多源不确定信息下服役RC桥梁可靠性及寿命评估

多源不确定信息下服役RC桥梁可靠性及寿命评估桥梁是交通线路的咽喉,我国公路桥梁总数现居世界首位,已达73万余座,其中混凝土桥梁占90%以上。然而,环境和荷载等因素作用下导致的钢筋锈蚀问题日益突出,已成为影响桥梁服役安全的主要原因之一。服役桥梁可靠性和寿命过程中涉及多种不确定性因素,这既包括偶然不确定性,又包括认知不确定性,忽略不确定性类型的影响可能会对评定带来较大误差。为此,本文针对氯盐导致的钢筋锈蚀,重点研究了多源不确定信息下钢筋混凝土(RC)桥梁可靠性评估和寿命预测方法,主要包括以下几方面：(1)建立了模型及参数不确定下服役RC桥梁构件抗力预测及更新模型。桥梁日常实测信息能反映结构当前服役状况,结合桥梁当前状况进一步更新抗力,有助于减小不确定性的影响,提高预测精度。对从实桥构件和快速腐蚀构件中获得的452根锈蚀钢筋进行了力学性能试验,构建了锈蚀钢筋强度退化概率模型,通过引入锈蚀损失临界值来界定钢筋的失效模式；开展了48根快速腐蚀梁静载试验和并进行了有限元分析,提出了钢筋与混凝土间粘结系数表达式；综合考虑均匀锈蚀、局部锈蚀及影响因素的不确定性,采用Bayes方法融入不同时段的实测信息,建立了考虑上述因素的时变抗力退化概率模型；通过与实桥构件试验结果进行对比进行了模型验证。(2)提出了贝叶斯网络推理不确定信息的服役RC桥梁抗力评估方法。现有实桥抗力评估中难以有效利用中间变量的实测信息；荷载试验是规范中桥梁评估的重要方法,但由于不能加载到极限状态,它不能直接反映结构承载力。考虑桥梁实际运营状态,基于快速锈蚀梁试验结果,改进了锈蚀RC梁刚度退化模型；结合一座正在服役的RC桥梁,根据已建立的锈蚀钢筋强度和截面积退化模型,构造了包含结构刚度、锈蚀损伤、荷载-挠度响应及其它影响因素的贝叶斯网络,利用马尔科夫链蒙特卡罗模拟方法,通过融入实桥现场荷载试验的荷载-挠度响应来更新整个网络,实现了对服役桥梁抗力的评估。利用间接信息进行更新的贝叶斯网络方法增强了实测信息利用程度,为桥梁结构性能评定提供了新思路。(3)发展了模糊不确定信息转换的服役RC桥梁可靠性分析方法。针对目前我国桥梁管理系统不完善,一些中小桥梁初始资料缺失,难以获得完备信息的问题,将不完备信息归结为模糊性和随机性,模拟了钢筋锈蚀率和钢筋强度退化的概率特征,并结合试验进行了验证；在此基础上,构建了模糊随机信息下桥梁构件抗力演化分析框架,得到了抗力的时变特点和截口分布类型；通过隶属函数反映小样本检测数据的模糊特征,基于等概率原理,发展了将模糊变量变换为当量随机变量的分析方法,并与传统的最优拟合概率分析方法进行了对比,讨论了样本数的影响。(4)提出了混合不确定信息量化及服役RC桥梁耐久性寿命预测方法。保护层锈胀开裂至一定宽度会引起锈蚀损伤,针对结构锈蚀损伤评估中存在的复杂不确定性,将锈蚀过程划分为二阶段三个特征时刻,分析了锈胀开裂时间和锈胀开裂至界限宽度时间的概率特征,讨论了锈蚀损伤影响参数的敏感性；考虑变量参数的不确定性,采用似然估计方法处理点数据样本表示的变量,利用信息熵理论处理模糊数据或经验信息表示的变量,得到了变量分布参数的概率密度函数,通过引入一种积分的方法进而计算变量的概率密度函数；结合本文发展的混凝土开裂后锈蚀速率计算方法,建立了结构生命周期内耐久性损伤风险概率模型；将所提出的方法应用于一座实桥当中,验证了该方法的有效性。(5)提出了裂纹发展不确定下RC桥梁构件腐蚀疲劳寿命预测方法。腐蚀和疲劳耦合作用下材料复合损伤机理较为复杂,基于等效初始缺陷尺寸的疲劳寿命分析方法,针对锈坑根部的裂纹,采用发展的渐进插值分析法来评估应力强度因子；根据锈蚀观测和分析结果,提出了不同锈蚀水平下的应力集中因子模型；对疲劳裂纹发展模型从等效初始裂纹尺寸到裂纹达一定宽度进行