大气环境下服役公路梁桥结构时变可靠度分析

为了准确评估钢筋锈蚀对大气环境下服役桥梁耐久性能影响,结合一般大气环境下钢筋锈蚀的系统研究成果和服役桥梁实际检测资料,综合考虑钢筋截面面积、屈服强度和黏结强度的降低,建立服役公路桥梁弯曲抗力退化时变模型,在现有运营荷载等级和服役周期基础上分析结构时变可靠度.针对一座实际服役桥梁开展分析,计算表明：在一般大气环境下综合考虑钢筋锈蚀对钢筋截面面积、屈服强度和黏结退化的影响,桥梁结构时变可靠度在31 a左右即下降到需要维修补强的程度,与工程实际的首次维修维修时间基本一致,远远提前于只考虑钢筋截面面积单因素简化模型预测时间.多因素模型预测的桥梁结构时变失效风险较其他模型明显增大,同时在各个蜕化因素中,黏结退化对结构承载力降低有显著影响.     

既有桥梁外贴CFRP加固后剩余使用寿命预测

根据时变可靠性理论提出基于承载力可靠性的既有桥梁外贴碳纤维布加固后结构构件的剩余使用寿命预测方法,讨论了钢筋锈蚀、混凝土强度、纤维布加固耐久性以及荷载效应等因素变化对加固后既有桥梁结构构件承载力的影响.在国内外纤维片材加固混凝土结构的耐久性试验基础上,提出在加固后可以不考虑纤维布材料的老化及其纤维布材料与混凝土粘结界面的退化,使加固后钢筋混凝土构件承载力极限状态可靠度分析得到简化.结合一座实际桥梁工程进行了加固后可靠度计算,并对其剩余使用寿命进行预测.     

砂浆内钢筋锈胀应力监测与数值模拟研究

钢筋锈蚀是导致海洋混凝土结构失效破坏的最主要原因,探明钢筋锈胀应力发展及其诱导混凝土开裂的过程对于钢筋混凝土服役寿命预测有重要意义。采用内掺盐与恒电位加速砂浆内钢筋锈蚀,通过砂浆外不锈钢圆环环贴应变片实现钢筋锈蚀过程的应变监测,并计算锈胀应力,利用COMSOL软件分析混凝土中钢筋锈胀应力发展及混凝土锈胀开裂历程。结果表明：利用有限元与钢筋锈胀时变径向位移加载,实现钢筋混凝土锈胀开裂过程的模拟,模拟结果与试验结果基本一致;不考虑砂浆、钢筋的非均匀性及锈蚀产物对开裂砂浆的充填效应,模拟结果不能真实反映锈胀应力的波动性及锈胀应力释放与缓慢增加的过程;提高砂浆强度、减小钢筋直径可以有效延缓钢筋锈胀导致混凝土开裂的时间。     

混凝土结构锈胀开裂预测的路径概率模型

针对氯盐环境下服役混凝土结构钢筋锈蚀、锈蚀程度不易检测及混凝土锈致开裂的现状,基于混凝土锈胀开裂过程的随机性,提出一种预测钢筋锈蚀、混凝土锈胀裂缝开展时变特性的概率模型,并编制了计算程序.该模型可以模拟混凝土中钢筋锈胀开裂发展进程的路径,有效评估氯盐侵蚀环境下混凝土结构中钢筋锈蚀状况和锈胀裂缝宽度不同时段的概率分布,同时能估计构件钢筋样本锈蚀百分比.通过对濒海环境下某混凝土桥下部结构的耐久性评估,验证了该模型的准确性.该模型实现了对服役混凝土结构耐久性能的有效预测,评估结果可为工程维修和加固提供理论依据.     

沿海在役钢筋混凝土桥梁的钢筋锈蚀模型

为了更合理地确定在役钢筋混凝土桥梁的钢筋锈蚀模型,在综合国内外已有的钢筋锈蚀模型的基础上,进行了分类比较分析.提出了考虑荷载影响和氯离子结合能力的钢筋锈蚀模型,并以沿海地区钢筋混凝土桥梁为背景,验证了该锈蚀模型的可行性.研究表明:考虑荷载影响和氯离子结合能力的钢筋锈蚀模型更加趋于合理,采用这种钢筋锈蚀模型进行结构使用性能退化的模拟及结构使用寿命的预测将更有工程实践意义.     

锈蚀钢筋混凝土压弯构件性能退化试验研究

采用人工气候环境加速锈蚀方法,研究了不同偏心距的锈蚀钢筋混凝土压弯构件破坏形态、延性、承载力及其结构性能退化机理,并针对不同锈蚀程度的大、小偏压构件的荷载-挠度关系、荷载-纵向压缩变形及偏压构件的承载能力进行了相应分析.结果表明:钢筋锈蚀会引起钢筋力学性能下降、混凝土保护层锈胀开裂、黏结锚固性能退化及箍筋的锈蚀程度比纵筋严重等,从而导致压弯构件的破坏形态发生变化;受拉钢筋达到屈服后,受压区混凝土很快达到极限压应变,锈蚀构件的延性性能明显降低,脆性性能则明显增加.在试验结果分析基础上,建立了与纵向锈胀裂缝宽度相关的锈蚀压弯构件侧向挠度、开裂荷载及极限荷载的预计模型,为老化混凝土结构检测加固设计时提供应用参考.     

锈蚀不锈钢筋与混凝土黏结性能退化

通过不同锈蚀率下不锈钢筋混凝土试件的中心拉拔试验,分析锈蚀率、锈胀裂缝宽度对不锈钢筋/混凝土黏结性能退化的影响规律,分别基于质量锈蚀率和表面裂缝宽度建立不锈钢筋与混凝土黏结强度的预测公式,并与普通钢筋混凝土黏结性能进行对比分析. 研究结果表明：类似普通钢筋混凝土黏结退化规律,锈蚀不锈钢筋黏结强度随锈蚀率增大呈先增后减趋势,但拐点锈蚀率较普通钢筋更大;不锈钢局部坑蚀具有较强的随机性,使得锈胀裂缝宽度与锈蚀率的关系较为离散,与基于锈蚀率的黏结退化模型相比,基于表面锈胀裂缝宽度的模型可以更好地预测不锈钢筋与混凝土黏结强度的退化规律,工程实用性更强;在相同锈蚀程度下,不锈钢筋黏结强度退化程度较普通钢筋小,现有的普通钢筋黏结退化模型可以用于不锈钢黏结强度的预测,具有一定的安全保证.     

锈蚀双筋混凝土梁抗弯承载力计算模型分析

为完善和发展锈蚀钢筋混凝土结构的计算方法,基于混凝土结构中钢筋锈蚀后,锈蚀钢筋的截面损失、力学性能下降,钢筋和混凝土之间的粘结性能退化,钢筋锈胀力导致混凝土锈胀开裂等因素,将造成钢筋混凝土梁的承载能力及整体刚度都会有所下降的事实。借鉴已有的研究成果,得到了钢筋不同锈蚀率对钢筋混凝土梁中钢筋与混凝土间协同工作的影响公式,并结合现有的关于钢筋混凝土梁抗弯承载力的规范计算方法,建立了锈蚀双筋混凝土梁抗弯承载力的计算模型。最后,利用所建立的计算模型对已有的试验成果进行了验证分析,结果表明,所建立的的计算模型能够与试验结果较好地吻合。     

锈蚀钢筋混凝土压弯构件非线性有限元分析

通过选用合适的材料本构模型和粘结滑移模型，建立了锈蚀钢筋混凝土构件的有限元分析模型，以钢筋锈蚀率和轴压比为变量，对锈蚀钢筋混凝土压弯构件进行数值分析，旨在为在役锈损结构的非线性分析奠定基础．分析结果表明，钢筋锈蚀率和轴压比同时影响着锈损构件的性能劣化；构件的承载能力和变形能力均随锈蚀率的增加而降低；粘结力退化加剧了构件性能劣化，且小轴压比构件对粘结力退化更为敏感；就锈蚀率而言，构件性能劣化较粘结性能退化有一定的滞后；性能降低幅度也与轴压比有关，小轴压比构件的退化幅度相对较大；对于高轴压比构件，变形能力退化较少，而承载力退化幅度大于变形退化幅度．     

电化学快速锈蚀与自然环境钢筋锈蚀的相似性分析

就电化学快速锈蚀与自然环境下钢筋锈蚀的相似性进行研究,深入分析了环境条件对钢筋锈蚀机理、钢筋表面特征与锈蚀产物的影响,通过对电化学快速锈蚀与自然环境下混凝土保护层锈胀开裂的比较,探讨了电化学快速锈蚀模拟自然环境钢筋锈蚀的适用性.根据自然环境条件下和快速锈蚀试验中钢筋混凝土中锈蚀产物不同,提出了对外加电流快速锈蚀条件下钢筋混凝土锈胀开裂试验结果进行修正的方法.     

寿命期内预应力混凝土连续梁体系可靠度分析

为了模拟氯离子侵蚀环境作用时寿命期内预应力混凝土桥梁的结构性能演变过程,建立了一种基于概率和有限元的寿命期内预应力混凝土桥梁性能演变分析方法．首先,明确了退化过程中的3个关键时刻并给出其计算公式;其次,在重点解决退化过程分析中的材料力学性能退化、截面面积削弱以及结构整体力学性能演变等问题模拟方法的基础上编写了耐久性分析...     

寿命期内钢筋混凝土连续梁退化过程分析

为实现寿命期内混凝土桥梁退化过程定量分析的目标,在给出退化全过程中3个关键时刻的计算数学模型以及特有力学问题模拟方法的基础上,建立基于有限元数值模拟的混凝土桥梁退化过程分析方法.在理论分析的基础上利用FORTRAN 95编写了分析程序CBDAS,以一座钢筋混凝土连续梁为对象,研究其在氯离子侵蚀作用时给定寿命期内桥梁结构...     

锈蚀-疲劳作用下的砼梁桥失效概率分析

研究氯离子侵蚀、混凝土开裂和车辆荷载反复作用对钢筋混凝土梁桥结构抗力退化的影响,建立了砼梁桥在锈蚀疲劳作用下的结构抗力退化模型,采用蒙特卡洛法编写了相应的时变失效概率计算程序.以广东省某沿海砼简支梁桥为例,计算其时变失效概率,并预测其使用寿命.分析结果表明,在车流密集锈蚀-疲劳作用下,砼梁桥的时变失效概率远大于仅考虑锈蚀影响的时变失效概率,指出在分析砼梁桥可靠度时,应考虑车辆荷载反复作用对结构抗力退化的影响.     

Degradation process assessment of prestressed concrete continuous bridges in life-cycle

To accurately evaluate the degradation process of prestressed concrete continuous bridges exposed to aggressive environments in life-cycle, a finite element-based approach with respect to the lifetime performance assessment of concrete bridges was proposed. The existing assessment methods were firstly introduced and compared. Some essential mechanics problems involved in the degradation process, such as the deterioration of materials properties, the reduction of sectional areas and the variation of overall structural performance caused by the first two problems, were investigated and solved. A computer program named CBDAS (Concrete Bridge Durability Analysis System) was written to perform the above-metioned approach. Finally, the degradation process of a prestressed concrete continuous bridge under chloride penetration was discussed. The results show that the concrete normal stress for serviceability limit state exceeds the threshold value after 60 a, but the various performance indicators at ultimate limit state are consistently in the allowable level during service life. Therefore, in the case of prestressed concrete bridges, the serviceability limit state is more possible to have durability problems in life-cycle; however, the performance indicators at ultimate limit state can satisfy the requirements.     

概率灵敏度在结构加固决策中的应用

探讨了钢筋混凝土框架结构截面约束的概率重要度及概率灵敏度概念 ,利用失效相关性及结构体系可靠度方面的研究成果 ,给出了钢筋混凝土框架结构中各个截面效应约束分别在弱灾害和强灾害环境下的概率灵敏度与概率重要度的计算方法 ,所得结论可以为在役结构在地震前的预防性维修加固决策及震后结构的维修加固决策提供科学依据 ,从而提高了在役结构加固决策的可靠性 .     

Maintenance Strategy of Multi-Component System Due to Degradation and Shock

The proposed maintenance strategy uses component grades and survival signature to describe and update system structure. A system dynamic stress-strength reliability(SSR) model was established to describe component failure processes because of internal degradation and external shock. Besides, a corrective maintenance rule and two-level preventive maintenance rule made up the proposed maintenance strategy. The former combined sequentially minimal repair and corrective replacement(SMRCR) based on s...     

现有混凝土结构可靠性鉴定的时效问题

混凝土结构在受到腐蚀、损伤及内部老化等情况下结构抗力会衰减,性能会劣化,将导致结构或构件可靠性水平不断降低,而在对其进行可靠性评估时,特别是对将要改造加固的结构评估时,评估结论是决策的依据在已有研究成果的基础上,提出构件衰减抗力的计算模型和与现行标准相衔接的实用评估方法,简便易行,可作为现有鉴定标准的补充.     

基于延迟时间模型的不完全检修计划优化模型

针对现有基于检测的状态维修方法仅适用于短期维修计划,且通常单一地考虑不完全维修或不完全检测的问题,构建适合设备维修现场特征的长期维修计划优化模型,考虑检测与维修活动均不完全情况下的退化过程. 利用延迟时间模型描述退化过程,围绕双重不确定的检修活动,构建基于递推关系的可靠度模型,该模型可以有效表示系统退化速度和故障发生概率. 以单位时间系统费用最小为决策目标,引入可靠度、可用度等约束,建立检修计划优化模型,求解得到最佳检测周期和更换周期. 案例研究表明,利用提出的模型能够有效优化系统检修计划,节省维修成本. 通过与固定周期和固定可靠度阈值的维修策略进行对比,说明检测精度对于检测模型的优化效果具有显著影响,当检测精度属于较高水平时,检修模型明显优于其他维修模型.     

基于Bayesian方法的服役钢筋混凝土结构的随机时变抗力

分析了服役钢筋混凝土结构可靠性计算中的抗力随机时变性及其影响因子,研究了基于检测值的服役结构抗力影响因子概率特性的Bayesian方法.具体提出了基于检测值的服役钢筋混凝土结构抗力的多因子随机时变模型,分析了其中材料性能、结构尺寸的时变性,并给出了一个分析例题加以说明.该基于Bayesian方法的多因子抗力时变模型,可对服役钢筋混凝土结构的检测结果所反映出的使用历史信息进行后验检验,而且较为简便,能有效地解决服役钢筋混凝土结构可靠度分析中的抗力估计问题.