現(xiàn)有橋梁剩余壽命預(yù)測(cè)方法研究

陳 默

蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院（730070）

我國(guó)自20世紀(jì)80年代起橋梁工程的工作重點(diǎn)逐步轉(zhuǎn)移到養(yǎng)護(hù)維修、鑒定評(píng)估和加固改造方面。因此，合理評(píng)估與預(yù)測(cè)現(xiàn)有混凝土橋梁的承載能力與剩余壽命,具有重要的安全、技術(shù)與經(jīng)濟(jì)意義。

1 結(jié)構(gòu)使用壽命預(yù)測(cè)的一般方法

使用壽命與材料性能、細(xì)部構(gòu)造、暴露狀態(tài)、劣化機(jī)理等許多因素及其相互作用有關(guān)而難以量化,目前對(duì)結(jié)構(gòu)使用壽命的預(yù)測(cè)通常只能考慮其中的一個(gè)主要因素,主要方法有:

1）基于經(jīng)驗(yàn)的預(yù)測(cè)方法:根據(jù)試驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)大量試驗(yàn)結(jié)果與經(jīng)驗(yàn)積累，對(duì)使用壽命作半定量預(yù)測(cè)，包含了經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和推理。

2）基于類比的預(yù)測(cè)方法:假定混凝土在某一期限內(nèi)是耐久的，則相似環(huán)境下的相似混凝土也將有同樣的壽命。

3）基于加速試驗(yàn)的預(yù)測(cè)方法:混凝上結(jié)構(gòu)的耐久性試驗(yàn)多采用加速試驗(yàn)，依據(jù)試驗(yàn)后的損傷程度，對(duì)使用壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，應(yīng)用范圍有限制。

4）基于數(shù)學(xué)理論模型的預(yù)測(cè)方法:對(duì)所評(píng)估的結(jié)構(gòu)研究得比較透徹，通過建立計(jì)算壽命的模型，并結(jié)合測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，推斷其剩余壽命的辦法。

5）其他方法:基于力學(xué)理論模型的預(yù)測(cè)方法、基于概率分析的預(yù)測(cè)方法、基于灰色理論的預(yù)測(cè)方法等。

2 基于可靠性理論的橋梁結(jié)構(gòu)剩余使用壽命預(yù)測(cè)

可靠度方法建立在可靠度—時(shí)間關(guān)系的基礎(chǔ)上，認(rèn)為結(jié)構(gòu)可靠度衰減到可接受的最小值或者失效概率增大到可接受的最大值的時(shí)間為使用壽命。對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)估，并準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)其剩余使用壽命具有重要的工程意義。文獻(xiàn)[1]提出了已知β反求時(shí)間t的思路，并結(jié)合文獻(xiàn)[3]所述的可靠性評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，引入目標(biāo)可靠指標(biāo)βm，最終實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)剩余使用壽命的預(yù)測(cè)。對(duì)現(xiàn)存結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測(cè)的可靠度分析應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)已承受過荷載作用而并沒有破壞這一特點(diǎn)。現(xiàn)存結(jié)構(gòu)在將來某段時(shí)間內(nèi)的失效概率是某一使用荷載a(驗(yàn)證荷載)發(fā)生后的條件概率。在實(shí)際工程中，很難獲得某一具體結(jié)構(gòu)的驗(yàn)證荷載。所以可以通過考慮結(jié)構(gòu)已使用年限內(nèi)安全工作的條件概率來預(yù)測(cè)。

設(shè)結(jié)構(gòu)的壽命為X，其分布函數(shù)為F(X)，則結(jié)構(gòu)的壽命大于x的概率可以表示為:

結(jié)構(gòu)在X內(nèi)的失效概率為 Pf(x)=F(x)=Φ(-βx),其中βx為結(jié)構(gòu)在:x內(nèi)的可靠指標(biāo)，隨著x的變化而變化，是一個(gè)動(dòng)態(tài)可靠指標(biāo)。

若該結(jié)構(gòu)己經(jīng)運(yùn)行了t0,則它的剩余壽命Y可以表示為:

結(jié)構(gòu)的剩余壽命Y大于某一個(gè)T的概率應(yīng)該為一條件概率，即

相應(yīng)的失效概率為:

由此可得結(jié)構(gòu)在剩余使用壽命期T內(nèi)的可靠指標(biāo)為:

結(jié)合文獻(xiàn)[1]所述，按照結(jié)構(gòu)安全性等級(jí)劃分的標(biāo)準(zhǔn)，至少應(yīng)滿足 b級(jí)，相應(yīng)的可靠指標(biāo)為βb=2.7，即βT≥βb。

由此，可以推導(dǎo)出:

式中Φ(ΒT+t0)可按文獻(xiàn)[3]所講方法計(jì)算，所以上式是T+t0的函數(shù)，可以求解，所以結(jié)構(gòu)剩余壽命可預(yù)測(cè)。

3 結(jié)束語

1）在已有研究成果的基礎(chǔ)上,簡(jiǎn)單介紹了結(jié)構(gòu)使用壽命預(yù)測(cè)的一般方法和基于可靠性理論的橋梁結(jié)構(gòu)剩余使用壽命預(yù)測(cè)得方法。2）在役橋梁達(dá)到剩余使用壽命終點(diǎn)也并不意味著橋梁的完全失效,而是不宜再繼續(xù)承載,需要對(duì)主要承重構(gòu)件進(jìn)行加固。

[1]穆加宇.結(jié)構(gòu)可靠性理論在橋梁工程中的應(yīng)用.

[2]鄒挑花.結(jié)構(gòu)可靠性理論在橋梁狀態(tài)評(píng)估和壽命預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J].科學(xué)論壇,2008,1（下）:21-22.

[3]徐禮軍.現(xiàn)役橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)可靠度應(yīng)用研究.

[4]劉斌云,霍達(dá).現(xiàn)有混凝土橋梁結(jié)構(gòu)剩余壽命預(yù)測(cè)方法研究[J].市政·交通·水利工程設(shè)計(jì)（2008）02-0078-04:78-80.