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(河北路橋集團(tuán)第一工程有限公司)

1 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的公路建設(shè)的發(fā)展規(guī)模也越來越大，公路橋梁網(wǎng)絡(luò)在不斷完善，橋梁在設(shè)計(jì)中越來越趨于輕柔化以及結(jié)構(gòu)形式和功能越來越復(fù)雜化，最終導(dǎo)致公路橋梁的安全問題越來越突出。所以，我們一定要對(duì)這些耗費(fèi)大量資金的公路橋梁進(jìn)行可靠性評(píng)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(yùn)營(yíng)。現(xiàn)在我國(guó)在公路橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)越來越規(guī)范化、科學(xué)化了，我們?cè)谠u(píng)估過程中經(jīng)常使用的使用極限的設(shè)計(jì)方法，在進(jìn)行評(píng)估的過程中也是用將可靠度的理論基礎(chǔ)當(dāng)作評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)，但是總的來講，我國(guó)的公路橋梁可靠度庫(kù)倫和實(shí)際工程之間存在很多問題。對(duì)公路橋梁的安全情況進(jìn)行正確的評(píng)估，就要求我們建立一套適合實(shí)際工程的評(píng)估方法，為管理公路橋梁的有關(guān)部門提供有效的理論依據(jù)。

2 公路橋梁結(jié)構(gòu)度可靠度的分析

因?yàn)楹奢d和機(jī)構(gòu)具有隨機(jī)性，在可靠度理論的方法基礎(chǔ)上要比確定性的評(píng)估方法更加的科學(xué)。目前，很多國(guó)家的對(duì)公路橋梁結(jié)構(gòu)可靠性的評(píng)估都是在兩個(gè)水平上來展開的:結(jié)構(gòu)構(gòu)件水平以及機(jī)構(gòu)體系的水平。構(gòu)件水平可靠度的分析方法雖然比較簡(jiǎn)單，但是在橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中使用的非常的多，現(xiàn)在工程中使用的方法比如，F(xiàn)ORM、SORM等都可以得到很好的精度。但是對(duì)于結(jié)構(gòu)體水平這一水平的可靠性，最近這些年有些發(fā)展，但是從整個(gè)方面來說，我們對(duì)結(jié)構(gòu)的可靠度的評(píng)估知識(shí)在構(gòu)件這一方面，不能對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行有效地考慮，這一水平主要有兩個(gè)難點(diǎn):(1)對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的失效方式的識(shí)別與搜索;(2)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)隨機(jī)相應(yīng)量的有效計(jì)算。應(yīng)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?cái)嗝杜e法等，這些方法在進(jìn)行識(shí)別和搜索橋梁結(jié)構(gòu)的主要失效模式中效率太低，導(dǎo)致不能有效的確定結(jié)構(gòu)的失效模式，所以我們的得出來的體系可靠度的指標(biāo)并不能真實(shí)的表現(xiàn)結(jié)構(gòu)體系的真實(shí)情況，需要我們?cè)谔骄拷Y(jié)構(gòu)失效的模式的時(shí)候，使用的新的方法。

3 易損性下可靠度分析評(píng)估

結(jié)構(gòu)易損性的定義是:在給定荷載參數(shù)值的情況下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生損壞，并且超過了一定的損傷級(jí)別。結(jié)構(gòu)易損性的分析最早得到應(yīng)用的是在七十年代對(duì)核電站的地震發(fā)生概率的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。最近這幾年，機(jī)構(gòu)易損性分析在公路橋梁建設(shè)過程中的結(jié)構(gòu)抗震方面得到了廣泛的應(yīng)用。下面用圖1來展示隨即結(jié)構(gòu)地震易損性分析的基本思路。

圖1 隨即結(jié)構(gòu)地震易損性分析的基本思路

對(duì)結(jié)構(gòu)地震易損性的分析可以把結(jié)構(gòu)的損傷情況分成:沒有損傷，微笑損傷，中等損傷，嚴(yán)重?fù)p傷以及完全損傷五部分，可以利用結(jié)構(gòu)的地震需求和能力，然后根據(jù)損傷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算最終得到易損性曲線。結(jié)構(gòu)易損性曲線能夠明顯的表現(xiàn)出在地震強(qiáng)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(jìn)而判斷出公路橋梁結(jié)構(gòu)損傷最嚴(yán)重的地方，最后的得出結(jié)構(gòu)失效的方式。下面給出圖2。

圖2 某個(gè)斜拉橋不同部件的易損性曲線

它是某個(gè)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(duì)結(jié)構(gòu)易損性進(jìn)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(tǒng)的橋梁可靠度分析方法是一般線忽略工程的結(jié)構(gòu)和負(fù)載的隨機(jī)特性，在確定負(fù)載和結(jié)構(gòu)內(nèi)力之間的聯(lián)系后，然手使用某種失效方式來進(jìn)行探究方法策略，進(jìn)而找到結(jié)構(gòu)體系中最主要的失效方式的失效概率，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)和荷載存在一定的隨機(jī)性一般能夠使結(jié)構(gòu)或者部件的失效方式。

4 應(yīng)用實(shí)例

舉一個(gè)實(shí)際的例子，四跨剛構(gòu)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(jié)構(gòu)的防裂度是八度，設(shè)計(jì)的使用時(shí)間是五十年。

圖3 橋梁的跨度和不同界面的尺寸

對(duì)地震易損性的計(jì)算可以分成三個(gè)步驟:第一步，對(duì)橋梁墩柱承受荷載的計(jì)算;第二步，對(duì)橋梁墩柱在地震中的需求進(jìn)行計(jì)算;最后一步，畫出地震易損性的曲線圖。在進(jìn)行敲了墩柱在地震中的需求的計(jì)算中，要根據(jù)損傷指標(biāo)，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(jī)參數(shù)可以使用PGA。對(duì)選取的有限元這一模型使用IDA進(jìn)行分析，取最大的地震比0～1.2g，步長(zhǎng)的增量是0.1g，最后可以獲得水平的曲率響應(yīng)、滯回耗能和PGA的統(tǒng)計(jì)特征。在這里我們只對(duì)橋梁的墩頂、墩身和墩底進(jìn)行分析計(jì)算，然后使用RBF的樣本集，再使用OpenSees軟件進(jìn)行分析。

通過一系列的工作就可以使用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來仿真進(jìn)而得到不同的單元的屈服曲率，然后通過墩柱的曲率相應(yīng)以及滯回耗能來統(tǒng)計(jì)特征，然后使用隨機(jī)抽樣，計(jì)算墩柱的損傷情況，然后對(duì)每個(gè)地震易損性使用三次條函數(shù)進(jìn)行擬合，進(jìn)而得到第二號(hào)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(jié)構(gòu)中的可靠度。是對(duì)數(shù)的正態(tài)分布，然后使用Matlab來設(shè)計(jì)計(jì)算4個(gè)不同失效方程作用下結(jié)構(gòu)的可靠度，程序使用的是驗(yàn)算點(diǎn)的方法——JC法，通過使用這種方法來處理得到的正態(tài)隨機(jī)變量。圖4是4個(gè)函數(shù)下的可靠度。

圖4 4個(gè)函數(shù)下的可靠度

5 總結(jié)

因?yàn)闃蛄航Y(jié)構(gòu)在運(yùn)行過程中承受的荷載不同，再加上自身結(jié)構(gòu)存在很多不確定因素，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)易損性下可靠度分析存在很多的麻煩。筆者就對(duì)目前橋梁機(jī)構(gòu)可靠性進(jìn)行了分析和總結(jié)，在對(duì)現(xiàn)在的結(jié)構(gòu)可靠度的幾個(gè)問題分析后，進(jìn)而提出了對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)易損性下可靠度的計(jì)算方法，使用這個(gè)方法是因?yàn)樗捎媒Y(jié)構(gòu)易損性來進(jìn)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(jìn)而能給不同的橋梁結(jié)構(gòu)易損性下可靠性的研究提供了方法。本文筆者還簡(jiǎn)單介紹了計(jì)算方法，可以通過這個(gè)方法對(duì)其他的載荷可靠性進(jìn)行分析。

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