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1、建筑桥梁结构安全的评定方法与检测技术 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望l什么是桥梁结构安全评定什么是桥梁结构安全评定?l结构安全的衡量及可靠性指数的概念结构安全的衡量及可靠性指数的概念l结构设计可靠性与评定可靠性的区别结构设计可靠性与评定可靠性的区别l提高结构评定可靠性的方法提高结构评定可靠性的方法 动态秤重动态秤重,荷载测试荷载测试,无损检测技术无损检测技术 等等等等l动态秤重技术的应用动态秤重技术的应用 准确测量荷载的变化准确测量荷载的变化l用于
2、结构疲劳和强度评定的荷载测试和有限元分用于结构疲劳和强度评定的荷载测试和有限元分析方法析方法l磁通漏磁检测磁通漏磁检测系统系统(MFL)用于评定置于混凝土用于评定置于混凝土结构及缆索中钢筋或钢绞线状况的无损检测结构及缆索中钢筋或钢绞线状况的无损检测技术技术l总结与结论总结与结论发言概要发言概要什么是结构安全评定什么是结构安全评定?R 的影响因素的影响因素l杆件几何尺寸杆件几何尺寸l材料性能材料性能l施工质量施工质量l支撑情况支撑情况l结构系统缀余度结构系统缀余度l随时间的恶化随时间的恶化Q 的影响因素的影响因素l卡车的重量卡车的重量,分布及变化分布及变化l其他同时作用的荷载其他同时作用的荷载(
3、DL,T,W)l荷载荷载 应力的对应关系应力的对应关系l支撑情况支撑情况l随时间的变化随时间的变化在一个指定时间在一个指定时间 t,检查检查:结构强度结构强度 R(t)荷载效应荷载效应 Q(t)R=杆件杆件/节点的承载能力节点的承载能力 (M,V,P)Q=对应的荷载效应对应的荷载效应 (M,V,P)结构安全性的衡量结构安全性的衡量安全程度安全程度=R-Q(随即变量随即变量)R,R,Q,Q =设计设计/评定准则中的控制参数评定准则中的控制参数 R,QpRQ结构强度结构强度(R)荷载效应荷载效应(Q)Q R 破坏破坏QQRR结构可靠性指数结构可靠性指数 =R-Q/R-Q=可靠性指数可靠性指数pf=
4、P(R-Q)0=破坏的概率破坏的概率Pf1.01.59x10-12.02.3x10-22.56.2x10-33.01.3x10-33.52.33x10-44.03.17x10-5正态分布R-Q pR-Qpf0 R-Q破坏破坏 安全安全R-QR-Q设计与评定的区别设计与评定的区别 不定性不定性/随机性随机性设计设计 不定性较高不定性较高评定评定 指定的时间和地点指定的时间和地点,不定性较低不定性较低R,QpRQ结构强度结构强度(R)荷载效应荷载效应(Q)评定评定设计设计结构评定结构评定,设计与评定的区别设计与评定的区别 随时间的变化性随时间的变化性设计设计 随时间的变化性通常不予考虑随时间的变化
5、性通常不予考虑评定评定 荷载与结构强度都随时间变化荷载与结构强度都随时间变化RQR,Qp结构强度结构强度(R)荷载效应荷载效应(Q)QQ(t)R(t)R结构评定结构评定R-Q(t),设计设计评定评定提高结构评定可靠性指数提高结构评定可靠性指数 的方法的方法以获取现场数据来减少不定性以获取现场数据来减少不定性/随机性随机性:l车重荷载谱车重荷载谱 动态秤重动态秤重(WIM)l荷载与应力的对应关系荷载与应力的对应关系 荷载测试荷载测试/有限元分析有限元分析l主要承重杆件的自身状况主要承重杆件的自身状况 无损检测无损检测(NDT/E)R 的影响因素的影响因素l杆件几何尺寸杆件几何尺寸l材料性能材料性
6、能l施工质量施工质量l支撑情况支撑情况l结构系统缀余度结构系统缀余度l随时间的恶化随时间的恶化Q 的影响因素的影响因素l卡车的重量卡车的重量,分布及变化分布及变化l其他同时作用的荷载其他同时作用的荷载(DL,T,W)l荷载荷载 应力的对应关系应力的对应关系l支撑情况支撑情况l随时间的变化随时间的变化提高结构评定可靠性提高结构评定可靠性 情况情况 1可靠性指数可靠性指数:=R-Q/R-Q 情况情况 1:如果如果 R-QDes 不变不变,R-Q,R-Q pR-QDespf0 R-Q破坏破坏 安全安全评定评定设计设计提高结构评定可靠性的关键提高结构评定可靠性的关键:降低方差降低方差 R-Q 提高结构
7、评定可靠性提高结构评定可靠性 情况情况 2情况情况 2:如果如果 R-QEva(t)I(i Qi)R=杆件强度杆件强度Qi=荷载效应荷载效应s=系统赘余度系数系统赘余度系数 i=荷载系数荷载系数c=状况系数状况系数 I=运营重要性系数运营重要性系数=阻力系数阻力系数 l随设计随设计/评定的方法而变评定的方法而变允许应力法允许应力法(ASD/ASR)极限强度法极限强度法(LFD/LFR)荷载阻力系数法荷载阻力系数法(LRFD/LRFR)l检算所有破坏模式检算所有破坏模式(拉拉,压压,剪剪,等等)桥梁强度评定桥梁强度评定桥梁结构中的荷载分布十分复杂桥梁结构中的荷载分布十分复杂设计规范设计规范中的荷
8、载中的荷载分布公式分布公式够精确吗够精确吗?简化的公简化的公式对新桥式对新桥设计来说设计来说可以接受可以接受,但对在役但对在役桥梁评定桥梁评定不够精确不够精确.用荷载测试用荷载测试/有限元分析确定荷载应力关系有限元分析确定荷载应力关系强度评定的关键强度评定的关键:准确的荷载与应力对应关系准确的荷载与应力对应关系l关键杆件和材料的状况决定结构强度关键杆件和材料的状况决定结构强度 l施工质量是实现设计意图的关键施工质量是实现设计意图的关键l结构状况通常随时间而恶化结构状况通常随时间而恶化l无损检测无损检测(NDT/E)是检查不可见结构构件是检查不可见结构构件的重要工具的重要工具,例如混凝土结构和缆
9、索中的钢例如混凝土结构和缆索中的钢绞线或钢筋绞线或钢筋.桥梁状态的评定桥梁状态的评定用于混凝土梁的磁通漏磁系统用于混凝土梁的磁通漏磁系统 MFLDeveloped by Professor Al Ghorbanpoor of University of Wisconsin at Milwaukee(UWM)MFL用于混凝土桥面板和后张拉索用于混凝土桥面板和后张拉索Sensor Box3459Concrete SurfacePE Duct MFL用于混凝土梁体外后张拉索用于混凝土梁体外后张拉索MFL Signals Flaw Indication At 914 cmMFL用于混凝土梁体外后张拉索
10、用于混凝土梁体外后张拉索MFL Signals flaw indication from 183 to 366 cmMFL用于混凝土梁体外后张拉索用于混凝土梁体外后张拉索北京顺义普通钢筋混凝土梁北京顺义普通钢筋混凝土梁MFL检测检测4.0-1.02.550024681012141618202224262830323436384042444648Ch 3Ch 4Ch 5Ch 9ftVoltCh 1Ch 2Ch 6Ch 7Ch 8Ch 104.0-1.02.54.0-1.02.54.0-1.02.54.0-1.02.54.0-1.02.54.0-1.02.54.0-1.02.54.0-1.02.5
11、4.0-1.02.5北京顺义北京顺义2号梁号梁MFL检测结果检测结果北京顺义北京顺义2号梁打开验证号梁打开验证4.0-2.00.050024681012141618202224262830323436384042444648Ch 3Ch 4Ch 5Ch 9ftVoltCh 1Ch 2Ch 6Ch 7Ch 8Ch 104.0-2.00.04.0-2.00.04.0-2.00.04.0-2.00.04.0-2.00.04.0-2.00.04.0-2.00.04.0-2.00.04.0-2.00.0北京顺义北京顺义4号梁号梁MFL检测结果检测结果北京顺义北京顺义4号梁打开验证号梁打开验证北京顺义预应
12、力混凝土箱梁桥北京顺义预应力混凝土箱梁桥MFL检测检测顺义箱梁桥顺义箱梁桥:一片梁有纵裂纹和漏水迹象一片梁有纵裂纹和漏水迹象顺义箱梁桥顺义箱梁桥 MFL检测钢筋检测钢筋/索锈蚀索锈蚀2.0-3.00.020012345678910111213141516171819Ch 3Ch 4Ch 5Ch 9ftVoltCh 1Ch 2Ch 6Ch 7Ch 8Ch 102.0-3.00.02.0-3.00.02.0-3.00.02.0-3.00.02.0-3.00.02.0-3.00.02.0-3.00.02.0-3.00.02.0-3.00.0顺义箱梁桥顺义箱梁桥MFL检测结果检测结果 无裂纹梁无裂纹梁
13、3.0-2.00.020012345678910111213141516171819Ch 3Ch 4Ch 5Ch 9ftVoltCh 1Ch 2Ch 6Ch 7Ch 8Ch 103.0-2.00.03.0-2.00.03.0-2.00.03.0-2.00.03.0-2.00.03.0-2.00.03.0-2.00.03.0-2.00.03.0-2.00.0顺义箱梁桥顺义箱梁桥MFL检测结果检测结果 裂梁裂梁重庆交通大学实验室重庆交通大学实验室MFL验证验证 六种试件六种试件 重庆交大重庆交大MFL检测结果检测结果 木板中的钢索木板中的钢索0.0-0.6100123456789Ch 3Ch 4C
14、h 5Ch 9ftVoltCh 1Ch 2Ch 6Ch 7Ch 8Ch 100.0-0.60.0-0.60.0-0.60.0-0.60.0-0.60.0-0.60.0-0.60.0-0.60.0-0.6Movement of the Strand Due to Magnets ForceFlaw Locations0.1-0.10.0100123456789Ch 3Ch 4Ch 5Ch 9ftVoltCh 1Ch 2Ch 6Ch 7Ch 8Ch 100.1-0.10.00.1-0.10.00.1-0.10.00.1-0.10.00.1-0.10.00.1-0.10.00.1-0.10.00.1
15、-0.10.00.1-0.10.0Flaw Locations重庆交大重庆交大MFL检测结果检测结果 套管中的钢索套管中的钢索0.6-1.00.0100123456789Ch 3Ch 4Ch 5Ch 9ftVoltCh 1Ch 2Ch 6Ch 7Ch 8Ch 100.6-1.00.00.6-1.00.00.6-1.00.00.6-1.00.00.6-1.00.00.6-1.00.00.6-1.00.00.6-1.00.00.6-1.00.0Flaw LocationsStirrups重庆交大重庆交大MFL检测结果检测结果 混凝土中的钢索混凝土中的钢索重庆交大重庆交大MFL检测检测 钢索钢索/筋
16、上人造缺陷筋上人造缺陷MFL在桥梁缆索检测上的应用在桥梁缆索检测上的应用示意图示意图美国桥梁评定规范美国桥梁评定规范 目前目前美国桥梁评定规范美国桥梁评定规范 将来将来l现场数据是准确评定在役桥梁结构的关键现场数据是准确评定在役桥梁结构的关键l数据越具体数据越具体,方差越小方差越小,从而可靠性指数越高从而可靠性指数越高 l提高结构评定可靠性的方法提高结构评定可靠性的方法:利用动态秤重利用动态秤重(WIM)建立车辆荷载谱建立车辆荷载谱利用荷载测试利用荷载测试/有限元分析建立结构中荷载与应有限元分析建立结构中荷载与应力的对应关系力的对应关系(疲劳和强度评定疲劳和强度评定)利用无损检测确定关键承重杆
17、件和材料的状况利用无损检测确定关键承重杆件和材料的状况(NDT/E)l需要建立以可靠性为基础需要建立以可靠性为基础 的桥梁评定规范的桥梁评定规范总结与结论总结与结论一个实际可行的方法示意一个实际可行的方法示意实际桥梁的强度实际桥梁的强度(R)与荷载效果与荷载效果(Q)的统计分布很难确定的统计分布很难确定估计它们的端值及其发生的概率更实际可行估计它们的端值及其发生的概率更实际可行利用先进的分析利用先进的分析/测试方法和手段来实现准确评估测试方法和手段来实现准确评估 以以(Rmin Qmax)及相应的概率值作为安全评定的基础及相应的概率值作为安全评定的基础“瘦身法瘦身法”R,QpRQ结构强度结构强度(R)荷载效应荷载效应(Q)评定评定设计设计QminQmaxRmaxRmin Contact Ed Zhou,URS Corporation-Marylanded_FOR MORE INFORMATION