1、在役混凝土桥梁可靠性评估与寿命预测研究摘要：目前在役的混泥土桥梁是交通体系中一个非常重要的部分，对在役混泥土桥梁进行可靠性评估与寿命预测的研究是非常有必要的，与整个交通系统的安全与稳定有直接的关系。对在役混泥土桥梁的可靠性评估方法进行研究，并介绍相关的寿命预测的研究方法，为在役混泥土桥梁的工作状态与寿命预测的研究提供技术方法参考，介绍了目前存在的在役混泥土桥梁寿命预测的发展现状，并总结主要的方法类型，并针对其特点与适用性进行分析。 关键词:在役混泥土桥梁；可靠性评估；寿命预测研究 中图分类号：TU37 文献标识码： A 桥梁是城市道路与公路交通的重要组成部分，但是由于存在荷载的变化、混泥土的碳
2、化、钢筋的锈蚀、意外碰撞、设计标准的演变、结构的老化与病害、车辆的超负荷运输等因素的影响，桥梁的可靠性和使用寿命会随着时间的变化逐渐退化。对于桥梁的修复和养护来说，对桥梁的可靠性和使用寿命进行有效的评估显得十分重要。对桥梁的可靠性的评估方法有：应用模态分析法、应用系统识别法等方法。目前，很多学者提出了相关的在役混泥土桥梁寿命的预测理论，但是对这些理论的研究大多缺少系统化的研究，停留在理论设想阶段，也很少应用于实际的工程建设当中，桥梁寿命的设计指标还有待规范化。 基于以上的原因，本文将对在役混泥土桥梁的可靠性评估及寿命预测方法的几种模型进行分析研究。 在役混泥土桥梁评估结构可靠性的现场测试 结构
3、可靠性评估的流程 在役混泥土桥梁的可靠性评估的现场测试的主要方法有破坏性方法及非破坏性方法，破坏性方法是指用材料试验或极限荷载试验来验证评估结果，非破坏性方法的目的是为了测量横系梁与主梁的惯性矩及混泥土的杨氏模量。现场非破坏性试验动载试验与静载试验两种，通过这两种试验可以检测出混泥土桥梁的一些力学性能，如桥梁的变形、加速度等。对于每根梁的抗弯刚度的力学性能的确定可以依据系统是别法来进行分析。对梁因荷载变化而引起的内力的变化可以根据每根梁的系统参数通过设计荷载结构分析法进行确定。结合之前的桥梁荷载试验结果的数据统计以及材料试验时模拟抗力的变化，然后通过计算抗剪的可靠性、破坏概率 Pf 对桥梁抗弯
4、可靠性、可靠度指标、安全系数。最终通过极限荷载试验由材料试验来进行验证，得出评估结果。 现场测试过程 非破坏性试验，静载试验的加载方式通常是用事先经过准确称量的满载碎石的三轴卡车在桥面上进行加载试验。车辆按指定的方法就位，以此来使每片梁产生理想的荷载分布。动载试验是为了获得结构不同的振动模型，使落物在不同的位置产生强迫振动。典型的动载试验加载方法是在同一加载点上连续加载十次，重物落距保持在 70 厘米，从而消除噪声干扰，从中获得一个稳定的平均值。 在役混泥土桥梁的可靠性评估及验证 采用灵敏度分析的系统识别法 系统识别法是一种典型的迭代分析法，它通过减小测试中所获得的分析结果与力学性能之间的差异
5、来确定不同损伤程度的梁抗弯刚度等系统参数，对于系统识别法来说，可以使用具有扭转刚度、剪切、弯曲的有限梁的单元格构模型来作为迭代计算的模型。可以依据支撑点的破坏程度用弹簧单元来对支点处的转角摩阻进行模拟。 评估承载力 在役混泥土桥梁的材料试验通常是对桥梁的主梁的抽查钢筋和混泥土芯样进行试验，以此来评定材料的劣化程度。试验结果表明，在役混泥土桥梁的弹性模量及抗压强度与设计值相比较，远远小于设计值，具有很大的碳化深度。混泥土的碳化程度通常被认为是桥梁劣质化的指标，用它来对承载力进行评估是合理的。 抗力模型及荷载变化 在可靠性评估的方法中，需要考虑到评估误差及数据的离散型对评估结果准确性的影响，所以在
6、进行可靠性评估时，应该建立承载力与荷载作用的概率模型，承载力的概率模型可以依据计算值之间的比率及极限荷载试验值的校正系数来进行评估。 评估的结果及验证 本文通过对实际桥梁的可靠性评估，提出了基于现场试验的可靠性评估方法，试验结果表明，修建最早的桥梁的抗弯刚度与设计值相比，下降很明显，对于严重破损的桥梁，对其的破坏模式进行预测是可行的。在役混泥土桥梁的寿命预测方法的主要类型 比较预测法 这种方法在实际应用中很少采用，它具有这样的假设条件：混泥土如果在某一期限内是经久耐用的，则相似环境下的相似的混泥土也应该具有同样的寿命，但是每一座在役的混泥土桥梁的结构、形状、环境等因素都是不一样的，应用这种方式
7、进行寿命预测并不合理。 经验预测法 这种方式主要是根据现场大量的试验结果及实验室的大量研究，在以往经验的基础上，对桥梁的使用寿命进行半定量化的预测，但如果结构设计的周期较长，使用环境较为恶劣，或是在对结构进行加固时，使结构状态发生了较大的改变，选择这样预测方式的可靠性就不高。 随机预测法 由于影响桥梁使用寿命的各种因素都是随机变量，有些变量甚至是随时间的变化而变化，对其进行定量的分析，都多多少少有不合理之处，因此使用随机预测法进行剩余使用寿命的预测是较为合理的预测方法，但这种方法较为复杂。 数学模型预测法 这是一种在实际应用中使用较为广泛的预测方法，这种预测方法预测的准确度主要是与材料与环境的
8、参数选取及模型的合理性有关，现在发展较为完善的有马尔可夫模型、灰色模型等。 智能预测法 随着科技水平的提高，工程中某些特定参数的预测已经开始采用基于智能的方法，如基于神经网络的预测法、基于遗传算法的预测法、基于模糊数学理论的模糊预测法，这其中应用最广泛的是神经网络法，智能预测系统具有很强的优化能力、自适应能力、组织综合能力、学习能力，能够很好的适应桥梁衰退过程中的不确定性、时变性、非线性的特点。 不同的在役混泥土桥梁的寿命预测方法的特点比较 预测方法的主要特点 回归预测法就是利用在某个时刻之前，桥梁各个时刻的实际检测结果，通过回归分析，建立起使用时间与桥梁技术状态的关系，以此得出桥梁的使用寿命
9、。基于可靠度的寿命预测认为结构可靠度衰减到可以接受的最小值增大到可接受的最大值之间的时间为使用寿命。灰色理论预测法，其核心是灰色模型的建立，它是依据现在的及过去的已知的或不确定的信息建立起一个从过去一直引申到未来的灰色模型，从而确立出未来的发展趋势。马尔可夫预测是依据桥梁状态等级确定状态以及求得桥梁状况从一个状态向另一个状态转变的概率基础。 预测方法的综合比较 在对在役桥梁的使用寿命进行预测时，要根据不同方法的不同特点进行合理的选择，回归分析法的特点是计算简单，对检测时刻的选取没有特殊要求，但要求所选样本容量要大；可靠性评估，在应用于大型桥梁的寿命预测中时，还需要进一步研究；人工神经网络法的特
10、点是容错性好，但目前仅应用于对桥梁局部构件的寿命预测；灰色模型的自适应很强，但缺点是要建立离散化的模型；马尔可夫模型适用于桥梁的结构条件突然恶化或是加固维修造成桥梁结构发生突变的情况。 结束语 对在役混泥土桥梁进行可靠性评估与寿命预测研究十分必要，不同的桥梁的修建年代、建造结构、交通通行量等因素都不相同，这就要求决策者在工作中，综合考虑到各种因素，选择合适的方式进行预测评估。参考文献 1秦吉丽,王毅娟.在役混凝土桥梁剩余寿命预测方法研究J.北京建筑工程学院学报,2012(3). 2田卿燕,李凯.混凝土桥梁的现场检测和可靠性评估J.国外桥梁,2010(4). 3王鹏,王福敏,张力.在役混凝土梁桥时变可靠度评估技术研究综述J.公路交通技术,2011(1).
