病害混凝土桥梁承载能力评定方法

摘要

本发明公开了一种病害混凝土桥梁承载能力评定方法，通过把影响病害混凝土桥梁承载能力评估中的各种不确定性因素均假设具有一定概率分布特征的随机变量，并根据承载能力检算方法将病害指标对桥梁承载能力影响程度定义为承载能力分项验算系数。在基于实际病害指的检测结果和数理统计基础上，应用monte carlo随机仿真计算和模糊综合评定原理，得到待评估病害混凝土桥梁承载能力近似的概率分布特征，进而得出具有一定概率保证的承载能力评定结果。本发明克服了现有公路桥梁承载能力评估规范中因忽略诸多因素的随机性和评估等级划分的模糊性给评估结果带来的不确定性影响，从而使评估结果更具有科学性和合理性。

主权项

一种病害混凝土桥梁承载能力评定方法，其特征在于，包括下列步骤：（1）采用常规桥梁病害检测方法对待检测的病害混凝土桥梁典型病害指标U={u₁，u₂，u₃···u₁₀}={裂缝宽度u₁、裂缝长度与截面尺寸比值u₂、构件表面损伤率u₃、混凝土强度u₄、混凝土碳化系数u₅、保护层厚度系数u₆、氯离子含量u₇、混凝土电阻率u₈、钢筋锈蚀电位u₉、混凝土剥落深度与损伤部位截面最小尺寸比值u₁₀}进行检测，依据实际检测数据，应用参数估计和K‑S分布假设检验，对所述各典型病害指标进行正态分布和对数正态分布假设检验，并计算出各典型病害指标对应的均值μ_i和变异系数δ_i，得到相应概率分布参数（μ_i，δ_i）；（2）根据u_i统计分布参数（μ_i，δ_i），经n次Monte Carlo随机仿真计算，产生n个介于u_i实际检测值的最大值和最小值之间的随机数；（3）将基于概率随机性和模糊综合评估的病害指标承载能力检验系数Z、基于概率随机性和模糊综合评估的承载能力恶化系数ξ_e、基于概率随机性和模糊综合评估的混凝土截面折减系数ξ_c、基于概率随机的性钢筋截面折减系数ξ_s组成反映病害指标对病害混凝土桥梁承载能力影响程度的承载能力分项验算系数{Z，ξ_e，ξ_c，ξ_s }，并按下述步骤（5）～（9）对分项验算系数{Z，ξ_e，ξ_c}进行随机性综合模糊评估；（4）将所述病害指标u_i按下表1组成模糊综合评估指标体系中评估对象{Z，ξ_e，ξ_c}的因素集U={U₁，U₂，U₃}；（5）将所述因素集U中u_i的评价集V分为5个等级，即：V=｛v₁ v₂ v₃ v₄ v₅｝={Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ}，分别对应为良好、较好、较差、差、严重五种状态，并采用梯形分布隶属函数μ(u_i)按下表2进行评价集V模糊分级划分，对u_i的n个随机数进行对应等级的评估模糊子集r_i={r_i1，r_i2，…， r_i5}计算；（6）通过公式Ⅰ对所述评估对象{Z，ξ_e，ξ_c}分别进行n次模糊综合评价集B计算：——公式Ⅰ式中：B_i为{Z，ξ_e，ξ_c}的第i评估等级隶属程度，i=1、2、3、4、5；R为评估对象{Z，ξ_e，ξ_c}的模糊关系矩阵；W为评估对象的因素集对应的权重集；（7）对于步骤（6）计算所得的模糊综合评价集B，按公式Ⅱ采用二次幂加权平均法，对评估对象{Z，ξ_e，ξ_c}分别进行n次综合平定值D计算，其中D∈（0，5）——公式Ⅱ式中：v_i为B中元素b_i对应的评定等级，｛v₁ v₂ v₃ v₄ v₅｝=｛1 2 3 4 5｝；（8）基于步骤（7）计算得到的综合评定值D，按《JTG/T J21‑2011.公路桥梁承载能力检测评定规程[S]》的承载能力检验系数、承载能力恶化系数、混凝土截面折减系数计算表格，插值计算出n个对应综合评定值D的{Z，ξ_e，ξ_c}；（9）对步骤（8）计算出的{Z，ξ_e，ξ_c}值，采用正态分布假设检验和参数估计，分别计算出Z，ξ_e，ξ_c的均值μ和变异系数δ；（10）所述分项验算系数中基于概率随机性钢筋截面折减系数ξ_s的正态分布参数均值μ按下表3取值，ξ_s的变异系数δ的取值为0.05～0.15；（11）将病害混凝土桥梁材料性能、截面几何参数作为随机变量，其中材料性能包括混凝土强度f_d和钢筋强度f_s，截面几何参数包括混凝土截面尺寸和截面钢筋面积A_s；f_d、f_s、、A_s的统计特征参数均值μ和变异系数δ通过实际检测数据应用参数估计和K‑S假设检验进行正态分布或者对数正态分布假设检验计算得出，或按《GB/T50283‑1999.公路工程结构可靠度设计同一标准[S]》中既有统计结果取值；（12）将前述步骤计算所得的承载能力分项验算系数Z、ξ_e、ξ_c、ξ_s和材料性能、截面几何参数的概率模型f_d、f_s、、A_s以及（μ、δ），代入公式Ⅲ经n次Monte Carlo随机仿真计算，得到病害混凝土桥梁关键截面实际承载能力；——公式Ⅲ式中：R为病害混凝土桥梁关键截面实际承载能力；R（·）为病害混凝土桥梁关键截面实际承载能力检算函数；f_d为基于概率随机性混凝土强度统计值；f_s为基于概率随机性受力钢筋强度统计值；为基于随机性病害混凝土桥梁截面几何参数统计值；A_S为基于随机性病害混凝土桥梁关键截面钢筋面积统计值。