结构的可靠度和桥梁的可靠性分析毕业论文(共47页)

1、 河北大学2011届本科生毕业论文 PAGE 40第一章 绪论(xln)1.1结构的可靠(kko)度和桥梁的可靠性分析 土木工程结构设计计算曾用安全系数来度量结构的可靠度，在采用单一安全系数设计时可以调整安全度的大小，但不能统一规范内各部分之间的安全一致性问题，不能作为衡量安全度大小的尺度。若结构构件设计实行极限状态设计，安全系数度量不但粗糙和模糊，并且使结构分析方面的计算机化带来的优越性被安全系数所掩盖。各种可变荷载概率模型化和建筑结构本身的日益复杂，以及荷载多种组合，不能用安全系数来描述(mio sh)。安全系数不能用破坏的安全倍数来解释，而要求对安全储备的大小予以量化，在建筑结构可靠度设

2、计标准和结构可靠总原则中，将失效概率作为度量结构可靠性大小的尺度。 评定单元被划分为下部结构、支座、上部结构及桥面系等4个组合项目。桥面系主要指桥梁的桥面部分。支座不仅要传递很大的荷载，并且要保证桥梁结构可以产生一定的变位，使桥梁结构的实际受力情况与结构的静力图示相符合。下部结构主要指桥梁的柱、墩和地基基础，上部结构主要指桥梁的梁、板或拱等，他们构成了桥梁结构体系。 项目由若干子项构成，从而形成子项、项目或组合项目、评定单元3个层次，每个层次划分为4个等级，在各个层次上，安全性和正常使用性不分开鉴定直接对可靠性进行评级。在评定项目等级时，将各子项划分为主要子项和次要子项，以反映不同极限状态所要

3、求的目标可靠指标的差异。 在桥梁承重结构体系组合项目的等级评定中，引用了故障树的逻辑原理来表示构件可靠性和结构可靠性之间的关系，采用传力树评级法。传力树是由一系列基本构件和非基本构件组成的传力体系，树结构可形象地表示构件与体系失效之间的逻辑关系。基本构件失效会导致传力树中其他构件失效，非基本构件失效不会导致其他构件失效。如桥梁上部主梁，支座、下部基础等基本构件中，桥面系是非基本构件，传力树评级法首先将桥梁的承重结构系统划分为若干传力树，然后分别评定各组成构件的等级，最后根据构件和非基本构件的评定等级和同类构件中所占百分比来评定传力树等级，进而确定承重结构体系的评级。 子项是桥梁可靠性鉴定的第1

4、层次，每一个子项根据某项功能的极限状态评定，如混凝土构件包括承载能力、变形、裂缝、构件等4个子项，子项的评定等级用a、b、c、d表示。 项目是可靠性鉴定的第2层次。按其构成(guchng)又可以细分为基本项目和组合项目俩类，如承重结构体系属组合项目；基础（桥墩）属于基本项目。项目的评定等级用A、B、C、D表示。 单元式可靠性鉴定的第3个层次，单元的评定等级(dngj)在各项目的评定结构的基础上进行综合评定，用I,、II、III、IV表示。1.2 可靠度理论在桥梁工程中的应用(yngyng)现状 1.2.1国内研究现状 国内对桥梁可靠性的研究，主要集中在既有桥梁的可靠度研究，而且大多数只限于桥梁

5、在单个失效模式下的可靠度分析，一般采用一次二阶矩法，也有采用响应面法,蒙特卡罗法等。对既有桥梁先进行可靠度评估，以此为依据，有选择性的对桥梁进行养护、维修与加固。针对现役桥梁结构和后续使用期桥梁结构之间的不同之处，系统地总结分析了荷载效应与抗力随时间的变化规律，不仅对现役桥梁结构进行可靠性计算，而且对后续使用期桥梁结构进行可靠性估算，并估计桥梁的剩余使用寿命，采用对桥梁进行实时检测，根据实际工程的检测值，对抗力进行修正，最后进行桥梁结构的可靠性分析。针对桥梁疲劳破坏在实际中比较普遍，而且破坏结果比较严重的现象，国内有很多学者对疲劳破坏可靠度进行探讨。通过对既有桥梁的监测，得到若干天的应力一应变

6、随时间的变化曲线，然后进行统计得到应力幅谱，最后进行可靠度分析，得到适合于桥梁疲劳寿命可靠性评估的概率模型。根据模糊可靠性设计理论，对公路钢筋混凝土桥梁强度的模糊可靠性设计方法进行分析，运用二级模糊综合评判方法和贝叶斯理论，确定桥梁疲劳寿命概率分布。考虑既有铁路混凝土梁的抗力劣化，采用时变的可靠性计算法对铁路混凝土梁剩余使用期内承载力失效概率进行了计算，其中顾及到铁路混凝土梁的钢筋疲劳，对该梁随时间变化的疲劳可靠性指标进行了计算。一般可靠度计算仅限于对桥梁的静力可靠度计算，近些年来，随着斜拉桥、悬索桥、钢管拱桥等大跨度桥梁的大量修建，使得桥梁动力可靠度变得越来越重要。采用泊松分布和马尔可夫过程

7、，给出了在强风作用下，在设计基准期内桥梁结构某一特定截面或节点的抖振动力可靠性分析方法。基于现有的结构可靠性理论，通过极限状态方程建立起桥梁颤振的可靠性分析模型，并提出了用以确定桥梁颤振稳定失效概率的计算方法。根据随机振动理论和可靠性理论，考虑桥墩单元参数不确定性和桥梁上部结构摩擦因数等问题，建立了桥梁各单元的可靠度计算方法。1.2.2国外研究(ynji)现状国外对桥梁可靠性的研究比较深入，无论是在计算方法上和可靠度的应用方面(fngmin)都超前于国内。采用随机有限元网格法对桥梁材料的破坏和裂纹扩展进行可靠度研究。对桥梁单一失效模式的可靠度，更多地考虑了结构的非线性因素，如:结构的几何非线性

8、桥船碰撞、钢架桥、高速公路桥梁和立交桥地震响应、悬索桥进行风振等。对多失效模式结构体系可靠度的研究也有较多的文献，还有不少相关文献对高速公路上的预应力混凝土桥梁进行系统可靠度研究。对时变可靠度的研究(ynji)，在国外也是一个可靠度研究的热点。指受外界环境影响下，结构抗力不断下降时，预应力混凝土桥梁结构可靠度随时间的变化过程中考虑桥梁的预应力损失、桥梁线型和混凝土腐蚀等因素随时间的变化，然后分析这些因素对结构可靠度的影响。 对结构进行可靠度优化也是近些年来国外的研究热点。对复杂结构，通过进行结构系统的可靠度估计，讨论了基于可靠度的优化。在结构设计中，采用基于可靠度的优化结构费用最少。1.3 桥

9、梁可靠性评估现状 桥梁的材料性质，结构的行为、荷载、环境条件等都是不确定的，可以认为他们都是随机变量，由于桥梁的寿命与上述因素有关，因此认为桥梁的寿命也是随机变量，这样用可靠度方法来研究桥梁的寿命从理论上讲是可行的，而且可以很好的与设计结合起来。 西南交通大学的屈文俊提出桥梁的寿命分为技术寿命和经济寿命，前者为随机变量，后者为经济优化的结果。从期望效益与期望经济风险的优化分析着手，提出了既有结构的可靠技术使用寿命；并从经济学的观点着手，建立了桥梁结构的修、废判别标准，并提出了桥梁经济使用寿命的优化方法。 提出了钢筋混凝土板梁桥中钢筋被腐蚀时如何估计其可靠度的一种方法。这种方法建立了交通荷载模型

10、、腐蚀模型，以及非线性有限元结构模型；讨论了两种形式的腐蚀，即全面腐蚀(包括混凝土剥落，混凝土与腐蚀钢筋之间失去结合)和局部腐蚀时采用一阶可靠度方法得出可靠性指标来估计板梁桥的可靠性；并考虑了与材料特性、几何特征、荷载分布以及腐蚀参数等有关的不定性，考察了这些不定性对桥梁可靠度的影响。 采用(ciyng)“校准(jio zhn)法”对现行公路钢筋混凝土结构及预应力混凝土桥涵设计规范(JTJ023-85)中构件的承载能力极限(jxin)状态可靠度，进行了计算和分析。 清华大学的张宇贻、秦权根据混凝土中氯离子扩散及其引起的钢筋锈蚀的机理，建立了钢筋混凝土构件的蜕化模型，并运用Monter Carl

11、o方法计算了锈蚀钢筋混凝土构件平稳二项活载过程和随机恒载联合作用下的时变失效概率。 第二章 可靠性分析的原理和方法 不确定性是结构设计、建造和使用过程中存在的一种客观现象，对这种客观现象进行研究并加以模型化、定量化，然后用数学方法进行分析，是近年来发展起来的结构可靠度理论研究的内容，这包括结构设计、施工和使用中所存在不确定性的分类，作用、抗力的统计分析，结构的极限状态，可靠度的描述和计算方法等。2.1结构分析中的不确定性 不确定性是结构设计、建造和使用过程中存在的一种客观现象，对这种客观现象进行研究并加以模型化、定量化，然后用数学方法进行分析，是近年来发展起来的结构可靠度理论研究的内容，这包括

12、结构设计、施工和使用中所存在不确定性的分类，作用、抗力的统计分析，结构的极限状态，可靠度的描述和计算方法等。 不确定性是指事件出现或发生的结果是不确定的，或在事件出现或发生之前不能预测其结果，需要用不确定性理论和方法进行分析和推断。结构可靠度理论正是考虑到工程结构设计中存在着诸多不确定性而产生和发展的。如果在设计前能够准确预测结构各构件的极限承载能力和作用荷载大小，则可将结构设计为使用期内不会发生破坏。 目前的结构可靠度理论主要讨论的是随机不确定性下的可靠度，所以进一步分析结构设计中的随机不确定性是非常(fichng)必要的。与结构可靠度有关的随机不确定性包括: (1)物理(wl)不确定性 在

13、结构设计中，承认存在随机不确定性，就是(jish)承认与设计有关的变量存在变异性，如荷载的变异性、材料强度的变异性等。在一定的环境和条件下，这些变量的不确定性是由其内在因素和外在条件共同决定的，称为物理不确定性。在有些情况下，例如混凝土构件制作时，物理不确定性可通过严格配制程序、准确控制拌和料称重、细心拌和等手段而减小，但控制过分严格，会提高构件制作费用，降低生成效率。所以降低物理不确定性有时是与一定的经济条件相关的。而有些情况下物理不确定性则不能人为降低，如风荷载、雪荷载。 (2)统计不确定性 概率论中研究的随机变量的概率分布和统计参数(如平均值、标准差、形状参数、尺度参数等)都是已知的、确

14、定的，但在实际中，随机变量的统计参数要根据收集到的样本数据，利用数理统计方法进行估计才能得到。而估计的结果与样本的容量有关，理论上只有当样本容量为无穷时，估计的参数才是准确的，确定的，一般情况下估计的参数也是一个随机变量，样本容量大时，参数估计值的变异小；而样本容量小时，变异性大。降低统计不确定性的手段是增大样本容量或采用适合的估计方法，但由于客观条件限制，很多情况下并不能够得到足够多的数据，甚至有时获得很少的样本数据都是困难的.当变量的统计不足时，理应将统计的不确定性也考虑到结构可靠度分析中，目前有一些这方面的研究，如用贝叶斯方法进行分析。但由于问题的复杂性，工程中应用尚有困难。 (3)模型

15、的不确定性 在结构设计和可靠度分析中，常需要根据一些变量，利用已有的公式和模型计算另一变量的取值，如根据结构的材料特性和几何尺寸计算结构的承载力，根据结构上的荷载计算结构的反应等，使用的公式可为理论公式，也可能为半经验半理论公式，还可能是完全通过试验得到的经验公式。即便是精确推导的理论公式，计算结果也会与实际值有所差别，因为理论公式是在一定假设条件下得到的，而假设条件一般总与实际情况有差别，对于经验公式更是如此.除此之外，采用各种简化手段进行分析也会产生一定的误差，如将非线性模型简化为线性问题，将动力问题简化为准静力问题等。由计算公式不确定或模型简化而产生的不确定性称为模型不确定性，在结构可靠

16、度分析中常用一个附加的随机变量来描述。降低模型不确定性的途径，是使计算假定尽量与实际情况相符。采用先进的计算手段，要受到科学技术发展水平和经济条件的限制，如许多问题目前尚不能建立更准确的理论模型，有些情况下精确的分析则需要相当大的费用。2.2 可靠性分析(fnx)的基本方法 目前(mqin)常用的计算方法有一次二阶矩法、蒙特卡罗法、响应面法2.2.1一次二阶矩法 所谓一次二阶矩法是针对结构功能函数为变量的一次(即线性)函数，以变量的一阶矩和二阶矩为概率特征进行可靠度计算的一种方法。对于非线性功能函数，一般在某点进行泰勒级数展开并近似(jn s)地取某一次式，使结构功能函数线性化，然后再用一次二

17、阶矩法计算可靠指标。 一般地说，设影响结构可靠度的n个随机变量为，结构的极限状态方程为 将结构功能函数在点展开为泰勒级数，即有 为了得到线性极限状态方程，近似地只取到一次项，得到 表示该导数在点处取值式中即为可靠性分析中将功能函数线性化的常用公式，一般称为中心点一次二阶矩方法。 中心点一次二阶矩方法是在均值点附近将非线性功能函数线性化，并据此计算可靠指标，由于均值点一般在可靠区内，且距失效边界较远，将使求得的可靠指标误差较大。改进一次二阶矩方法常简称为一次二阶矩法，又称为验算点法，是由Hasfer-Lind和Rachwitz-Fiessier等人提出的，这一方法是将非线性功能函数的线性化点选为

18、设计验算点，并据此计算可靠度指标，使得到的可靠指标p值具有较高的精度，也从根本上解决了中心点一次二阶矩存在的问题，所以，改进一次二阶矩法在可靠性分析和设计中得到了广泛的应用。 验算(yn sun)点X处的线性化极限(jxin)状态方程为在设计验算点的边界(binji)上，此时z的均值:在变量相互独立的情况下，Z的标准差为:则可靠度指标为2.2.2蒙特卡罗法 蒙特卡罗法是一种计算机模拟法，用计算机研究随机变量分布的方法，即反复进行实验、观测取得随机 变量的大量子样，然后用子样分布挖地代表随机变量母体的分布，或者利用子样来估计待定参数数值。这种方法在观测子样足够大的情况下，有比较满意的精度。 众多

19、研究者一直在致力于蒙特卡罗方法缩减方法，有对偶抽样法、条件期望抽样法、重要抽样法、分层抽样法、控制变数法和相关抽样法等，其中应用最多、也是对有效的是重要抽样法，包括一般重要抽样法、渐进重要抽样法、更新重要抽样法和方法重要抽样法。但是对于多失效模式的复杂模型，有事也只能用一般的抽样法。 得到随机变量的样本值后，利用己知的结构功能函数，就可以判定结构的状态，对于失效的状态进行统计分析，就可以估计结构的失效概率。如果直接根据随机变量的概率分布进行抽样来估计结构的失效概率，不做任何技术上的处理，则称为一般抽样方法。一般抽样方法是结构可靠性蒙特卡罗模拟最基本的方法，其它的高效抽样方法也是以一般抽样方法为

20、基础的。作为结构可靠度分析的基本(jbn)问题，设X1,X2,.Xn为结构(jigu)中的n个随机变量，其概率密度函数分别为由这n个随机变量(su j bin lin)表示的结构功能函数为根据可靠度基本理论，结构失效概率为其中表示结构的示性函数，采用这种表达式的优点是将失效概率计算的局部积分(失效域)，扩大到整个积分域(失效域和可靠域)，从而分析中不再需要具体考虑极限状曲面的形状和复杂性，而只需要计算功能函数的值，并判断该值是否大于0,还是小于0。当该点落入可靠域时，示性函数的值取0,当该点落入可靠域时，示性函数的值取0,落入失效域时取1，如果蒙特卡罗方法对随机变量Xi,X2,.X,进行多次抽

21、样，则可得到多个不同的示性函数值。如上式所表明其平均值就是结构失效概率的估计值，但抽样方式不同，失效概率的估计公式也不同。 对于随机变量X;= (i=1, 2,，n)，假设为根据其概率分布产生的由小至大排列的N个样本值，则由此可建立其经验概率分布函数相应的经验概率密度函数为其中，表示第i个随机变量的第1个样本值;为为脉冲函数，具有以下性质 对n个随机变量(su j bin lin)都产生N个随机变量，则结构失效概率Pf的估计值为上式表示了估计结构失效概率的一种方法，按照这种方法进行估计时，需要对由n个随机变量产生的全部nXN个随机样本值进行组合，然后判断每一种组合构成的点是落入可靠域，还是落入

22、失效域，进而(jn r)计算结构示性函数的值，这样的组合共有个。根据(gnj)概率论中的大数定理，当时，从而有，即当随机变量的样本容量非常大时，由上式表示的失效概率估计值趋于其精确结果。 大数定理为蒙特卡罗方法的收敛性提供了理论基础，但如式中所示，当随机变量的样本容量不是足够大时，失效概率估计值则是一个依棘于随机变量样本容量的随机变量。在蒙特卡罗方法中，通过对失效概率估计值方差或变异系数的分析，来评判估计方法的好坏。在一定的样本容量下，若方差或变异系数大，则估计方法的优良性不好;反之，应该属于较好的估计方法，仅需较少的样本容量，就可获得较准确的估计结果。2.2.3响应面法 近年来可靠度计算的响

23、应面法(Response Surface Method)日益受到重视，它是用一个简单的显式函数逐步逼近实际的隐式极限状态函数的方法，使可靠度计算得到简化。由于该方法可以直接应用在确定性结构的计算程序，使得可靠度分析工作更加简便易行，为大型复杂结构的可靠度分析展现良好的应用前景。 1951年Box和Wilson首先提出响应面法，但是对于响应面法的研究仅限于如何用统计的方法得到近似函数，用来逼近一个复杂的隐式函数。1985年RS.Wong首先用一次响应面法分析研究了土坡稳定的可靠度问题，而后国内外许多学者逐步拓展了这一研究领域。设结构的功能(gngnng)函数为Z =g(x)，则结构的失效概率为式

24、中是基本(jbn)随机变量；表示(biosh)概率。可以看成是系统在一定输入下的响应，称为响应面(Response Surface)可将其近似表达为多项式的形式。若取二次完全多项式，则有更简单的取为一次多项式(直线方程)，上式可以进一步简化为为了得到待定系数，需要选择足够的展开点计算值，由解线性方程组求出和的值，从而得到失效函数的拟合表达式，为了得到更精确的解，可以引进一些数值计算的冗余度，用最小二乘估算法求和，假定得到k组数据为必须大于等于相应的未知参数的个数。由以下两式可以求得待定系数式中其中：为第i组数据的第j个随机变量数值;为第i组数据的失效函数值。 随机变量数多的大型结构时候，这一过

25、程的计算量较大，实际上不需要在整个空间上让拟合出的响应面与真实的失效界面相吻合，只需要在验算点附近一致。因为这一区域对总的失效概率贡献最大，因此展开点应该选择在验算点附近，是最理想的。 在随机变量很多的情况下，计及交叉项的响应面法的计算量较大。所有可根据实际情况可适当忽略(hl)展开式中的交叉项，使计算变得更为简单。在计算中，了得到更好的拟合曲线，可以使用某些对数形式的变量，如等将可达到较理想(lxing)的效果。 在计算过程(guchng)中，若结合有限元法计隽的值，则运用响应面法可以计算各种复杂的工程问题。在拟合响应面后，采用蒙特卡罗法或改进算法，在响应面上进行反复模拟，可以方便地求出结构

26、系统的各失效模式的失效概率及体系失效概率。2.2.4 总结 以上三种可靠度计算方法是目前最广泛采用的，而且是计算效果比较理想的方法。除此之外，应用较多的还有梯度优化法、摄动随机有限元方法、纽曼随机有限元方法以及以上几个方法的组合和改进，本文就不详细叙述。 一次二阶矩法应用最为广泛，但必须限定在有功能函数表达之内。对于复杂模型则只能用近似的表示式代替，计算结果会有误差，而且对于多失效模式的可靠度计算，有一定难度。蒙特卡罗方法最容易理解，计算结果也最为精确，但是计算量大，在计算机计算速度较快的今天，对于处理一些复杂模型也是一个较理想的方法。众多研究者一直在致力于蒙特卡罗方法缩减方法，有对偶抽样法、

27、条件期望抽样法、重要抽样法、分层抽样法、控制变数法和相关抽样法等。其中应用最多、也是最有效的是重要抽样法，包括一般重要抽样法、渐进重要抽样法、更新重要抽样法和方法重要抽样法等。但是对子多失效模式的复杂模型，有时也只能用一般的抽样法。响应面法，采用响应面来模拟结构实际的失效面，然后再通过蒙特卡罗法求得失效概率和系统失效概率.由于其计算量比蒙特卡罗法小很多，计算精度也比较高，比较适合在大型复杂工程结构可靠性分析中推广应用。 第三章 既有混凝土桥梁(qioling)结构的动态可靠性分析 目前，我国桥梁建设发展迅速,随着在役桥梁使用年限的增加,经常需要对已有桥梁进行维修和改造.对于已有桥梁无论是做改造

28、,还是维修加固,对其进行可靠度鉴定是一项不可缺少的前提工作.桥梁结构的可靠性包括安全性、适用性和耐久性3个方面。结构耐久性问题是当前国际土木工程(tm gngchng)界所关注的重大问题,而这一问题在我国尤为突出13。当前结构可靠度的概念和定义都是以设计使用年限为依据,没有考虑结构在服役过程中可靠度的变化情况。而现有结构的可靠性是一个动态可靠性问题。同时,由于结构失效概率是结构服役年限失效概率的并集,结可靠性的控制也就应该考虑时间因素。因此,研究结构的动态可靠性分析方法是现有结构可靠性评估的重要问题,也是基于可靠性的承载力寿命预测及剩余寿命预测迫切需要解决的问题。对于既有钢筋混凝土桥梁结构,由

29、于其自身的材料性能、所处环境情况、使用时间、荷载效应的变化以及其它各种因素的影响,其可靠性指标一般会随使用时间的增加而出现逐渐减弱的趋势,这一可靠性指标逐渐减弱的过程是一个动态的过程,结构动态可靠性分析是一个非常复杂的问题。文献4,5对此进行了一定的研究,但给出的计算结构的失效概率公式是一个高维积分,计算复杂,本文充分利用荷载、抗力等各种统计规律及功能函数的性质,推导出了一种在工程实际中简便实用的动态可靠度计算方法。3.1 动态(dngti)可靠度3.1.1结构动态可靠性模型 传统的结构可靠性计算方法基于3方面的假设:1)抗力与荷载效应相互独立假设；2)抗力与荷载效应的随机变量假设；3)串、并

30、联系统假设.我国建筑结构可靠度设计统一标准所采用的可靠性模型为“半随机过程模型”。它在结构抗力和荷载效应的处理上采用假设1)和3)。 现有(xin yu)结构可靠性的数学模型为: (1)式中：R,S为结构的抗力与作用效应；t为结构使用(shyng)时间；S(t)为作用效应随机过程；Z(t)为极限状态随机过程。式(1)称为可靠性的“半随机(su j)过程模型”,它考虑了结构的作用具有时间变异性,将作用效应处理为随机过程,而将结构的抗力仍视为随机变量。由于在计算结构可靠度时采用的是考虑基本变量概率分布类型的一次二阶矩结构可靠度分析方法,各种基本变量是按随机变量考虑,所以,需将荷载(可变荷载)随机过

31、程转变成随机变量求解,即假设2)。因此,这一模型基本上属于可靠性的“静态模型”。可靠性分析的静态模型适用于结构的抗力在使用过程中不随时间变化或变化不大的情况,即可以将抗力视为随机变量。然而,对已有混凝土桥梁结构来说,由于环境等因素的影响,结构的耐久性能下降、抗力衰减不能忽视,结构的抗力将是使用时间的函数,因此,必须用随机过程模拟结构的抗力,于是桥梁结构的功能函数表示为: (2) 相对式(1)而言,式(2)称为可靠性的“全随机过程模型”,它是结构可靠性的动态模型,如图1所示。 3.1.2 定义 桥梁结构的动态可靠度定义为:在规定的继续使用期内,在正常使用、正常维护条件下,考虑环境和结构抗力衰减等

32、因素的影响,桥梁结构服役某一时刻后在后续服役期内完成预定功能的能力。 用可靠度度量为: (3) (4) 式中：为桥梁结构服役分析时刻,a；为继续使用期,目前,桥梁结构的设计基准期一般定为100 a；Z(t)为考虑桥梁结构t时刻预期技术状况的功能函数；R(t)为考虑时刻预期桥梁结构状态修正和后续服役期变化的抗力随机过程；S(t)为考虑时刻预期桥梁结构状态修正和后续服役期变化的荷载效应随机过程。 桥梁结构在运营使用中,由于材料老化、环境不利以及超载行车等因素的影响,使结构承载力下降,耐久性能降低。考虑抗力和荷载效应随时间变化本身是一个随机过程(guchng)问题,但由于用随机过程理论研究可靠度计算

33、过程复杂,不利于工程应用。因此,本文给出了一种简便易行的计算方法。 综合调查分析混凝土强度和钢筋(gngjn)截面面积或钢筋强度的统计参数随时间的变化规律,可将抗力随机过程表示为: ,其中(qzhng)为结构构件t =0时的抗力,为一确定性函数。将抗力随机过程中也离散成m个随机变量，的大小取第i个时段的抗力中值。则综合反映后续服役期内抗力变化历程的结构等效抗力可表示为: (5)式中:为设计基准期(0,Ts)内最大汽车荷载效应；为概率分布函数中的参数。将R视为概率分布与R0相同的,平均值和标准差如下式计算的随机变量: (6) (7)采用后续服役基准期内等效抗力和荷载效应的概率分布简化计算结构动态

34、可靠度。3.1.3 结构动态可靠性分析方法结构动态可靠性模型确定后,则结构在设计基准期内的安全概率为: (8) 如按现行结构可靠性标准计算结构的安全概率,上式可表示为: (9) 而结构的荷载是按照荷载变化周期而将结构设计(使用)基准期T划分为M个相等的时段,而且各个时段内,荷载独立同分布。在计算(j sun)动态结构可靠性的过程中,为了与结构荷载效应相对应,同样将抗力随机过程离散化为M个随机变量其大小(dxio)取第i个时段抗力的最小值。即在第i时段,，则结构(jigu)在时间T内的安全概率为: (10)式中：为时段i的功能函数. 由上式可知,当,即抗力不随时间衰减,上式整理后可得为: (11

35、)这与现行结构可靠性分析方法是相协调的,即现行结构可靠性分析方法(不考虑抗力的衰减),而本文对不考虑抗力随时间衰减情况没有进行讨论.3.2既有混凝土桥梁结构动态可靠度分析方法及计算流程设第t时刻结构可靠性的功能函数为: Z(t) = R(t)-G-Q(t) (12) 式中:R(t)为t时刻的结构抗力; , R0为t =0时刻结构构件的抗力.如前所述,假定它服从对数正态分布,其平均值和变异系数分别为,为一确定性的函数;则t时刻R(t)的平均值和变异系数分别为: (13)G为恒载效应,服从(fcng)正态分布,其平均值和标准差分别为,;Q(t)为活载效应(xioyng),服从极值型分布(fnb)。

36、t时刻,其平均值和标准差分别为: (14) 由上述可知,该功能函数具有较广泛的代表性,选择其作为研究对象具有实际工程意义。Z(t) 0,Z(t) =0和Z(t) 【】=3.7 ,满足承载能力的要求，在这种情况下，则桥梁再使用60年也能满足承载能力的要求。通过计算可以得到单纯考虑结构抗力的降低对桥梁可靠度的影响规律，从而判断出桥梁在满足设计功能要求的情况下的使用年限。通过计算也表明桥梁当初在设计时比较保守，设计充分考虑了桥梁结构在其使用年限内,可能受到的频繁的承载,甚至超载作用,和自然灾害的侵袭,以及交通事故等人为事端的侵袭。第五章 结论(jiln)与展望 对于待建桥梁和已建桥梁，对其寿命进行可

37、靠性分析，是我国工程界亟待解决的问题。本文对已建钢筋混凝土桥梁进行了两方面的可靠性分析，分别是：对既有混凝土桥梁在结构和材料上的动态可靠性分析；对钢筋锈蚀引起的桥梁结构性能退化可靠性分析。并且考虑了其在寿命时间内，桥梁结构和材料受自然环境、自身因素(yn s)以及人为因素的影响。在我国现行的工程(gngchng)结构可靠度标准中,对各类结构构件可靠度的分析,采用的是国际“结构安全度联合委员会”(JESS)所推荐的“一次二阶矩法”。按现行标准设计的结构构件,其可靠指标仅反映了其在设计基准期内的可靠度,是一常量。然而,对于已有混凝土桥梁结构,其可靠性指标随使用时间的增加而出现逐渐减弱的动态趋势,因

38、此,其可靠性指标是与时间有关的随机过程,是动态可靠度。 本文中首先讨论了结构的动态可靠度,然后对已有混凝土桥梁结构的动态可靠度进行了计算流程分析,最后给出了已有混凝土桥梁结构动态可靠度的工程实例。结构动态可靠性分析是一个非常复杂的问题,其计算公式是一个高维积分,计算复杂。本文充分利用了兰州交通大学学报(自然科学版)第25卷荷载、抗力等各种统计规律及功能函数的函数性质,提出了一种简便实用的动态可靠度的计算方法,为已有混凝土桥梁结构可靠性等级评定、剩余使用寿命预测、可靠性设计等打下了良好的基础。运用可靠度理论，对桥梁钢筋锈蚀引起结构性能的退化进行了全程分析，从钢筋锈蚀量和粘结性能的退化，分析了结构

39、可靠性的下降，对桥梁的耐久性做出了评价。通过对桥梁混凝土构件中钢筋锈蚀状况的检测，实现对结构的使用寿命的预测和加固时机的选择。由于有关钢筋锈蚀状况参数与利用结构等效抗力这一概念，可以计算出不同时刻结构的可靠度水平，从而可以钢筋锈蚀速度之间干系还需进一步验证，锈蚀速度模型还应进一步完善。参考文献1.中华人民共和国国家标准(biozhn).工程结构可靠度设计统计标准(GB50153-92).北京:中国计划出版社，19922.赵国藩.工程结构可靠性理论(lln)与应用M.大连:大连理工大学出版社，1996.3.夏明进，霍达，滕海文.现有(xin yu)桥梁的可靠性分析.北京工业大学学报.2004,3

40、0(l):89-924.禹智涛，韩大建.既有桥梁可合靠性的综评估方法.中南公路工程. 2003, 28 (3) :8-125.田卿燕，李凯.混凝土桥梁的现场检测和可靠性评估.国外桥梁.2001(4):20-246.杨伟军，张建仁等.服役桥梁评估荷载分析.中南公路工程.2002,27(3):31-337.邢尚青，姜增国.既有RC梁桥使用寿命可靠性分析，黑龙江工程学院学报.2003,17(2):14-168.周世浩，彭敏等.现役钢筋混凝土桥梁荷载与抗力分析.桥梁建设.2005(l):15-189.杨虎荣，周世浩等.现役钢筋混凝土简支梁桥时变可靠度分析世界梁.20050):33-36 10.王季青，

41、张建仁等.基于动态可靠性的服役桥梁保险.中南公路工程.2001,26(2):92-94 11.郑蕊，李兆霞.基于结构健康监测系统的桥梁疲劳寿命可靠性评估.东南大学学报:自然科学版.2001, 31(6):71-73 12.胡业平，屠义强.军用桥梁疲劳可靠性分析中的荷载效应解放军理工大学学报:自然科学版。2004,5(5):39-41 13.贡金鑫. 工程结构可靠度计算方法. 大连: 大连理工出版社，2003 14.赵国藩等. 结构可靠度理论. 北京: 中国建筑工业出版社，2000 15.张新培. 建筑结构可靠度分析与设计.成都:四川大学出版社，2001 16.中交公路规划设计院.公路钢筋混凝土

42、及预应力混凝土桥涵(qiohn)设计规范.北京:人民交通出版社，2004 17.王钧利.影响桥梁结构耐久性的主要(zhyo)因素及应对措施.中外公路，2004 (24) 6: 61-64致 谢本文是在郄禄文导师的悉心教导和细致关怀下完成的。郄老师学识渊博，治学态度严谨，平易近人，为人谦虚，具有扎实的理论功底和丰富的工程经验，在三年半的学习生活中，不但教给我丰富的理论知识和做人的道理，而且提供了很多实践的机会，这让我不但在理论上有了很大提高，而且积累了一定的实践经验。在此，祝郄老师事业顺利，全家(qun ji)幸福!感谢我的室友们，从遥远的家来到这个陌生的城市里，是你们和我共同维系着彼此之间兄弟

43、般的感情，维系着寝室那份家的融洽。四年了，仿佛就在昨天。四年里，我们没有红过脸，没有吵过嘴，没有发生上大学前所担心的任何不开心的事情。只是今后大家就难得再聚在一起吃每年元旦那顿饭了吧，没关系，各奔前程，大家珍重。我们在一起的日子，我会记一辈子的。感谢我的爸爸妈妈，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！ 最后，我要向在百忙之中抽时间对本文进行审阅、评议和参加本人论文答辩的各位老师表示感谢！外文(wiwn)文献Civil e

44、ngineeringCivil engineering is a professional engineering discipline that deals with the design, construction and maintenance of the physical and naturally built environment, including works such as bridges, roads, canals, dams and buildings. Civil engineering is the oldest engineering discipline af

45、ter military engineering, and it was defined to distinguish non-military engineering from military engineering. It is traditionally broken into several sub-disciplines including environmental engineering, geotechnical engineering, structural engineering, transportation engineering, municipal or urba

46、n engineering, water resources engineering, materials engineering, coastal engineering, surveying, and construction engineering. Civil engineering takes place on all levels: in the public sector from municipal through to federal levels, and in the private sector from individual homeowners through to

47、 international companies.History of the civil engineering professionEngineering has been an aspect of life since the beginnings of human existence. The earliest practices of Civil engineering may have commenced between 4000 and 2000 BC in Ancient Egypt and Mesopotamia (Ancient Iraq) when humans star

48、ted to abandon a nomadic existence, thus causing a need for the construction of shelter. During this time, transportation became increasingly important leading to the development of the wheel and sailing. The construction of Pyramids in Egypt (circa 2700-2500 BC) might be considered the first instan

49、ces of large structure constructions. Other ancient historic civil engineering constructions include the Parthenon by in Ancient Greece (447-438 BC), the Appian Way by Roman engineers (c. 312 BC), the Great Wall of China by General under orders from Chin Emperor Shih Huang Ti (c. 220 BC) and the con

50、structed in ancient Sri Lanka like the and the extensive irrigation works in Anuradhapura. The Romans developed civil structures throughout their empire, including especially aqueducts, bridges, dams and roads.Until modern times there was no clear distinction between civil engineering and architectu

51、re, and the term engineer and architect were mainly geographical variations referring to the same person, often used interchangeably. In the 18th century, the term civil engineering was coined to incorporate all things civilian as opposed to from military engineering.The Archimedes screw was operate

52、d by hand and could raise water first self-proclaimed civil engineer was John who constructed the Lighthouse. In 1771 and some of his colleagues formed the Society of Civil Engineers, a group of leaders of the profession who met informally over dinner. Though there was evidence of some technical mee

53、tings, it was little more than a social society.In 1818 the Institution of Civil Engineers was founded in London, and in 1820 the eminent engineer Thomas Telford became its first president. The institution received a Royal Charter in 1828, formally civil engineering as a profession. Its charter defi

54、ned civil engineering art of directing the great sources of power in nature for the use and convenience of man, as the means of production and of traffic in states, both for external and internal trade, as applied in the construction of roads, bridges, aqueducts, canals, river navigation and docks f

55、or internal intercourse and exchange, and in the construction of ports, moles, breakwaters and lighthouses, and in the art of navigation by artificial power for the purposes of commerce, and in the construction and application of machinery, and in the drainage of cities and towns.The first private c

56、ollege to teach Civil Engineering in the United States was Norwich University founded in 1819 by Captain Alden Partridge. The first degree in Civil Engineering in the United States was awarded by Rensselaer Polytechnic Institute in 1835. The first such degree to be awarded to a woman was granted by

57、Cornell University to Nora Stanton in 1905.The education and licensure of the civil engineerCivil engineers typically possess an academic degree with a major in civil engineering. The length of study for such a degree is usually three to five years and the completed degree is usually designated as a

58、 Bachelor of Engineering, though some universities designate the degree as a Bachelor of Science. The degree generally includes units covering physics, mathematics, project management, design and specific topics in civil engineering. Initially such topics cover most, if not all, of the sub-disciplin

59、es of civil engineering. Students then choose to specialize in one or more sub-disciplines towards the end of the degree. While an Undergraduate Degree will normally provide successful students with industry accredited qualification, some universities offer postgraduate engineering awards which allo

60、w students to further specialize in their particular area of interest within engineering.In most countries, a Bachelors degree in engineering represents the first step towards professional certification and the degree program itself is certified by a professional body. After completing a certified d