對公路橋梁結構易損性下可靠度的探究

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(河北路橋集團第一工程有限公司)

1 引言

隨著我國經濟的快速發展，我國的公路建設的發展規模也越來越大，公路橋梁網絡在不斷完善，橋梁在設計中越來越趨于輕柔化以及結構形式和功能越來越復雜化，最終導致公路橋梁的安全問題越來越突出。所以，我們一定要對這些耗費大量資金的公路橋梁進行可靠性評估，充分掌握它們的“身體情況”，為日后能夠才去合適的方法來保證它能安全運營。現在我國在公路橋梁的結構設計越來越規范化、科學化了，我們在評估過程中經常使用的使用極限的設計方法，在進行評估的過程中也是用將可靠度的理論基礎當作評估的標準，但是總的來講，我國的公路橋梁可靠度庫倫和實際工程之間存在很多問題。對公路橋梁的安全情況進行正確的評估，就要求我們建立一套適合實際工程的評估方法，為管理公路橋梁的有關部門提供有效的理論依據。

2 公路橋梁結構度可靠度的分析

因為荷載和機構具有隨機性，在可靠度理論的方法基礎上要比確定性的評估方法更加的科學。目前，很多國家的對公路橋梁結構可靠性的評估都是在兩個水平上來展開的:結構構件水平以及機構體系的水平。構件水平可靠度的分析方法雖然比較簡單，但是在橋梁結構的設計中使用的非常的多，現在工程中使用的方法比如，FORM、SORM等都可以得到很好的精度。但是對于結構體水平這一水平的可靠性，最近這些年有些發展，但是從整個方面來說，我們對結構的可靠度的評估知識在構件這一方面，不能對整個結構體系進行有效地考慮，這一水平主要有兩個難點:(1)對復雜結構的失效方式的識別與搜索;(2)對橋梁結構隨機相應量的有效計算。應為在工程的分析中，使用常見的可靠度方法，比如，分枝—約界法，截斷枚舉法等，這些方法在進行識別和搜索橋梁結構的主要失效模式中效率太低，導致不能有效的確定結構的失效模式，所以我們的得出來的體系可靠度的指標并不能真實的表現結構體系的真實情況，需要我們在探究結構失效的模式的時候，使用的新的方法。

3 易損性下可靠度分析評估

結構易損性的定義是:在給定荷載參數值的情況下，結構構件產生損壞，并且超過了一定的損傷級別。結構易損性的分析最早得到應用的是在七十年代對核電站的地震發生概率的風險評估。最近這幾年，機構易損性分析在公路橋梁建設過程中的結構抗震方面得到了廣泛的應用。下面用圖1來展示隨即結構地震易損性分析的基本思路。

圖1 隨即結構地震易損性分析的基本思路

對結構地震易損性的分析可以把結構的損傷情況分成:沒有損傷，微笑損傷，中等損傷，嚴重損傷以及完全損傷五部分，可以利用結構的地震需求和能力，然后根據損傷標準進行計算最終得到易損性曲線。結構易損性曲線能夠明顯的表現出在地震強度不同的情況下，公路橋梁的不同部件在不同的損傷情況下的損傷順序，進而判斷出公路橋梁結構損傷最嚴重的地方，最后的得出結構失效的方式。下面給出圖2。

圖2 某個斜拉橋不同部件的易損性曲線

它是某個斜拉橋不同部件的易損性曲線，可以從圖2中看出，不同部件的損傷的順序:邊墩——輔助墩——主塔底部——橫梁，最不利的地方是在邊墩。對結構易損性進行分析不單能為公路橋梁的不同部件的損傷程度，也能得出不同橋梁損傷的程度的差別。

傳統的橋梁可靠度分析方法是一般線忽略工程的結構和負載的隨機特性，在確定負載和結構內力之間的聯系后，然手使用某種失效方式來進行探究方法策略，進而找到結構體系中最主要的失效方式的失效概率，因為結構和荷載存在一定的隨機性一般能夠使結構或者部件的失效方式。

4 應用實例

舉一個實際的例子，四跨剛構橋在地震荷載作用下的易損性分析，橋梁的跨度和不同界面的尺寸分別在圖3中得出:橋梁結構的防裂度是八度，設計的使用時間是五十年。

圖3 橋梁的跨度和不同界面的尺寸

對地震易損性的計算可以分成三個步驟:第一步，對橋梁墩柱承受荷載的計算;第二步，對橋梁墩柱在地震中的需求進行計算;最后一步，畫出地震易損性的曲線圖。在進行敲了墩柱在地震中的需求的計算中，要根據損傷指標，還要確定橋墩在地震中的最大曲率和滯回耗能，地震的隨機參數可以使用PGA。對選取的有限元這一模型使用IDA進行分析，取最大的地震比0～1.2g，步長的增量是0.1g，最后可以獲得水平的曲率響應、滯回耗能和PGA的統計特征。在這里我們只對橋梁的墩頂、墩身和墩底進行分析計算，然后使用RBF的樣本集，再使用OpenSees軟件進行分析。

通過一系列的工作就可以使用RBF神經網絡來仿真進而得到不同的單元的屈服曲率，然后通過墩柱的曲率相應以及滯回耗能來統計特征，然后使用隨機抽樣，計算墩柱的損傷情況，然后對每個地震易損性使用三次條函數進行擬合，進而得到第二號橋墩是最容易受到損傷的部位。

按照前邊的思路，可以用最易損的單元的可靠度來代替結構中的可靠度。是對數的正態分布，然后使用Matlab來設計計算4個不同失效方程作用下結構的可靠度，程序使用的是驗算點的方法——JC法，通過使用這種方法來處理得到的正態隨機變量。圖4是4個函數下的可靠度。

圖4 4個函數下的可靠度

5 總結

因為橋梁結構在運行過程中承受的荷載不同，再加上自身結構存在很多不確定因素，導致橋梁結構易損性下可靠度分析存在很多的麻煩。筆者就對目前橋梁機構可靠性進行了分析和總結，在對現在的結構可靠度的幾個問題分析后，進而提出了對橋梁結構易損性下可靠度的計算方法，使用這個方法是因為它采用結構易損性來進行探討易損部位，從的翻到的易損性曲線來確定損傷不見得位置，進而能給不同的橋梁結構易損性下可靠性的研究提供了方法。本文筆者還簡單介紹了計算方法，可以通過這個方法對其他的載荷可靠性進行分析。

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