预应力混凝土箱梁桥的时变可靠度确定方法

摘要

一种预应力混凝土箱梁桥基于随机有限元法的时变可靠度确定方法，针对公路桥梁系统中应用广泛、早期病害普遍的预应力混凝土箱梁，通过组合退化壳单元、材料本构关系和裂缝模型模拟箱梁在开裂阶段的非线性特性，以及内嵌的混凝土徐变、收缩以及钢绞线应力松弛模型考虑箱梁在全寿命期的变形、预应力损失以及内力重分布等特征，通过钢筋的均匀锈蚀模型和坑蚀模型分别计算碳化环境及氯离子环境下钢筋（钢绞线）的截面损失。最后，通过随机变量的定义、抽样、调用有限元程序计算以及应力应变结果的提取，实现箱梁桥的可靠度计算，并用于指导后续的维护加固工作。

主权项

一种预应力混凝土箱梁桥的时变可靠度确定方法，其特征在于该方法包含以下步骤：第一步：按照桥梁结构设计图纸，建立预应力混凝土箱梁桥的空间有限元计算模型，其中混凝土箱梁采用组合退化壳单元模拟，即多层钢筋网片模拟箱梁中的分布式钢筋，钢绞线通过定义特征位置点和形函数得到快速生成；定义材料本构关系及裂缝模型、定义混凝土徐变、收缩以及钢绞线应力松弛模型，指定分析的时间点，根据锈蚀量定义钢筋或钢绞线的截面面积，上述模型以文本文件格式存储；第二步：根据预应力混凝土箱梁桥可靠度分析中所涉及的多种随机变量，按照其概率分布特征进行抽样，并将抽样结果以文本文件格式存储；第三步：通过编程打开抽样结果的文本文件，读取各变量的数值；打开箱梁桥的空间有限元计算模型文本文件；用抽样结果的文本文件中各变量的数值修改箱梁桥的空间有限元计算模型文本文件中相应的参数值；第四步：对于每一组抽样，进行一次有限元结构分析；分析后将所需的变形量和应力结果以文本文件的格式存储；第五步：通过编程打开变形量和应力结果的文本文件，读取指定位置的数据，进行统计分析，计算在指定时间点的可靠度指标；第六步：在不同时间点进行上述分析，获得各个时间点的可靠度指标，即时变可靠度，通过与目标可靠度的比较，确定后续的加固维护策略；其中，步骤二中的抽样方法是蒙特卡洛抽样MonteCarlosampling、拉丁超立方体抽样LatinHypercubesampling或重要性抽样。