基于響應(yīng)面法混凝土橋梁

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1、基于響應(yīng)面法的混凝土橋梁時(shí)變可靠度分析基金項(xiàng)目：基金名稱(基金編號(hào))作者簡(jiǎn)介：*作者1(1984－)，男，江蘇人，講師，博士，主要從事橋梁設(shè)計(jì)理論研究（E-mail:xxxx@#edu.cn）；*作者11,2，作者21（1.同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系，上海200092；2.里海大學(xué)土木與環(huán)境工程系A(chǔ)TLSS研究中心伯利恒18015）摘要：為了求解劣化環(huán)境作用時(shí)混凝土橋梁的時(shí)變可靠度，建立了基于改進(jìn)響應(yīng)面法和確定性的混凝土橋梁退化過(guò)程分析方法相結(jié)合的混凝土橋梁時(shí)變可靠度分析方法．關(guān)鍵詞：混凝土橋梁；時(shí)變可靠度；響應(yīng)面法Tim

2、e-dependentReliabilityAnalysisofConcreteBridgesBasedonResponseSurfaceMethod*Author11,2,Author21（1.DepartmentofBridgeEngineering,TongjiUniversity,shanghai20092;2.ATLSSCenter,DepartmentofCivilandEnvironmentalEngineering,LehighUniversity,Bethlehem,PA18015,USA）Abstract:

3、Inordertosolvetime-dependentreliabilityofconcretebridgesexposedtoharshenvironments,acomputationalmethodologywasdevelopedwithanimprovedresponsesurfacemethodandadeterministicdegradationprocessanalysismethodofconcretebridges.Keywords:concretebridge;time-dependentreliab

4、ility;responsesurfacemethod近年來(lái)，世界各國(guó)特別是歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家普遍發(fā)現(xiàn)，橋梁使用性能差、耐久性低、服務(wù)壽命短等問(wèn)題已經(jīng)嚴(yán)重影響其正常服務(wù)功能的發(fā)揮，并且給養(yǎng)護(hù)、維修等后期運(yùn)營(yíng)管理工作帶來(lái)難以承受的巨大經(jīng)濟(jì)和社會(huì)負(fù)擔(dān)，混凝土橋梁的耐久性和安全性能不足已引起社會(huì)各界的高度關(guān)注．20世紀(jì)50年代以來(lái)，世界各國(guó)陸續(xù)開(kāi)展了以耐久性為基本要求的混凝土結(jié)構(gòu)材料、設(shè)計(jì)方法和修復(fù)技術(shù)的研究，形成了一些指南性的研究成果[1]。1時(shí)變可靠度分析方法1.1結(jié)構(gòu)可靠度計(jì)算的響應(yīng)面法在可靠度計(jì)算中，設(shè)極限狀態(tài)方程為（1）式中：

5、為功能函數(shù)；為極限狀態(tài)方程；x1,x2,……,xn為隨機(jī)變量。該方程將n維隨機(jī)空間分為失效區(qū)和安全區(qū)2部分。1.2改進(jìn)的響應(yīng)面法SHKim和SWNa利用矢量投影法改進(jìn)了傳統(tǒng)的響應(yīng)面法，并證明了這種利用矢量投影技術(shù)改進(jìn)的響應(yīng)面法在計(jì)算速度和精度上都比傳統(tǒng)的響應(yīng)面法有了很大的提高。圖1響應(yīng)面法的逼近過(guò)程Fig1.Approachingprocessofresponsesurfacemethod1數(shù)值算例1.1模型介紹選取一座預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁為研究對(duì)象，橋梁全長(zhǎng)為70.0m，計(jì)算跨徑為69.8m，主梁為單箱單室直腹板箱形截面，選用

6、C50級(jí)混凝土。1.2隨機(jī)變量選取氯離子侵蝕作用時(shí)的耐久性設(shè)計(jì)參數(shù)主要有：大氣溫度T、大氣濕度HR、混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fcuk、混凝土的水灰比w/c、鋼筋銹蝕臨界氯離子濃度Mcr、混凝土表面氯離子濃度Ms、混凝土保護(hù)層厚度C、鋼筋直徑d。表1給出了以上隨機(jī)變量的分布形式和取值。表中Cbnom為混凝土截面某條邊緣對(duì)應(yīng)的保護(hù)層厚度，而dnom為混凝土截面某條邊緣對(duì)應(yīng)的普通鋼筋的直徑，u和分別為隨機(jī)變量的均值和標(biāo)準(zhǔn)差。表1隨機(jī)變量的分布類型與取值Table1.Distributiontypesandvaluesofrandomva

7、riables隨機(jī)變量分布形式參考取值參考描述T/℃確定25大氣年平均溫度Hg確定70%大氣年平均濕度f(wàn)cuk對(duì)數(shù)正態(tài)分布u=32.4MPa,=5MPa混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值w/c確定0.5混凝土水灰比Mcr正態(tài)分布u=,=鋼筋銹蝕臨界氯離子濃度Ms正態(tài)分布u=,=混凝土表面氯離子濃度C正態(tài)分布u=,=混凝土保護(hù)層厚度d正態(tài)分布u=,=普通鋼筋直徑1.3結(jié)果分析給定設(shè)計(jì)使用壽命為100年，每10年為一個(gè)計(jì)算子步驟。以下分別考慮正常使用極限狀態(tài)下的混凝土正應(yīng)力和承載能力極限狀態(tài)下的截面抗彎承載力2個(gè)力學(xué)性能指標(biāo)的可靠度隨時(shí)間的演變

8、過(guò)程。1.1.1正常使用極限狀態(tài)簡(jiǎn)支梁跨中受力情況最不利，因此將以此處的混凝土正應(yīng)力作為研究對(duì)象。1.1.2承載能力極限狀態(tài)同樣，簡(jiǎn)支梁跨中的截面的彎矩最大，因此這里僅考慮跨中截面的抗彎承載力的可靠度變化過(guò)程。2結(jié)論筆者在對(duì)結(jié)構(gòu)可靠度計(jì)算的響應(yīng)面法和混凝土橋梁退化全過(guò)程的受力