桥梁结构安全的评定方法与检测技术 ppt课件

1、周周 毅毅 (Y. E. Zhou, PhD, PE) 美国优斯公司美国优斯公司 (URS Corporation)桥梁评定检测与加固业务经理桥梁评定检测与加固业务经理 第四届全国公路科技创新高层论坛第四届全国公路科技创新高层论坛 北京北京 2019l什么是桥梁构造平安评定什么是桥梁构造平安评定?l构造平安的衡量及可靠性指数的概念构造平安的衡量及可靠性指数的概念l构造设计可靠性与评定可靠性的区别构造设计可靠性与评定可靠性的区别l提高构造评定可靠性的方法提高构造评定可靠性的方法 动态秤重动态秤重, 荷载测试荷载测试,无损检测技术无损检测技术 等等等等l动态秤重技术的运用动态秤重技术的运用 准确丈

2、量荷载的变化准确丈量荷载的变化l用于构造疲劳和强度评定的荷载测试和有限元分用于构造疲劳和强度评定的荷载测试和有限元分析方法析方法l磁通漏磁检测系统磁通漏磁检测系统 (MFL) 用于评定置于混凝土用于评定置于混凝土构造及缆索中钢筋或钢绞线情况的无损检测技术构造及缆索中钢筋或钢绞线情况的无损检测技术l总结与结论总结与结论R 的影响要素杆件几何尺寸资料性能施工质量支撑情况构造系统缀余度随时间的恶化Q 的影响要素卡车的分量,分布及变化其他同时作用的荷载 (DL, T, W ) 荷载 应力的对应关系支撑情况随时间的变化在一个指定时间在一个指定时间 t, 检查检查:构造强度构造强度 R (t) 荷载效应荷

3、载效应 Q (t)R = 杆件杆件/节点的承载才干节点的承载才干 (M, V, P )Q = 对应的荷载效应对应的荷载效应 (M, V, P )平安程度平安程度 = R - Q (随即变量随即变量)R, R, Q, Q = 设计设计/评定准那么中的控制参数评定准那么中的控制参数 R, QpRQ构造强度构造强度 (R)荷载效应荷载效应 (Q)Q R 破坏破坏Q QR R = R-Q / R-Q = 可靠性指数pf = P(R-Q) 0 = 破坏的概率Pf1.01.59x10-12.02.3x10-22.56.2x10-33.01.3x10-33.52.33x10-44.03.17x10-5正态分

4、布R-Q pR-Qpf0 R-Q破坏破坏 平安平安R-QR-Q设计设计 不定性较高不定性较高评定评定 指定的时间和地点指定的时间和地点, 不定性较低不定性较低R, QpRQ构造强度构造强度 (R)荷载效应荷载效应 (Q)评定评定设计设计构造评定构造评定, 设计设计 随时间的变化性通常不予思索随时间的变化性通常不予思索评定评定 荷载与构造强度都随时间变化荷载与构造强度都随时间变化RQR, Qp构造强度构造强度 (R)荷载效应荷载效应 (Q)QQ(t) R(t)R构造评定构造评定R-Q(t), 设计设计评定评定以获取现场数据来减少不定性以获取现场数据来减少不定性/随机性随机性:车重荷载谱车重荷载谱

5、 动态秤重动态秤重 (WIM)荷载与应力的对应关系荷载与应力的对应关系 荷载测试荷载测试/有限元分析有限元分析主要承重杆件的本身情况主要承重杆件的本身情况 无损检测无损检测 (NDT/E)R 的影响要素杆件几何尺寸资料性能施工质量支撑情况构造系统缀余度随时间的恶化Q 的影响要素卡车的分量,分布及变化其他同时作用的荷载 (DL, T, W ) 荷载 应力的对应关系支撑情况随时间的变化可靠性指数可靠性指数: = R-Q / R-Q 情况情况 1: 假设假设 R-QDes 不变不变, R-Q , R-Q pR-QDespf0 R-Q破坏破坏 平安平安评定评定设计设计提高构造评定可靠性的关键提高构造评

6、定可靠性的关键: 降低方差降低方差 R-Q 情况情况 2: 假设假设 R-QEva(t) I (i Qi)lR = 杆件强度杆件强度Qi = 荷载效应荷载效应ls = 系统赘余度系数系统赘余度系数 i =荷载系数荷载系数lc = 情况系数情况系数 I = 运营重要性系运营重要性系数数l = 阻力系数阻力系数 l随设计随设计/评定的方法而变评定的方法而变l允许应力法允许应力法 (ASD/ASR)l极限强度法极限强度法 (LFD/LFR)l荷载阻力系数法荷载阻力系数法 (LRFD/LRFR)l检算一切破坏方式检算一切破坏方式 (拉拉, 压压, 剪剪, 等等) 设计规范设计规范中的荷载中的荷载分布公

7、式分布公式够准确吗够准确吗? 简化的公简化的公式对新桥式对新桥设计来说设计来说可以接受可以接受, 但对在役但对在役桥梁评定桥梁评定不够准确不够准确.强度评定的关键: 准确的荷载与应力对应关系l关键杆件和资料的情况决议构造强度关键杆件和资料的情况决议构造强度 l施工质量是实现设计意图的关键施工质量是实现设计意图的关键l构造情况通常随时间而恶化构造情况通常随时间而恶化l无损检测无损检测 (NDT/E) 是检查不可见构造构件是检查不可见构造构件的重要工具的重要工具, 例如混凝土构造和缆索中的钢例如混凝土构造和缆索中的钢绞线或钢筋绞线或钢筋. Developed by Professor Al Gho

8、rbanpoor of University of Wisconsin at Milwaukee (UWM)Sensor Box3459Concrete SurfacePE Duct MFL Signals Flaw Indication At 914 cmMFL Signals flaw indication from 183 to 366 cm4.0-1.02.550024681012141618202224262830323436384042444648Ch 3Ch 4Ch 5Ch 9ftVoltCh 1Ch 2Ch 6Ch 7Ch 8Ch 104.0-1.02.54.0-1.02.54

9、.0-1.02.54.0-1.02.54.0-1.02.54.0-1.02.54.0-1.02.54.0-1.02.54.0-1.02.54.0-2.00.050024681012141618202224262830323436384042444648Ch 3Ch 4Ch 5Ch 9ftVoltCh 1Ch 2Ch 6Ch 7Ch 8Ch 104.0-2.00.04.0-2.00.04.0-2.00.04.0-2.00.04.0-2.00.04.0-2.00.04.0-2.00.04.0-2.00.04.0-2.00.02.0-3.00.0200123456789101112131415161

10、71819Ch 3Ch 4Ch 5Ch 9ftVoltCh 1Ch 2Ch 6Ch 7Ch 8Ch 102.0-3.00.02.0-3.00.02.0-3.00.02.0-3.00.02.0-3.00.02.0-3.00.02.0-3.00.02.0-3.00.02.0-3.00.03.0-2.00.020012345678910111213141516171819Ch 3Ch 4Ch 5Ch 9ftVoltCh 1Ch 2Ch 6Ch 7Ch 8Ch 103.0-2.00.03.0-2.00.03.0-2.00.03.0-2.00.03.0-2.00.03.0-2.00.03.0-2.00.

11、03.0-2.00.03.0-2.00.00.0-0.6100123456789Ch 3Ch 4Ch 5Ch 9ftVoltCh 1Ch 2Ch 6Ch 7Ch 8Ch 100.0-0.60.0-0.60.0-0.60.0-0.60.0-0.60.0-0.60.0-0.60.0-0.60.0-0.6Movement of the Strand Due to Magnets ForceFlaw Locations0.1-0.10.0100123456789Ch 3Ch 4Ch 5Ch 9ftVoltCh 1Ch 2Ch 6Ch 7Ch 8Ch 100.1-0.10.00.1-0.10.00.1-

12、0.10.00.1-0.10.00.1-0.10.00.1-0.10.00.1-0.10.00.1-0.10.00.1-0.10.0Flaw Locations0.6-1.00.0100123456789Ch 3Ch 4Ch 5Ch 9ftVoltCh 1Ch 2Ch 6Ch 7Ch 8Ch 100.6-1.00.00.6-1.00.00.6-1.00.00.6-1.00.00.6-1.00.00.6-1.00.00.6-1.00.00.6-1.00.00.6-1.00.0Flaw LocationsStirrups表示图表示图NoImageNoImagel现场数据是准确评定在役桥梁构造的关键

13、现场数据是准确评定在役桥梁构造的关键l数据越详细数据越详细, 方差越小方差越小, 从而可靠性指数越高从而可靠性指数越高 l提高构造评定可靠性的方法提高构造评定可靠性的方法: l利用动态秤重利用动态秤重(WIM)建立车辆荷载谱建立车辆荷载谱l利用荷载测试利用荷载测试/有限元分析建立构造中荷载有限元分析建立构造中荷载与应力的对应关系与应力的对应关系(疲劳和强度评定疲劳和强度评定)l利用无损检测确定关键承重杆件和资料的情利用无损检测确定关键承重杆件和资料的情况况(NDT/E)l需求建立以可靠性为根底需求建立以可靠性为根底 的桥梁评定规范的桥梁评定规范 实践桥梁的强度实践桥梁的强度(R)与荷载效果与荷载效果(Q)的统计分布很难确定的统计分布很难确定 估计它们的端值及其发生的概率更实践可行估计它们的端值及其发生的概率更实践可行 利用先进的分析利用先进的分析/测试