個個單一的元素，再將這些元素按照不同的屬性進行分組，將同一個層次的元素作為準則，支配下個層次的部分元素，同時受到上個層次元素的支配，這種從上到下的關系組成了一個遞階層次；第二步，在完成了遞階層次的建立之后，整個結(jié)構之間的隸屬關系被確定，為了能夠保證數(shù)據(jù)的準確性，需要考慮到主觀因素的影響，因此需要比較同一個指標之內(nèi)的每一個指標的相對重要性，形成一個判斷矩陣；第三步，計算每個指標的權重值?？梢圆捎酶ā⒆钚《朔?、特征根方法、和法等；第四步，檢驗之前得到的判斷矩陣的一致性。其需要在計算出每個指標的權重與權重分配的合理性，才能夠進行一致性檢驗。

從某種意義上而言，層次分析法屬于一種決策思維方式，將其應用在橋梁工程當中，使得整個橋梁分為橋基、梁板、支座、橋面系，根據(jù)不同指標將橋梁分為準則層、指標層、目標層，如此建立起一個多元的評價模型，

3.2模糊綜合評價法的應用

(1)關于隸屬度。在對橋梁的剩余壽命的研究，其中涵蓋了許多因素，因此將模糊理論應用其中能夠有效解決這個問題。首先，模糊集合理論作為模糊理論的基礎，正好符合針對橋梁剩余壽命的研究工作。正是由于事物的復雜性，正好符合模糊理論。針對橋梁的聲譽壽命的研究，將被研究的橋梁分為若干個結(jié)構，將所有結(jié)構統(tǒng)稱為論域，將每一個結(jié)構稱為元素。關于隸屬度的確定，目前仍然處于一個不斷反饋、校正的階段，主要使用的有專家確定法、多相模糊統(tǒng)計法、隸屬函數(shù)確定法、綜合加權法等等，其中專家確定法其主觀以專家經(jīng)驗為準，得到一個具體的隸屬度數(shù)值，雖然這種方式有一定的誤差性，但是最終結(jié)果也比較接近實際結(jié)果。多相模糊統(tǒng)計法，是隨機組成一個專家組，作出一個多相模糊統(tǒng)計，從而獲得隸屬度。而隸屬函數(shù)確定法是在針對橋梁剩余壽命研究的具體的情況下選擇分布函數(shù)為隸屬函數(shù)，不管是哪種方法的采用，其最終得到的隸屬度都需要經(jīng)過實踐驗證。

4結(jié)語

總而言之，針對橋梁維修加固后的時變可靠度分析與剩余壽命的研究，有利于我國橋梁工程的進一步發(fā)展。針對該課題做出了一些基本的研究，針對正在服役的橋梁結(jié)構其時變可靠度的計算主要依靠了荷載修正與建立抗力衰減模型，其中的抗力衰減模型需要充分考慮到材料的時變性能，由于橋梁結(jié)構在進行了維修加固之后其工作性能已經(jīng)同原結(jié)構有一定的差別，因此在針對剩余壽命的研究方面也需要考慮到這一方面的影響，從而為實際的研究工作提供更加準確的數(shù)據(jù)資料。

參考文獻：

[1]帥長斌,張銀龍,常大民等.基于響應面法的橋面結(jié)構可靠度近似計算[J].中國公路學報, 2012,18(3):102.

[2]楊偉軍,張建仁,梁興文.基于動態(tài)可靠度的服役橋梁維修加固策略[J].中國公路學報, 2012,14(3):153-154.

[3]劉海,姚繼濤,牛荻濤.鋼筋混凝土結(jié)構基于銹脹開裂壽命準則的耐久性設計方法[J].西安建筑科技大學學報(自然科學版),2009,19(1):203.

The exploration and analysis of time-dependent reliability evaluation and residual life research after bridge maintenance and reinforcement

LIU Jun, WEI Xiu-jian

(The Second Highway Survey and Design Institute Co.，Ltd.，Wuhan,Hubei 410052，China)

Abstract:With the development of our country’s infrastructure construction, the highway quality should improve with the increase of highway mileage; it was not only for the perfection of the whole traffic planning, but also for laying a solid foundation to improve highway level. The paper explore and analyze the time-dependent reliability evaluation and residual life research after bridge maintenance and reinforcement. The significance of this research was that it can evaluate various index of reinforced bridge and predict residual life, and aimed to find more potential problems on the basic of investigation reinforcement effect, which can provide decision-making help for the subsequent maintenance and reinforcement work.

Keywords:bridge maintenance and reinforcement;time-dependent reliability;residual life research

中圖分類號：U442

文獻標識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)01-0083-02

收稿日期：2015-06-12