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33000字硕士毕业论文可靠性概念视角下的桥梁检测与评估方法

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:33000字
论点:结构,桥梁,荷载
论文概述:

本文采用结构可靠度理论,针对钢筋混凝土梁桥这一特定结构,建立了荷载效应与抗力的经时变化概率模型,采用JC法与PNET法对某钢筋混凝土梁桥进行了可靠性评估工作

论文正文:

第1章导言

1.1研究背景随着国民经济的飞速发展,对交通运输的需求也不断增大,公路的里程和等级都在不断上升,大量低等级公路正被改建、扩建。而桥梁作为交通运输的枢纽,其重要性是不言而喻的,所以保证桥梁的健康状态对保障交通运输的正常运营具有非常重要的作用。桥梁的健康状态包括四个方面的含义,即能承受在正常施工和正常使用期内可能出现的各种荷载、外加变形、约束变形等的作用;在正常使用时具有良好的工作性能,例如不发生过大变形或者局部损伤而影响结构的正常使用;结构在正常的使用和正常维护的条件下,在规定的时间内,具有足够的耐久性,例如不发生由于混凝土碳化而导致的钢筋锈蚀,不出现过大的裂缝;在偶然荷载作用下或偶然事件发生时和发生后,结构能保持必要的整体稳定性而不至于发生倒塌或倾覆。为了保障交通运输的正常运营状态,我们必须保证桥梁在运营期间满足一定的可靠性要求。我国的桥梁使用寿命一般不长,且在役桥梁的损伤和病害情况令人堪忧。1982年的公路桥梁普查资料表明,我国现在桥梁中危桥约有5000座,存在着严重的安全隐患。修建于50~60年代的桥梁如今的承载能力己经不能够满足交通运输的需求,我国每年花费在旧桥加固及危桥替换方面的费用动辄上千万元甚至更多。据1998年江苏省公路部门对其省内公路桥梁的调查报告显示,江苏省共有公路桥梁10936座,急需修复加固的危桥有131座,而荷载等级有待提高的桥梁数量则更多[41。造成桥梁损伤的原因有很多,具体来说可以分为以下几个方面:(1)质量问题质量问题包括桥梁建设时采用的原材料质量问题和施工质量问题。原材料的质量问题导致材料强度达不到设计要求,工程质量得不到保障。施工时偷工减料,对施工质量控制不够严格,以及施工过程中,施工技术员对设计图纸的错误理解等,都会影响施工质量,进而影响工程质量。(2)超载问题造成桥梁损伤的最主要因素是荷载作用,而超出桥梁设计荷载等级的荷载作用对桥梁结构造成的损伤尤为明显。超载作用下的桥梁结构容易产生过大变形,从而影响结构的正常使用,受力裂缝发展也较正常使用情况下更快,而过宽的受力裂缝又降低了混凝土对侵蚀的抵抗能力,同时加快了受拉区钢筋的锈蚀速率,导致桥梁结构承载能力明显下降。超载作用也使结构的耐久性明显降低。(3)环境侵蚀环境对桥梁结构的侵蚀包括物理作用和化学作用。物理作用包括水流冲刷、冻融循。而根据美国土木工程协会(ASCE)2001年的调査,美国在役桥梁中29%以上已经老化,国家级桥梁整体处于C级,预计在20年内,在桥梁修复加固等方面的费用在106亿美元以上。环及水位变化等,物理作用造成了混凝土开裂、表层混凝土保护层剥落及磨蚀。化学作用包括盐类侵蚀、氯离子侵蚀及碱骨料反应等,化学作用造成了钢筋锈蚀、混凝土碳化和分解等。(4)偶然作用偶然作用包括船舶或漂流物撞击作用、车辆撞击作用和地震、台风、洪水及泥石流等自然灾害。
 第2章结构可靠度理论及其计算方法
 2. 1结构可靠度的基本概念2.1.1结构可靠性与可靠度结构可靠性的定义是指[26]:结构在规定的时间内,在规定的条件下,完成预定功能的能力。结构可靠性是结构安全性、适用性和耐久性这三者的总和。结构的预定功能由结构的使用要求决定,一般来说包括如下四个方面:(1)结构应能承受在正常施工和正常使用期间可能出现的各种荷载、外加变形、约束变形等的作用等;(2)结构在正常使用条件下具有良好的工作性能,例如,不发生影响正常使用的过大变形或局部损坏等;(3)结构在正常使用和正常维护的条件下,在规定的时间内,具有足够的耐久性,例如,不出现过大的裂缝宽度,不发生由于混凝土保护层碳化导致钢筋的锈蚀等;(4)在偶然荷载(如地震、强风)作用下或偶然事件(如爆炸)发生时和发生后,结构仍能保持整体稳定性,不发生倒塌。以上四个方面中,第一项和第四项指的是结构的承载能力和稳定性,属于结构的安全性;第二项指的是结构的适用性;第三项指的是结构的耐久性。它们共同组成了结构的可靠性。
 第3章钢筋混凝土梁桥抗力与荷载概率模型.............263.1公路桥梁结构荷载效应统计分析.............263.2公路桥梁结构抗力统计分析.............323.2.1公路桥梁结构构件抗力分析.............323.3公路桥梁结构荷载效应与抗力经时变化模型.............373.4本章小结.............43第4章可靠性评估方法的实际应用.............444.1评估实例.............444.2各因素对结构可靠度的影响分析.............554.3本章小结.............61第5章结论与展望 .............62
 结论
 本文采用结构可靠度理论,针对钢筋混凝土梁桥这一特定结构,建立了荷载效应与抗力的经时变化概率模型,采用JC法与PNET法对某钢筋混凝土梁桥进行了可靠性评估工作,从中得出结论如下:(1)超载因素对结构可靠性的影响十分明显,两者基本成线性关系。以算例中己使用30年的钢筋混凝土梁桥为例,当超载达到40%时,结构可靠指标己下降到一个非常低的水平,所以为了使结构保持良好的运营状况,应尽量减少超载情况的发生。(2)通过对结构可靠度的影响因素分析表明,混凝土的碳化强度对结构可靠度的影响十分微弱,结构的可靠度主要依赖于钢筋锈蚀强度以及钢筋与混凝土之间粘结锚固性能,而这两者又可以归结为一个因素,即钢筋的锈蚀。所以对于结构受力主筋的锈蚀情况应该分外注意。(3)通过对结构可靠指标经时变化曲线的分析表明,结构可靠指标在结构设计基准期的变化大致可分为两个阶段:稳定期与下降期。在第一阶段,结构可靠指标维持在一个较高的水平,并且随使用年限的增加而略有上升。这一时期大概持续15~20年左右。之后结构可靠度进入下降阶段,随着使用年限的增加,其下降速率略有增加。以算例中的钢筋混凝土梁桥为例,在投入使用60年后,其结构可靠指标己下降到一个极低的水平,基本可以认为结构己不适于继续承载。
 参考文献:[1]孔样仲.混凝土桥梁常见病害的整治.铁道标准设计.2000, 20(12).田志勇.旧桥的评估与加固:(硕士学位论文).成都:西南交通大学,2006.肖敏,雷昌龙.既有混凝土桥梁的病害防治.桥梁建设.2000(2).艾军.既有公路桥梁承载力分析与评定.桥梁建设.2000 (4).艾军,史丽远,乔光华等.现在公路桥梁承载力的分析与评定.北京:人民交通出版社,2003.吴世伟.结构可靠度分析.北京:人民交通出版社,1990. A.M.Freudenthal. Safely of structures, Trans. ASCE, 1947:112. C. A. Cornell. A probability-based structural code, ACT J. 1969:66-12.赵国藩.建筑结构按照计算的极限状态的计算方法.大连工学院学刊.1954(1).赵国藩.建筑结构按照极限状态计算原理及期系数的确定方法.土木工程学报.1956,3(2).