基于蒙特卡罗法的大跨钢管混凝土拱桥结构可靠度分析

以一座大跨钢管混凝土拱桥为例,采用Midas/civil程序建立了桥梁有限元模型,分析了大跨钢管混凝土拱桥拱肋、吊杆等主要构件承载能力极限状态下的作用组合值,并建立了各主要构件的功能函数表达式;基于MATLAB程序,采用蒙特卡罗法对大跨钢管混凝土拱桥各主要构件可靠度进行了分析。结果表明:在正常使用条件下,该大跨钢管混凝土拱桥拱肋、吊杆等主要构件承载能力极限状态下的可靠度指标均大于5.2,满足规范目标可靠度要求;相比而言,吊杆可靠度指标最低,拱肋次之,而横梁、立柱和桥面板的可靠度较高。     

基于混合算法的大跨度钢管混凝土拱桥正常使用可靠度评估

基于《公路钢管混凝土拱桥设计规范》和《钢管混凝土拱桥技术规范》系统的构建了大跨度钢管混凝土拱桥正常使用可靠度评估模型.针对钢管混凝土拱桥功能函数隐式化及高度非线性的问题,将BP神经网络、均匀设计法及改进JC法综合运用,提出了适用于这类复杂结构可靠度分析的混合算法,通过数值算例和实际结构验证了该算法的可行性和准确性.实桥工程评估表明:在正常使用极限状态下,大跨度钢管混凝土拱桥各构件可靠度水平差异较大,主拱应力和挠度可靠指标均远超规范的规定,具有较大的优化空间;横梁和立柱应力可靠指标偏低,应引起设计的注意.     

基于可靠性的简支梁承载力评估

为了对比可靠性评定的结果与现有评估规范评估结果的差异性,依据实例桥梁检测所得数据,按公路桥梁承载能力检测评定规程中配筋混凝土桥梁承载能力极限状态进行检算,运用荷载试验所得的结果对检算模型进行修正,验证了对金沙桥运用可靠性理论进行技术状况评定与现有评估方法是一致的。本文所用的评估过程可供桥梁检测养护工作者在实际工作中参考。     

钢管混凝土高墩非线性稳定承载能力可靠度分析

为解决结构分析准确性与消耗机时的矛盾,使非线性可靠度分析方法具有工程应用价值,基于响应面与非线性有限元相结合的方法,运用一致缺陷模态法考虑结构的初始几何缺陷,建立了钢管混凝土结构非线性承载能力可靠度分析模型。利用该模型分析钢管混凝土超高墩的非线性承载能力可靠度指标与敏感性系数。通过参数分析方法,系统研究了长细比,偏心距,径厚比,几何非线性与初始几何缺陷对可靠度指标的影响。可以通过对上述因素的有效控制影响钢管混凝土高墩的可靠性。在此基础上,给出了能够有效提高钢管混凝土高墩承载能力可靠度工程措施建议。     

在役桥梁承载能力检算系数的可靠性校准

为建立与现行桥梁设计规范相适应的在役桥梁承载能力鉴定方法,应用可靠性理论对承载能力检算系数取值进行了校准.根据在役桥梁承载能力检算表达式,引入桥梁结构或构件技术状况评定等级等效于承载能力可靠性分级的假定,以承载能力的可靠性分级标准为依据,详细分析了不同技术状况评定值与承载能力折减系数的关系,提出了基于现行桥梁设计规范的承载能力检算系数建议值.考虑到实际结构或构件抗力分项系数与理论值的差异,给出了承载能力检算系数的修正方法.研究结果表明,对于按现行规范设计的桥梁,若满足目标可靠指标的要求,不同受力状态构件承载能力检算系数的最大值为1.0;按原规范承载能力检算表达式计算的校准值与规程建议值吻合良好.     

在役预应力梁桥承载能力可靠性评估

根据预应力混凝土桥梁的几何尺寸、材料强度和计算模式不定性系数的统计参数,采用蒙特卡洛方法模拟了预应力混凝土梁桥抗弯承载能力和抗剪承载能力的统计参数;在考虑结构构件抗力、恒载效应、车辆荷载效应、横向分布系数和车辆荷载冲击力的随机性的基础上,建立预应力混凝土简支梁桥的抗弯和抗剪承载能力极限状态方程,采用JC方法计算可靠度指标。对一座既有预应力混凝土桥梁进行承载能力可靠性评估并对影响可靠度指标的随机变量（恒载、车辆荷载、横向分布系数、冲击系数）进行了敏感性分析,结果表明：恒载效应的随机性对可靠度指标影响很小,车辆荷载效应、横向分布系数、冲击系数的随机性对可靠性指标影响较大且依次加大。     

钢管混凝土拱桥上部结构综合评估方法

为了合理地确定钢管混凝土拱桥上部结构的养护、维修加固方案,考虑钢管混凝土拱桥上部结构的结构特点对其缺损状态综合评价方法进行研究。通过建立缺损钢管混凝土拱桥上部结构多层次评估模型,研究模型中各元素的建议初始权重;构造正态关联函数计算确定无下属层元素评价指标与相应各评价等级的关联度,并考虑指标层及以下层各元素的缺损状态进行权重修正计算;同时与《公路桥涵养护规范》统一,采用关联度及部件评定标度共同表征桥梁的缺损状态。提出针对钢管混凝土拱桥上部结构的评价指标体系和成套评估方法。提出方法较准确评价钢管混凝土拱桥技术状态,为桥梁养护、决策提供科学依据。     

钢管混凝土拱桥上部结构综合评价方法

为了合理地确定钢管混凝土拱桥上部结构的养护、维修加固方案,考虑钢管混凝土拱桥上部结构的结构特点对其缺损状态综合评价方法进行研究.通过建立缺损钢管混凝土拱桥上部结构多层次评估模型,研究模型中各元素的建议初始权重;构造正态关联函数计算确定无下属层元素评价指标与相应各评价等级的关联度,并考虑指标层及以下层各元素的缺损状态进行权重修正计算;同时与《公路桥涵养护规范》统一,采用关联度及部件评定标度共同表征桥梁的缺损状态.提出针对钢管混凝土拱桥上部结构的评价指标体系和成套评估方法.提出方法能较准确地评价钢管混凝土拱桥技术状态,为桥梁养护、决策提供科学依据.     

基于荷载试验的在役钢管混凝土拱桥安全评估

在现行规范理论与荷载试验基础上,建立在役钢管混凝土拱桥结构状态安全性评估模型,通过对评估模型进行理论加载分析,确定评估模型中各计算公式的技术参数值。阐述安全评估性指标的试验方法,对某在役钢管混凝土拱桥开展静力动力荷载试验,实测各种加载工况下在役桥梁的技术状况参数和吊杆索力数值,通过与理论数值进行对比分析,确定桥梁在役静力、动力性能是否满足安全要求。结果表明,该评估方法获得结论能够有效地反映出桥梁的实际使用情况,为后续桥梁运营阶段的养护维修和安全状态评估提供了实践参考。     

钢管混凝土拱面外稳定的可靠度与灵敏度分析

为研究不确定性对钢管混凝土(concrete filled steel tubular,CFST)拱面外稳定承载能力的影响,建立了面外失稳的极限状态函数.利用有限元软件ABAQUS,分别考虑和不考虑非线性影响计算了CFST拱的极限承载力和临界力;基于一次可靠度方法(first order reliability method,FORM),通过MATLAB自编程和有限元软件的协同工作得到了可靠指标随初始荷载的变化曲线以及随机变量的灵敏度指标.对比分析表明:CFST拱的面外稳定承载力介于临界力和极限承载力之间,且临界力为上限值;不同随机变量对可靠指标的灵敏度差异明显,其中几何尺寸的影响较大,弹性模量次之,材料强度的影响较小,而初始几何缺陷在规范规定的限值以内时,影响最小;然而,随着横向力的增加,材料强度的灵敏度指标逐渐增大,而弹性模量的灵敏度指标逐渐减小.     

基于检测的连续刚构桥病害分析及承载能力验算

为了解某预应力混凝土连续刚构桥的工作状况,对该桥在现役状态下承载力检测评定开展研究:系统分析了全桥构件外观缺陷、材质状况与状态参数等检查评定,根据检查结果按照《公路桥梁技术状况评定标准》进行技术状况等级评定;并根据相关规范和检测数据计算出主桥承载能力验算的相关参数,同时在考虑外观病害、材质缺损状况及桥梁变形的影响下,利用有限元软件MIDAS/Civil对桥梁结构承载能力进行检算评估.根据检测结果和计算分析表明:该桥在现役状态下承载能力和正常使用性能满足设计荷载等级要求,但主要构件存在裂缝、剥落、露筋、蜂窝和麻面等病害,对结构承载能力有较大影响,建议后期应及时采取防治措施,并加强巡查和养护.     

北京地铁14号线穿越东郊灌渠跨河桥控制指标确定

为确定地铁14号线穿越东郊灌渠跨河桥桥梁沉降控制值的问题,运用Midas-GTS软件模拟施工过程,计算、分析得出地铁暗挖隧道施工对既有东郊灌渠跨河桥的附加变形规律和趋势,并结合桥梁自身的结构形式,用Midas-Civil软件模拟计算了在引起桩基沉降的基本施工工况下,东郊灌区跨河桥的几种最不利的变形和沉降状况,结合桥梁的正常使用极限状态、承载能力极限状态及地铁隧道施工对桥梁基础的影响,考虑桥梁的运营荷载,以桥梁的安全性、适用性、耐久性不受影响为目标,依据JTG/T J21—2011《公路桥梁承载能力检测评定规程》配筋混凝土桥梁中承载力的计算,最终确定出东郊灌区跨河桥的控制指标.     

基于模糊失效准则的混凝土结构横向裂纹可靠度

针对现行国家标准尚未给出混凝土结构构件正常使用极限状态下目标可靠度指标的情况,提出了基于模糊失效准则的混凝土结构构件正常使用状态下的可靠度分析方法。构造混凝土模糊隶属函数,通过建立等效功能函数方法使混凝土结构模糊可靠度问题转化为传统可靠度计算问题。通过JC法求解,计算出正常使用状态下混凝土结构构件横向裂纹的模糊可靠度指标。与传统分析方法相比,考虑模糊性后混凝土结构可靠度下降,这点为今后混凝土结构设计提供理论支持。     

钢管混凝土拱肋面内弹塑性承载力分析

采用基于纤维模型的分段——分块的杆系结构有限元方法，推导了钢管混凝土拱肋的弹塑性刚度矩阵，提出了计算钢管混凝土拱肋弹塑性稳定承载力的计算模型，编制了相应的FORTRAN程序。采用本文方法，计算了圆管截面钢管混凝土拱肋的面内弹塑性极限承载力，理论分析结果与文献报道的试验和理论分析结果吻合良好。     

基于可靠度的寒冷地区混凝土桥梁碳化寿命分析

讨论了混凝土的碳化影响因素和碳化深度模型，给出了适用于寒冷地区混凝土桥梁的碳化时变随机模型，以混凝土碳化至钢筋表面作为结构耐久性失效的极限状态，建立了混凝土桥梁碳化时变可靠度分析及剩余寿命预测模型，提供了实用的分析和计算方法，并以一座现有钢筋混凝土桥梁为例，对其进行碳化可靠度分析及剩余寿命评估，该方法得到的结论对实际桥梁的耐久性评价和桥梁日常维护决策提供了重要的依据和参考作用。     

基于静载试验的桥梁结构性能检测分析与研究

桥梁静载试验是检测桥梁结构工作状态最直接、最有效的方法和手段.以实际工程为依托,通过变换试验车辆在桥面纵向位置以保证荷载效率在规定的范围内,挠度测点布置在具有代表性的梁底跨中截面处,选取反映桥梁设计的最不利受力状态,对公路桥梁进行上部结构静载试验,根据实测数据,对桥梁结构的技术状况、使用条件和承载能力进行评定.通过试验得出:主梁跨中截面竖向刚度、混凝土结构强度能够满足使用要求,个别主梁残余变形相对较大,弹性变形安全储备较低.     

钢筋混凝土桥梁构件最大裂缝宽度可靠度分析

正常使用极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性的某项规定极限值,并控制结构的外观．分别从最大裂缝宽度方面分析了铜筋混凝土桥梁构件正常使用极限状态的可靠度,以及正常使用极限状态下桥梁可靠度的分布范围．     

预应力空心板梁桥加载破坏形态有限元仿真模拟

为了全面了解桥梁结构从加载到破坏的变化形态,利用通用有限元软件ANSYS对预应力空心板梁桥结构受力过程的非线性特性进行有限元模拟,分析桥梁的挠度和应力变化规律以及裂缝发展过程。将计算结果与实测结果进行对比,验证有限元模型的可靠性,并通过分析混凝土和预应力钢筋的应力随荷载增加的变化趋势来研究桥梁的应力发展和刚度退化规律。研究结果可为在役桥梁的检测评定和加固维修提供依据,也为预应力混凝土梁桥的极限状态研究和承载能力评估提供依据。     

在役混凝土桥梁结构耐久性评估方法

对在役混凝土桥梁结构的耐久性进行评估是评价其工作性态是否满足设计要求的关键所在.将桥梁结构划分成桥梁结构、桥梁构成、桥梁构件3个层次，提出了桥梁构件划分方法与耐久性关键构件抽样法，并按照不同构件的耐久性劣化影响因素的差异选取了相应的包括构件环境作用因素指标在内的构件耐久性考核指标，从而建立了在役混凝土桥梁结构耐久性的3层次多指标的评估模型.并定义了桥梁结构全寿命周期的5个耐久性典型状态，以5个典型状态来评估桥梁现有耐久性水平，3个层次均划分为5个模糊等级，对应于完好、较好、较差、差、危险5个耐久性状态.基于模糊数学理论，将定性指标给予定量化，采用最优区间型隶属度函数确定构件的耐久性考核指标对各个模糊等级的隶属度，用可信度与频数统计（CMFS）方法确定权重，用综合隶属度评分法进行等级评定.基于以上分析，总结出在役混凝土桥梁结构耐久性评估流程，用Matlab语言编制了评估程序，用该程序对浙江省4座在役混凝土桥梁进行耐久性评估，评估结果与实际情况十分吻合.基于该程序开发的《公路混凝土桥梁耐久性评估软件系统1.0版》，已通过浙江省交通厅的鉴定并初步运用于浙江省公路桥梁管理系统，效果良好.     

塘屿刚架拱桥的荷载试验研究

荷载试验是评估桥梁实际工作状态和承载能力最直接的方法,也是评定桥梁结构的使用状况的有效方法。文章以塘屿刚架拱桥为工程实例,通过对桥梁结构在荷载作用下的应变、变形、振动频率及振幅等实际响应的研究,阐述了荷载试验的静载试验和动载试验过程,分析了荷载试验结果,阐明了桥梁结构承载能力与工作状态。结果表明:静载试验中,荷载试验效率为0.96~1.00,测试截面的混凝土应力校验系数为0.23~0.82,钢筋应力校验系数为0.04~0.12,试验桥跨的强度能够满足设计荷载的使用要求;动载试验中,实测竖向变形校验系数均值为1.10,自振频率为3.91 Hz,冲击系数为0.35,均小于规范限值或理论计算值要求,使得桥跨的竖向整体刚度不足,冲击效应偏大。