[发明专利]一种超载运行条件下桥梁预防性养护模型的建模方法以及养护方法

说明书

技术领域

本发明涉及桥梁预防性养护，具体涉及一种超载运行条件下桥梁预防性养护模型的建模方法以及养护方法。

背景技术

桥梁是交通路线中的重要组成部分，是交通运输的咽喉，它的技术状况的好坏直接影响到公路的畅通和行车安全，也直接影响公路交通的经济效益和社会效益。然而，桥梁从设计建成到投入使用的整个过程中,由于长期暴露在大气环境中，在内部或者外部的、人为的或者自然的因素作用下,随着时间的推移,将发生材料老化与结构损伤，这是一个不可逆的过程,这种损伤的累积将导致结构性能劣化、承载能力下降以及可靠度的衰变,使用性能降低。对于存在着病害甚至隐藏着重大事故的桥梁，若要全部拆除重建，不仅耗资巨大，而且在时间上也是不允许的。如果能采取有效的养护策略恢复和提高它们的承载能力，使其继续为现代交通运输服务，则可以给国家带来巨大的经济效益。遗憾的是，实际上桥梁的定期养护维修并未得到有效的执行。一方面是桥梁养护资金严重不足，资源分配方面缺乏客观的评判标准和科学的决策手段，仅仅凭主观判断来分配；另一方面是桥梁管理部门在管理手段、管理模式、管理理念上的局限性以及现有维护资金的不足，从而导致大多数桥梁没有得到合适的养护、维修、加固和改建。

美国从1950年至1994年建设的跨度大于6m的桥梁中，被定级为结构性缺陷的桥梁占13.9％之多。据美国联邦公路管理局(FHWA)统计，目前美国每年约有5000座桥梁退化为有缺损桥梁，联邦桥梁维护基金也相应增加到每年30亿美元。欧洲桥梁管理(BRIME)项目的统计表明，目前欧洲各国每年用于桥梁维护的费用占所有桥梁重建费用的0.5％～1.0％；而就美国纽约州交通局所辖桥梁而言，这个比例高达8.5％。我国在近30年建造了大量的公路桥梁，永久性桥梁的数量也在不断增加。同时，大量的桥梁因桥龄增大和交通量激增等原因而出现不同程度的缺损与退化，危桥数量呈增长趋势。根据交通部《2011年公路水路交通行业发展统计公报》统计，截至2011年底，全国公路桥梁达68.94万座、3349.44万米，其中，特大桥梁2341座、404.28万米，大桥55229座、1330.05万米。这些桥梁建于不同年代、所依据的规范和设计标准也不一致，致使当前已有一定数量的桥梁发生老化、损伤现象，承载能力明显降低，已成危桥。这些桥梁中有些已经运营30～40年，有些运营时间更短但病害严重，已不适应当今经济快速发展的需要。随着时间的推移，既有混凝土桥梁的失效将越来越普遍，维修和加固的费用也会越来越多。

可见，现役桥梁结构面临的诸多问题，

使桥梁结构的经济性和安全性的矛盾更为突出。对于桥梁养护管理者而言，如何在经济性和 安全性之间取得最佳平衡是一个非常棘手的问题。由于现役桥梁数量众多，以经验和常规概念为基础的传统养护方法越来越不能满足需要，需要发展科学的、系统的和规范化的养护管理方法。因此，深入探索桥梁结构承载力退化模式及其可靠度衰变规律，建立科学有效的桥梁预防性养护模型，为桥梁养护管理者提供决策依据，对提高桥梁结构的安全耐久、降低桥梁的养护管理费用具有重大意义。

发明内容

针对以上上述现有技术问题和发明目的，本发明提出超载运行条件下桥梁预防性养护模型的建模方法以及养护方法，具体技术方案如下：

一种超载运行条件下桥梁预防性养护模型的建模方法，包括如下步骤：

(1)对时变可靠度指标变化曲线进行拟合；

(2)步骤(1)拟合得到跨中正截面抗弯承载能力；

(3)步骤(1)拟合得到支点斜截面抗剪承载能力；

(4)步骤(1)拟合得到正常使用裂缝宽度的时变可靠度指标退化的曲面模型及曲面方程。

进一步地，步骤(1)中基于最小二乘法原理，采用二元函数对时变可靠度指标变化曲线进行拟合。

进一步地，进一步包括步骤(5)：根据所建立的模型，对桥梁结构可靠度进行预测。

进一步地，进一步包括步骤(6)：根据预测结果得到桥梁的养护方法。

进一步地，步骤(1)中时变可靠度的拟合曲线方程中，以跨中正截面抗弯为指标的时变可靠度的拟合曲线方程为：