水下环境桥梁下部结构技术状况评价体系研究

来源 :沈阳建筑大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangwz2005
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桥梁下部结构是桥梁整体结构的重要的组成部分,而大部分桥梁下部结构服役于水下环境,桥梁下部结构在水下环境中的技术状况对桥梁结构安全性意义重大。现行桥梁技术状况评价的相关规范对陆上桥梁与水下桥梁采用相同标准进行评价,在病害层面未考虑冻融作用、氯离子侵蚀等水下病害对结构的影响,对这些病害缺少病害标度的评定标准;在结构层面,陆上桥梁与水下桥梁各结构、部件的权重相同,未加以区分。水下桥梁比陆地桥梁下部结构更容易发生损伤和恶化,因此需要完善水下环境桥梁下部结构技术状况评价体系,以保证桥梁结构的安全。本文研究内容如下:首先本文考虑了氯离子扩散系数与钢筋初锈时间、钢筋锈蚀对有效截面面积的影响、钢筋强度的衰减规律、锈蚀钢筋与混凝土协同工作能力的劣化规律等因素,依据可靠度理论确定了水下环境桥梁轴心受压墩柱的纵筋锈蚀情况下轴心抗压承载能力极限状态方程、箍筋锈蚀情况下轴心抗压承载能力极限状态方程、抗冻融能力正常使用极限状态方程和抗氯离子侵蚀能力正常使用极限状态方程;与偏心受压墩柱的钢筋锈蚀情况下偏心抗压承载能力极限状态方程、抗剪承载能力极限状态方程、抗裂能力正常使用极限状态方程、抗冻融能力正常使用极限状态方程与抗氯离子侵蚀能力正常使用极限状态方程。其次采用中心点法,应用Matlab对墩柱各极限状态下的可靠度指标进行求解,推导了各极限状态可靠度指标计算的偏导方程,获得了冻融与氯离子侵蚀作用下桥梁墩柱各极限状态的可靠度指标和可靠度指标随时间变化规律曲线;采用综合模糊评价方法建立了构件冻融与氯离子侵蚀病害标度公式和病害标度随时间变化规律曲线。以轴心与偏心受压墩柱各一个为例,验证了冻融与氯离子侵蚀作用下桥梁墩柱各极限状态的可靠度指标和病害标度公式,对病害未来的发展趋势做出预测,为桥梁的养护工作提供参考。然后考虑到水下环境对桥梁技术状况的劣化作用,建立了包含水下环境桥梁下部结构冻融与氯离子侵蚀病害的技术状况评价模型,利用层次分析法重新确定了水下环境下桥梁各结构与部件的权重,并采取熵权法弱化了专家判断矩阵产生的主观因素的影响,得出了服役于水下环境桥梁下部结构所包含的部件层和桥梁整体结构层的新权重。最后结合本文所建立的水下环境墩柱的冻融与氯离子侵蚀病害标度评定标准与水下环境桥梁下部结构所包含的部件层和桥梁整体结构层新权重,构建了新的水下环境桥梁技术状况评价体系。采用工程实例对本文新评价体系进行了验证,结果表明改进后的评定方法考虑到了水下环境对桥梁技术状况的劣化作用,结果更加安全可靠,为桥梁的检测、养护工作提供依据与指导意见。
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