橋梁作為我國現(xiàn)代化發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施,是交通運(yùn)輸工程中的重要樞紐,建成服役后長期受到環(huán)境、荷載等外在因素的影響,再加上橋梁在設(shè)計(jì)、施工過程中存在的缺陷問題,必然會降低橋梁的力學(xué)性能,加劇結(jié)構(gòu)的損傷程度,減少其使用年限,嚴(yán)重時(shí)可能造成坍塌等重大事故,影響交通,危及人民生命安全。而西北干寒地區(qū)干燥寒冷、輻射強(qiáng)、風(fēng)沙大等惡劣的氣候環(huán)境,更加劇了橋梁病害的產(chǎn)生,使得實(shí)際使用壽命往往比設(shè)計(jì)使用壽命短很多,混凝土梁橋尤為明顯。因此合理預(yù)測梁橋的剩余使用壽命是很有必要的。本文主要研究由于可靠性能退化導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損傷的梁橋剩余壽命預(yù)測,首先論述梁橋剩余壽命相關(guān)理論以及可靠性理論,并對其預(yù)測方法進(jìn)行分析比較,全面分析了灰色關(guān)聯(lián)分析方法對在役梁橋剩余壽命預(yù)測的適用性,并對該方法進(jìn)行詳細(xì)論述。其次,以西北干寒地區(qū)混凝土梁橋?yàn)檠芯繉ο?選取甘肅境內(nèi)以及青海境內(nèi)典型公路梁橋242座進(jìn)行病害分析統(tǒng)計(jì),運(yùn)用矩估計(jì)法與D’Agostino檢驗(yàn)法進(jìn)行擬合優(yōu)度檢驗(yàn),最終確定西北干寒地區(qū)主要病害的概率分布,表明了西北干寒地區(qū)梁橋的病害程度近似呈正態(tài)分布。從混凝土結(jié)構(gòu)可靠性能退化入手,分析了鋼筋損傷和混凝土劣化導(dǎo)致梁橋出現(xiàn)的常見病害。結(jié)合地區(qū)特殊病害以及可靠性指標(biāo)構(gòu)建在役梁橋剩余壽命預(yù)測指標(biāo)體系,并對預(yù)測指標(biāo)量化方法進(jìn)行了分析比較。將預(yù)測指標(biāo)分為程度型指標(biāo)和速度型指標(biāo),并參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)程,確定西北干寒地區(qū)在役梁橋剩余壽命指標(biāo)預(yù)測參照區(qū)間。再次,建立基于G2-反熵權(quán)法-灰色關(guān)聯(lián)度的在役梁橋剩余壽命預(yù)測模型。由實(shí)測指標(biāo)數(shù)據(jù)構(gòu)造關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣,選擇G2法和反熵權(quán)法計(jì)算梁橋組合權(quán)重,綜合得到梁橋?qū)嶋H指標(biāo)集和與最優(yōu)指標(biāo)集間的關(guān)聯(lián)度,即梁橋的惡化程度及惡化速度,接著得到結(jié)構(gòu)惡化系數(shù)和惡化指數(shù),代入公式得到梁橋的剩余使用壽命。最后,通過實(shí)例證明了方法的可行性,不僅可以計(jì)算出梁橋的最終使用壽命,而且可以判斷出構(gòu)件的損傷情況,即可得出最不利位置進(jìn)行加固維修,保證梁橋的正常使用,延長其使用壽命。因此,對西北干寒地區(qū)梁橋進(jìn)行剩余使用年限預(yù)測,不僅方便公路管理部門對可利用的既有梁橋進(jìn)行適時(shí)的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)和及時(shí)的維修加固,節(jié)省橋梁建設(shè)資金和使用資源,而且有利于交通的合理規(guī)劃和資金的統(tǒng)籌安排,保障公路網(wǎng)系統(tǒng)的安全暢通。
【學(xué)位單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：U445.7
【部分圖文】：

臨大批量的中小型橋梁即將要到達(dá)設(shè)計(jì)使用年限、可否繼續(xù)使用的問題，而西北地區(qū)尤為突出。中國西北地區(qū)位于亞歐板塊的腹地，遠(yuǎn)離海洋，屬于溫帶季風(fēng)氣候和溫帶大陸性氣候，由于地形多見山脈，對濕潤氣流的阻擋，使得這里夏季高溫缺水，冬季寒冷干燥，加之該地區(qū)海拔較高，高原地形作用明顯，且該地區(qū)絕大部分地域處在干旱和半干旱氣候區(qū)，植被較少，因此形成了西北地區(qū)特殊的氣候環(huán)境，通常將這類地形區(qū)域稱為西北干寒地區(qū)，包括新疆、寧夏、青海、青藏高原北部和東北部地區(qū)、甘肅省大部分區(qū)域、內(nèi)蒙古西部以及陜西省北部地區(qū)[10]。西北地區(qū)橋梁眾多，其中混凝土梁橋占了相當(dāng)大的比重，該地區(qū)惡劣的氣候環(huán)境（晝夜溫差大、寒冷干燥、輻射大、風(fēng)沙強(qiáng)、冰凍時(shí)間長）使得梁橋結(jié)構(gòu)表面風(fēng)化程度嚴(yán)重，多出現(xiàn)凍脹破壞、裂縫、混凝土破損剝落等病害情況（如圖 1.1、圖 1.2 所示），再加上這些梁橋在役時(shí)間長，且隨著汽車荷載等級的提高，其設(shè)計(jì)等級已經(jīng)處于較低狀態(tài)，影響了橋梁的安全使用，使得橋梁可靠性比起普通地區(qū)下降更為嚴(yán)重，其實(shí)際使用年限較之也短很多。因此，對西北干寒地區(qū)既有橋梁的損傷狀況及剩余壽命進(jìn)行評估預(yù)測成為一個(gè)迫切需要解決的課題。

臨大批量的中小型橋梁即將要到達(dá)設(shè)計(jì)使用年限、可否繼續(xù)使用的問題，而西北地區(qū)尤為突出。中國西北地區(qū)位于亞歐板塊的腹地，遠(yuǎn)離海洋，屬于溫帶季風(fēng)氣候和溫帶大陸性氣候，由于地形多見山脈，對濕潤氣流的阻擋，使得這里夏季高溫缺水，冬季寒冷干燥，加之該地區(qū)海拔較高，高原地形作用明顯，且該地區(qū)絕大部分地域處在干旱和半干旱氣候區(qū)，植被較少，因此形成了西北地區(qū)特殊的氣候環(huán)境，通常將這類地形區(qū)域稱為西北干寒地區(qū)，包括新疆、寧夏、青海、青藏高原北部和東北部地區(qū)、甘肅省大部分區(qū)域、內(nèi)蒙古西部以及陜西省北部地區(qū)[10]。西北地區(qū)橋梁眾多，其中混凝土梁橋占了相當(dāng)大的比重，該地區(qū)惡劣的氣候環(huán)境（晝夜溫差大、寒冷干燥、輻射大、風(fēng)沙強(qiáng)、冰凍時(shí)間長）使得梁橋結(jié)構(gòu)表面風(fēng)化程度嚴(yán)重，多出現(xiàn)凍脹破壞、裂縫、混凝土破損剝落等病害情況（如圖 1.1、圖 1.2 所示），再加上這些梁橋在役時(shí)間長，且隨著汽車荷載等級的提高，其設(shè)計(jì)等級已經(jīng)處于較低狀態(tài)，影響了橋梁的安全使用，使得橋梁可靠性比起普通地區(qū)下降更為嚴(yán)重，其實(shí)際使用年限較之也短很多。因此，對西北干寒地區(qū)既有橋梁的損傷狀況及剩余壽命進(jìn)行評估預(yù)測成為一個(gè)迫切需要解決的課題。

、碳酸鹽等強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)，這使得西北地區(qū)混凝土橋梁的鹽堿腐蝕程度較其他地區(qū)明顯。堿—集料反應(yīng)是指混凝土中的堿性物質(zhì)和集料中的活性氧化硅、活性氧化鋁等發(fā)應(yīng)，生成膨脹物質(zhì)導(dǎo)致混凝土體積增大，產(chǎn)生破裂。這種破壞是鹽堿腐蝕中最為常一種，難以控制，很快會使結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)明顯開裂，耐久性降低，后果十分嚴(yán)重。氯鹽腐蝕是環(huán)境中游離的氯離子和混凝土中的固體物( )CaOALOHO2323 2 3發(fā)生，生成易溶與水的2CaCl ，造成混凝土空洞孔洞，大量的生成物使得混凝土體積膨脹生破壞。產(chǎn)物中的 Cl 也會滲入鋼筋保護(hù)層內(nèi)部，造成鋼筋脫鈍，鋼筋銹蝕。氯鹽腐蝕主要是通過對鋼筋造成間接影響從而破壞混凝土結(jié)構(gòu)，而硫酸鹽的侵蝕則是直接作用于混凝土。水泥水化產(chǎn)物與混凝土自身的硫酸鹽以及外界環(huán)境的硫酸應(yīng)，造成混凝土體積膨脹，如礬石或碳硫硅鈣，使混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。硫酸鹽侵伴著化學(xué)反應(yīng)，也有物理反應(yīng)。再加上復(fù)雜的外界環(huán)境及混凝土骨料的多樣性，使酸鹽的來源充滿了隨機(jī)性�；炷聋}堿腐蝕如圖 3.4、3.5 所示。
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10 丁強(qiáng);基于模型的機(jī)械設(shè)備磨損剩余壽命預(yù)測方法的研究[D];河北農(nóng)業(yè)大學(xué);2001年

本文編號：2870790