有限元方法运用蒙特卡罗法进行可靠性分析 ,需要进行 N 个循环 ,每循环一次就将多个输入随机变量 (结构几何尺 寸 、载荷 、弹性模量等) 在各自的分布函数范围内各自随机取 值一次 ,将这些值按有限元的建模 、网络划分 、求解的步骤进
行计算 ,得到结果变量的数值 。重复 n 次各变量随机取值 就得到结果变量的 n 个数值 ,最后对结果变量和输入变量进 行统计 ,确定其分布函数 、敏感性等参数并进行可靠性分析 。
通过收集信息资料 ,用电脑软件分析评估模型的建立和 修订 、分析评估和决策建议 ,可以对桥梁的承载能力 、运营状 态和耐久能力等方面做出评估 ;也可以通过现场测试来评估 结构可靠性 ,安全评估是通过获得的检测数据和计算结论对 结构安全性能的整体评价 。[2]
(1) 外观检查评定法 :主要是对桥梁技术状况的调查 , 即桥梁缺陷和损伤的性质 、部位 、严重程度及发展趋势 ,找出 产生缺陷和损伤的主要原因 ,分析和评价其对桥梁质量和使 用承载能力的影响 ,为桥梁维修和加固设计提供可靠的技术 数据和依据 。
(2) 结构计算分析评定法 :通过对实际桥梁进行详尽外 观调查 ,并将调查资料结合桥梁结构设计规范的计算理论加 以分析和计算 ,依据分析计算结果对在役桥梁结构进行评估 。
(3) 荷载试验评定法 :通过现场试验的方法进行桥梁 结构状态的评价 , 分为静载试验法和动载试验法 ,其最大的 优点在于直观 ,用桥梁能承受的车辆荷载加载 ,观察桥梁各
目前我国每年用于旧桥 、危桥加固改造的维修经费飞速 增长 。对在役的 、存在安全隐患的桥梁 (问题桥梁) 全部予以 更换或加固改造 ,既不现实 ,也不科学 。这里所涉及的问题 不仅仅是维修经费的问题 ,其核心问题是对在役桥梁科学管 理的问题 。对“问题桥梁”的加固改造不可能同时进行 ,需要 区分轻重缓急 ,需要对原桥的技术状况特别是承载能力和安 全性做出科学合理的判断 。真正了解在役桥梁的实际状态 , 包括损伤状况 、实际承载能力和实际承载状况等 ,可以使得 对在役桥梁的改造决策更加科学 ,改造技术方案更加合理 、 经济 。如何评估一座桥的实际状态及根据什么标准来评估 就显得十分重要 。因此 ,建立一套系统 、科学 、可行的在役桥 梁可靠性评估理论和标准是目前一个非常重要的有待解决 且具有巨大现实意义和经济效益的研究课题 。 1 桥梁结构安全性评估的重要意义与研究现状
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低 温 建 筑 技 术
2009 年第 5 期 (总第 131 期)
桥梁结构安全性评估方法研究进展
李绍勋 , 罗 韧
(南京工业大学 土木工程学 , 南京 210009)
【摘 要】 详细介绍了梁式桥结构安全性评估的意义 、特点以及常用的方法 ,在阐明桥梁结构安全性评估重 要意义的同时 ,总结了这些方法的使用现状及在具体操作中的不足之处 ,并结合桥梁安全性评估的最新成果提出 了一套可行的研究思路和解决方案 。
我国桥梁的安全性问题比较严峻 。截止 2006 年底 ,我 国公路桥梁达 53136 万座 ,2039191 万延米 ,其中近 1Π3 是建 国以后建成的 ,桥龄一般在 40 年左右 ,但病害问题正在暴 露 ,已有一定数量的桥梁发生老化 、损坏现象 ,危桥逐年增 多 ,承载能力明显降低 。截止 2002 年 2 月 ,全国查出危桥 9597 座 。此外 ,不少刚刚投入使用的桥梁也存在程度不同的 缺陷 ,近年发生的多起桥梁事故 ,如 2004 年辽宁盘锦大桥的
源 ,使用超过一定年限后 ,旧钢材可以回收 ,经高炉冶炼后重 新成为建筑钢材 。
[ 收稿日期 ] 2009 - 02 - 28 [ 作者简介 ] 张新纲 (1975 - ) ,男 ,工程师 ,山东鲁山人 ,从事结
构设计工作 。 (编辑 王亚清)
李绍勋等 :桥梁结构安全性评估方法研究进展
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结构是否处于正常工作状态 。 (4) 专家经验评定法 :根据解决问题的方式 ,专家经验
S d (γd G ,γQ ∑Q) ≤γb Rd (ζc f cd ,ζs f sd ,ζca Ac ,ζsa A s) Z 式中 :γd 为恒载修正系数 ; G 为桥梁结构恒载 ;γQ 为动 载修正系数 ; ∑Q 为桥梁结构动载 ;γb 为桥梁结构抗力修正 系数 ;ζc 为混凝土轴心抗压强度的时变折减系数 ;ζs 钢筋强 度的时变折减系数 ;ζca为混凝土截面积时变折减系数 ;ζsa 为 钢筋截面积时变折减系数 。 4 结语 从目前国内外的发展状况来看 ,现有的安全性评估方法 已不能满足桥梁工程的发展需要 。为了适应桥梁结构安全 性评估发展的需要 ,使桥梁管理工作 、决策工作定量化 、科学 化 ,开发一套符合现有评估标准 ,依据结构分析计算理论 ,能 够快速有效的作出正确评估的桥梁结构安全性评估方法来 代替目前的评估方法是桥梁结构安全性评估理论发展的必
经过 ANSYS 随机抽样之后 ,选用参数敏感性分析的具 体计算结果见图 2 。
对各种桥梁实例的进行检算分析 ,通过对选定的关键参 数 :混凝土强度 ( f cd ) 、钢筋强度 ( f sd ) 、混凝土截面面积 ( Ac ) 及钢筋截面面积 ( As) 进行修正来建立极限状态方程计算桥 梁结构的极限承载力 ,可以更加准确地对现役桥梁的实际运 行情况进行评估 ,修正后的极限状态方程为 :
然趋势 。该方法将可广泛应用于高速公路和国道 、省道等主 干线上大部分桥梁的技术状态评估 ,在桥梁科学管理和养护 维修领域有着广阔的应用前景 。
参考文献
[1 ] Fasana A , Garibaldi L , Giorcelli E , Marchesiello S , Ruzzene M1 Comparison between three identification techniques of a road bridge dynamic test [J ]1Highway bridges ,19991
[ 收稿日期 ] 2009 - 02 - 16 [ 作者简介 ] 李绍勋 (1981 - ) ,男 ,江苏南京人 ,硕士研究生 ,研
究方向 :结构工程 。 (编辑 王亚清)
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结构可靠度理论是一门新兴的边缘学科 ,将其应用到桥 梁的安全性评估中 ,可以科学准确地评价桥梁结构体系的可 靠性 ,该方法在世界范围内已经被大多数专家所认可 ,具有 广阔的应用与开发前景 。[5] 本文以梁式桥为背景 ,针对其受 力特点 ,利用 ANSYS 软件的随机有限元分析功能 ,探索建立 一种简单 、可靠 、实用的梁式桥安全性评估方法 。具体技术 路线如图 1 所示 :
垮塌 、2007 年 5 月安徽怀宁跨河大桥建成 100 天后突然垮 塌 、2007 年 5 月江苏常州运河大桥突然垮塌等都引起了人们 广泛的关注 。因此 ,对在役桥梁进行结构安全性评估具有重 要的经济和社会效益 ,研究在役桥梁的可靠性评定理论和评 估方法成为当前迫切需要解决的问题 。 112 桥梁安全性评估的研究现状
桥梁结构的安全性是指在规定的期限内 ,在正常施工和 正常使用情况下 ,桥梁结构能承受可能出现的各种作用 ;在 偶然事件 (如罕遇地震 、撞击等) 发生时及发生后 ,桥梁结构 发生局部损坏 ,但不致出现整体破坏和连续倒塌 ,仍能保持 必需的整体稳定性 ,它是桥梁最重要的质量指标 。[4] 111 桥梁安全性评估的重要意义
评定方法又可分为专家系统和专家意见调查两种类型 。利 用计算机模拟有经验专家的决策机理 ,对在役桥梁进行安全 性评估 。
(5) 可靠度评价方法 :结构失效用两类极限状态表示 : 承载能力极限状态和正常使用极限状态 。具体实现方法有 两种 :其一 ,是直接计算桥梁的可靠指标 ,与目标可靠指标进 行对比 ;其二 ,是应用基于可靠度的桥梁评估规范 。[5] 3 桥梁结构安全性评估研究进展
【关键词】 桥梁结构 ;在役桥梁 ;结构可靠度 ;安全性评估 【中图分类号】 TU31112 【文献标识码】 B 【文章编号】 1001 - 6864 (2009) 05 - 0070 - 02
桥梁作为确保交通网畅通的咽喉 ,其通行能力 、承载能 力和结构安全性是交通网全线畅通的关键 。20 世纪 80 年代 以来 ,北美 、欧洲和亚洲的许多国家和地区 ,相继发生了一些 桥梁突然断裂和倾覆事件 ,这些灾难性事故不仅引起了公众 舆论的严重关注 ,也使各国政府和科研机构意识到 ,对在役 桥梁结构的安全性进行科学合理的分析和评估已刻不容缓 。
对在役桥梁的评估己经引起世界性的关注 。自 80 年代 起 ,在一些工业发达国家 ,桥梁工程的重点已逐步转移到在役 桥梁的养护维修 、鉴定评估和加固改造方面 ,并已取得长足发 展 。1980 年 ,英国工程师协会 ( ICE) 发表了《既有结构的评 估》;1981 年 ,经济合作与发展组织 (OEDC) 召开了《关于道路 桥梁维修管理国际会议》;1990、1993 和 1996 年 ,在英国召开了 三次国际桥梁管理会议 。在工程实践方面 ,美 、英 、加等国先 后颁布了基于结构可靠性理论和设计规范的桥梁评估规范和 文件 。近年来 ,我国也积极展开了桥梁评估方面的研究 ,并已 经颁布了基于设计规范的《公路旧桥梁承载能力鉴定方法》。 2 桥梁结构安全性评估方法