一种基于概率理论和现场检测的桥梁耐久寿命分析方法

摘要

本发明公开了一种基于条件概率理论和现场检测、具有自我更新功能的桥梁构件耐久寿命分析方法，包括：采用条件概率理论建立待测桥梁耐久寿命概率模型；建立基于FICK第二定律的理论氯离子扩散系数和实测氯离子扩散系数的相关关系；建立混凝土保护层、实测氯离子扩散系数等检测数据的更新利用方法；建立以耐久性目标可靠指标为评估依据的分析方法。本发明充分利用在役桥梁历年的定期检测和特殊检测数据，不断修正混凝土保护层厚度的统计特征和氯离子扩散系数的取值，使预测结果越来越符合实际情况；同时，考虑混凝土桥梁构件在运营过程中可能出现的钢筋锈蚀工况，给出了相应的具体评估方法，容易理解，方便应用。

主权项

一种基于概率理论和现场检测的桥梁耐久寿命分析方法，其特征在于，包括：步骤1、制作与待测混凝土桥梁所用混凝土的原料、原料配比和强度相同的混凝土测试块；利用Permit离子迁移法检测混凝土试块，得到混凝土试块的实测氯离子扩散系数，利用快速氯离子迁移法检测混凝土试块，得到混凝土试块理论氯离子扩散系数，建立实测氯离子扩散系数和理论氯离子扩散系数线性方程(1)，D_R＝a+b D_p   (1)，其中，D_p为混凝土试块的实测氯离子扩散系数，D_R为混凝土试块的理论氯离子扩散系数，a和b为常数；步骤2、对待测混凝土桥梁进行现场检测，采用条件概率理论建立待测混凝土桥梁的耐久寿命概率模型：若待检测桥梁未出现锈蚀，检测待测混凝土桥梁不同部位的混凝土保护层厚度和实测氯离子扩散系数，计算实测氯离子扩散系数的均值，根据实测氯离子扩散系数的均值和公式(1)，得到待测混凝土桥梁的理论氯离子扩散系数；根据公式(2)～(4)计算出待测混凝土桥梁耐久性失效概率，$P_f=1-\frac{p(t>t_0)}{p(c>x_{t_j})}---\left(2\right),$$P(t>t_0)=P\{t_0-{\left(\frac{c-\mathrm{\Delta x}}{2\sqrt{D_{t_0}}·{\mathrm{erf}}^{-1}|(1-\frac{c_{\mathrm{cr}}}{c_s})}\right)}^2\le 0\}---\left(3\right),$$P(c>x_{t_j})=P\left\{\right[2\sqrt{{D_R}^{\prime }·t_j}·{\mathrm{erf}}^{-1}(1-\frac{c_{\mathrm{cr}}}{c_s})+\mathrm{\Delta x}]-c\le 0\}---\left(4\right);$其中，P_f为待测混凝土桥梁耐久性失效概率，t为待测混凝土桥梁预计耐久年限，t₀为待测混凝土桥梁的目标耐久年限，c为第一变量，其表示待测混凝土桥梁的混凝土保护层厚度，Δx为待测混凝土桥梁所在处对流区深度，为待测混凝土桥梁按时间模型得到的t₀年时的理论氯离子扩散系数，D_R为待测混凝土桥梁的理论氯离子扩散系数，C_s为待测混凝土桥梁的混凝土表面氯离子浓度，C_cr为混凝土结构氯离子临界浓度，为待测混凝土桥梁的氯离子侵蚀深度；若待检测桥梁出现锈蚀，检测待测混凝土桥梁未出现锈蚀处的混凝土保护层厚度和出现锈蚀处的混凝土保护层厚度，当μ‑2σ＜μ_j＜μ时，根据公式(5)～(7)计算出待测混凝土桥梁耐久性失效概率，${P_f}^{\prime }=1-\frac{P(t^{\prime }>{t_0}^{\prime }-t_j)}{P(c^{\prime }>c_j)}---\left(5\right),$P(c′＞c_j)＝P(c_j‑c′≤0)     (6)，$P(t^{\prime }>{t_0}^{\prime }-t_j)=P\{{t_0}^{\prime }-{\left(\frac{c^{\prime }-\Delta x^{\prime }}{2\sqrt{{D_{t0}}^{\prime }}·{\mathrm{erf}}^{|-1}(1-\frac{{c_{\mathrm{cr}}}^{\prime }}{{c_s}^{\prime }})}\right)}^2\le 0\}---\left(7\right);$其中，P_f′为待测混凝土桥梁耐久性失效概率，t′为待测混凝土桥梁的剩余使用年限，t₀′为待测混凝土桥梁目标耐久年限，C_cr′为混凝土结构氯离子临界浓度，C_s为待测混凝土桥梁的混凝土表面氯离子浓度，c′为第二随机变量，其表示待测混凝土桥梁检测得到的所有混凝土保护层厚度，c_j为第三变量，其表示待测混凝土桥梁锈蚀处混凝土保护层厚度，Δx′为待测混凝土桥梁所在处对流区深度，为按时间模型得到的t₀年时氯离子扩散系数，μ为待测混凝土桥梁所有已检测的混凝土保护层厚度的均值，σ为待测混凝土桥梁所有已检测的混凝土保护层厚度的标准差，μ_j为待测混凝土桥梁锈蚀处混凝土保护层厚度的均值。