《钢筋混凝土》桥梁疲劳时变可靠度分析.pdfVIP

第30卷，第2期 中 国 铁 道 科 学 V01．30No．2 20 0 9年3月 CHINARAII。WAYSCIENCE March，2009 文章编号：1001—4632(2009)02—0049—05 钢筋混凝土桥梁疲劳时变可靠度分析 李星新1’2，汪正兴2，任伟新1 (1．中南大学土木建筑学院，湖南长沙410075；2．武汉桥梁科学研究院有限公司，湖北武汉430034) 摘要：考虑钢筋疲劳强度随时间变化，提出疲劳强度时变模型。在此基础上对钢筋混凝土桥梁进行疲劳 可靠度分析。基于混凝土碳化模型和钢筋锈蚀深度公式推导钢筋截面面积随时间变化公式。根据试验数据，提 出卜N曲线中疲劳强度系数下降的疲劳强度时变模型。基于钢筋截面面积和疲劳强度时变，运用极限损伤度 法和改进的一次二阶矩法，求解失效概率与疲劳可靠指标，然后根据选定的目标可靠指标获得桥梁的剩余寿命。 算例表明：考虑和不考虑钢筋截面面积随时间的变化，对钢筋混凝土桥梁疲劳时变可靠度计算的影响较大；在 桥梁的钢筋锈蚀到一定程度后，考虑和不考虑钢筋疲劳强度随时间的变化，对钢筋混凝土桥梁疲劳时变可靠度 计算有明显的影响。 关键词：桥梁可靠度；疲劳强度；时变模型；损伤度；钢筋混凝土桥 中图分类号：U448．34文献标识码：A 疲劳破坏是铁路桥梁和公路桥梁破坏的基本形 式之一。由于结构材料固有的离散性和荷载的随机 1疲劳抗力时变分析 性，结构在一定反复荷载作用下是否会发生疲劳破 坏是个不确定事件，需用疲劳可靠度理论[1]进行分 对于钢筋混凝土桥梁，与疲劳抗力衰减关系最 析。钢筋混凝土桥梁的疲劳可靠性分析主要包括正 为密切的因素主要有钢筋有效截面和钢筋疲劳强 截面受压区混凝土和正截面受拉区钢筋的疲劳可靠 度。 性分析。由于受拉区钢筋的疲劳损伤对整个梁体的 1．1 钢筋截面有效面积的衰减 疲劳性能影响更大，因此可以钢筋为研究主体口]。 混凝土截面尺寸，除有严重损伤的部位外，一 桥梁结构的疲劳是荷载反复作用下，其力学损伤不 般不考虑其衰减。一般认为，当碳化深度到一定程 断积累的结果。由于钢筋混凝土梁中钢筋的锈蚀会 度的时候，空气中的氧气、水分就可以扩散到达钢 减小钢筋的有效截面，使应力幅增加，因此钢筋锈 筋的表面，从而引起钢筋的腐蚀，有效受力面积下 蚀后的疲劳性能会有很大变化。文献[3]从实际 降。工程界普遍认为的碳化模型为 桥梁退换下的老化构件中截取锈蚀钢筋进行了疲劳 X—K厄 (1) 强度试验，试验结果表明，由于有效截面的减小及 式中：X为碳化深度；t为结构使用时间；K为碳 屈服强度和变形能力的降低等因素，其疲劳强度明 化系数。 显降低。因此，在疲劳可靠度计算中，应考虑疲劳 大量试验表明[4]，当钢筋开始锈蚀时，混凝土 抗力随时间变化【43的事实。可见，疲劳可靠度是一 保护层存在一段还没有碳化的区域，定义为碳化残 个随疲劳过程变化的量。本文以试验数据为基础， 量，其计算公式为 考虑构件断面特性时变和疲劳抗力时变进行钢筋混 凝土桥梁疲劳可靠度分析。 5)(In凡一2．3) (2) 式中：c为混凝土保护层厚度；Tn为环境温度； 凡为混凝土立方体强度标准值。 根据上述碳化预测模型，可以确定钢筋锈蚀的 收稿日期：2007—08—23I修订日期：2008—11—10 作者简介：李星新(1980～)，男，湖南临湘人，博士研究生。 万方数据 50