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在役钢筋混凝土桥梁的耐久性评估与剩余寿命预测

作　者: 谢立安
导　师: 张谢东
学　校: 武汉理工大学
专　业: 公路桥梁与渡河工程
关键词: 在役钢筋混凝土桥梁结构抗力衰减荷载效应时变可靠度剩余寿命预测
分类号: U448.34
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

在役钢筋混凝土桥梁的特点是结构抗力随时间不断衰减,其耐久性评估与剩余寿命预测是桥梁工程领域内广为关注的问题之一。本文在总结前人研究成果的基础上,主要开展了以下几个方面的研究:首先,根据混凝土碳化、混凝土强度的经时变化以及钢筋锈蚀等因素对在役钢筋混凝土桥梁结构抗力衰减的影响机理,在基于混凝土的截面宽度、有效高度和受压区高度在结构服役期间变化很小可以忽略的假定上,给出在役钢筋混凝土桥梁的结构抗力衰减模型。其次,利用平稳二项随机过程和荷载效应与荷载之间呈线性关系的理论知识推导出在役钢筋混凝土桥梁的恒载效应与车辆荷载效应在设计基准期内和目标评估期内的最大值分布函数以及车辆荷载效应随车辆荷载交通量增长的目标评估期内的最大值分布函数,同时给出在役钢筋混凝土桥梁时变可靠度分析时车辆荷载效应的最终计算结果。再次,给出在役钢筋混凝土桥梁时变可靠度分析的数学模型以及用中心点法计算在役钢筋混凝土桥梁时变可靠指标的计算公式。依据在役钢筋混凝土桥梁的结构重要程度和使用情况等因素给出目标评估期内结构的目标可靠度或目标可靠指标,并以承载力寿命准则为基础,运用结构时变可靠度理论对在役钢筋混凝土桥梁的技术使用寿命与技术剩余使用寿命进行预测,同时还给出技术使用寿命与技术剩余使用寿命的预测步骤。然后,结合桥梁全寿命周期内运营成本的灰色性和跳跃性特征,采用改进的不等时距的GM(1,1)模型和改进的不等时距的灾变预测模型来预测在役钢筋混凝土桥梁每年的运营成本,并以年平均成本最小为目标,鉴于开口向上的二次抛物线在其对称轴处取得最小值的特性,给出在役钢筋混凝土桥梁的经济使用寿命与经济剩余使用寿命的预测方法。最后,结合海南省三亚市三亚大桥新加宽桥,给出资料不详的在役钢筋混凝土桥梁的耐久性评估与剩余寿命预测的方法。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第1章绪论  10-16
  1.1 课题背景及研究意义  10-11
  1.2 国内外的研究现状  11-13
  1.3 存在的问题  13-14
  1.4 本文的主要研究内容  14-16
第2章在役钢筋混凝土桥梁的结构抗力衰减模型  16-32
  2.1 混凝土碳化  16-21
    2.1.1 混凝土碳化的概念、机理、危害和影响因素  16-17
    2.1.2 混凝土碳化深度的预测模型  17-20
    2.1.3 混凝土碳化残量  20
    2.1.4 混凝土碳化对构件截面几何特征的影响  20-21
  2.2 混凝土强度的经时变化规律  21-22
  2.3 钢筋锈蚀  22-28
    2.3.1 钢筋锈蚀的概念、机理、条件、危害和影响因素  22-24
    2.3.2 钢筋开始锈蚀的时间  24-25
    2.3.3 钢筋开始锈蚀后钢筋的时变面积  25-26
    2.3.4 钢筋开始锈蚀后钢筋的时变屈服强度  26-27
    2.3.5 钢筋开始锈蚀后钢筋与混凝土之间粘结性能的衰减退化  27-28
  2.4 在役钢筋混凝土桥梁的结构抗力衰减模型  28-31
  2.5 本章小结  31-32
第3章在役钢筋混凝土桥梁的荷载效应模型  32-43
  3.1 荷载的分类及其研究方法  32-33
  3.2 平稳二项随机过程  33-35
  3.3 荷载效应与荷载之间的关系  35-36
  3.4 桥梁的恒载效应模型  36-38
    3.4.1 拟建桥梁的恒载模型  36-37
    3.4.2 在役桥梁的恒载模型  37
    3.4.3 在役钢筋混凝土桥梁的恒载效应模型  37-38
  3.5 桥梁的车辆荷载效应模型  38-42
    3.5.1 车辆荷载效应的研究方法  38-39
    3.5.2 拟建桥梁的车辆荷载效应模型  39-40
    3.5.3 在役桥梁的车辆荷载效应模型  40-41
    3.5.4 考虑车辆荷载交通量增长的车辆荷载效应模型  41
    3.5.5 在役钢筋混凝土桥梁时变可靠度评估时车辆荷载效应的取值  41-42
  3.6 本章小结  42-43
第4章在役钢筋混凝土桥梁的时变可靠度分析与剩余寿命预测  43-55
  4.1 在役钢筋混凝土桥梁的时变可靠度分析  43-44
    4.1.1 在役钢筋混凝土桥梁时变可靠度分析的数学模型  43-44
    4.1.2 在役钢筋混凝土桥梁时变可靠度的计算方法  44
  4.2 桥梁使用寿命的概念和分类  44-45
  4.3 在役钢筋混凝土桥梁的技术剩余使用寿命预测  45-48
    4.3.1 在役钢筋混凝土桥梁技术使用寿命的评估准则  45-47
    4.3.2 基于承载力寿命准则的桥梁技术剩余使用寿命预测  47-48
  4.4 在役钢筋混凝土桥梁的经济剩余使用寿命预测  48-54
    4.4.1 工程经济效益的分析方法  48-49
    4.4.2 桥梁全寿命周期内的成本分析  49-52
    4.4.3 基于年平均成本最小的桥梁经济剩余使用寿命预测  52-54
  4.5 本章小结  54-55
第5章资料不详的在役钢筋混凝土桥梁实例分析  55-70
  5.1 三亚大桥新加宽桥的工程概况  55-57
  5.2 结构的初始抗力估算  57-59
  5.3 混凝土碳化情况调查  59-60
  5.4 混凝土强度的调查  60
  5.5 钢筋锈蚀情况调查  60-64
    5.5.1 钢筋开始锈蚀的时间  61-62
    5.5.2 钢筋开始锈蚀后钢筋的时变面积  62-63
    5.5.3 钢筋开始锈蚀后钢筋的时变屈服强度  63
    5.5.4 混凝土锈胀裂缝的调查与协同工作系数的时变规律  63-64
  5.6 结构的时变抗力  64
  5.7 结构的荷载效应  64-67
    5.7.1 结构的自重效应  64-65
    5.7.2 结构的车辆荷载效应  65-67
  5.8 结构的时变可靠度分析与剩余寿命预测  67-68
  5.9 需要说明的问题  68-69
  5.10 本章小结  69-70
第6章结论与展望  70-72
  6.1 结论  70-71
  6.2 展望  71-72
参考文献  72-79
致谢  79-80
攻读硕士学位期间发表的论文  80
攻读硕士学位期间参加的项目  80-81
附表1 协同工作系数计算表  81-82
附表2 混凝土强度系数计算表  82-83
附表3 钢筋屈服强度系数计算表  83-84
附表4 钢筋截面积系数计算表  84-85
附表5 结构时变抗力计算表  85-88
附表6 QC-20车辆荷载弯矩效应计算表  88-91
附表7 QC-C20车辆荷载弯矩效应计算表  91-94
附表8 车辆荷载弯矩效应最终结果计算表  94-97
附表9 结构的时变可靠度结果计算表  97-99

在役钢筋混凝土桥梁的耐久性评估与剩余寿命预测

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