[发明专利]基于相对位移极限方程的空心板铰缝的服役寿命预测方法

权利要求书

1.一种基于相对位移极限方程的空心板铰缝的服役寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)检测空心板铰缝，采集影响空心板铰缝性能的变量，所述变量包括：非时变变量：铰缝形式；以及时变变量：铰缝横向钢筋截面面积，铰缝纵向钢筋截面面积，铰缝混凝土强度；

2)根据采集的时变变量，建立时变变量的时变模型；包括混凝土的时变模型和钢筋的时变模型；

3)建立考虑时变因素的极限状态方程，极限方程由铰缝的相对位移来确定，即Z(t)＝a_r-a(t)，其中a_r为临界损坏时的相对位移，a(t)为随时间变化得出的相对位移值，a(t)通过步骤2)中的时变模型，建立不同阶段的有限元模型，根据有限元模型得出随时间变化的相对位移值；

4)可靠度分析：建立铰缝及空心板的初始有限元模型，根据极限方程使用蒙特卡洛法进行可靠度运算，得到时变可靠度；

5)确定可靠度临界值，当时变可靠度等于该临界值时，该可靠度所对应的时间即为铰缝的预测服役寿命。

2.根据权利要求1所述的基于相对位移极限方程的空心板铰缝的服役寿命预测方法，其特征在于，所述步骤2)中的时变变量的时变模型具体如下：

2.1)混凝土的时变模型如下：

混凝土的劣化主要是混凝土的碳化腐蚀，混凝土强度随着时间的变化仍然服从正态分布，但其平均值及标准差是随时间变化的，具体变化为：

σ_t＝σ_t0(0.0305t+1.2368) (2)

其中，

μ_t为t年后混凝土强度平均值；

μ_t0为混凝土28天强度平均值；

σ_t为t年后混凝土强度标准差值；

σ_t0为混凝土28天强度标准差值；

2.2)钢筋的时变模型如下：

钢筋锈蚀的过程用钢筋的锈蚀深度来表示，锈蚀深度在锈胀开裂前后的时变特性不一样，分为以下两种情况：

钢筋锈胀未开裂时采用以下模型计算钢筋锈胀开裂前的锈蚀深度：

δ_e1(t)＝λ_el(t-t₁) (3)

其中，

δ_e1(t)为锈胀开裂前的钢筋锈蚀深度(mm)；

λ_el为锈胀开裂前的钢筋锈蚀速度(mm/a)；

其中，t₁为钢筋开始锈蚀时间，由下式确定：

其中，

t₁为钢筋开始锈蚀时间；

c为混凝土保护层厚度；

k为混凝土碳化系数；

t为结构使用年限；

钢筋锈胀已开裂采用以下模型计算锈胀开裂后的锈蚀深度：

λ_el为锈胀开裂前的钢筋锈蚀速度；

t_cr为混凝土保护层锈胀开裂时间，t_cr＝δ_cr/λ_el；

δ_cr为锈胀开裂时的锈蚀深度，由下式决定：

其中，

d为钢筋直径；

k_crs为钢筋位置影响系数；

得出钢筋锈蚀深度后，可得钢筋截面损失率：

3.根据权利要求1所述的基于相对位移极限方程的空心板铰缝的服役寿命预测方法，其特征在于，所述步骤4)具体如下：

4.1)确定进行可靠度分析所需变量的概率分布，变量包括恒载，车辆荷载，钢筋截面面积，混凝土强度；

4.2)建立铰缝及空心板的初始有限元模型；其中，模型初始参数采用时间为0时的各时变变量的参数值，之后利用软件根据极限方程使用蒙特卡洛法进行可靠度运算；

4.3)改变有限元模型；其中，模型参数采用原时间增加一个固定时间增量后的参数值的时变变量参数值，根据步骤4.2)方法进行该时间点下的可靠度计算；

4.4)重复步骤4.3)，直到时间到达限值后停止计算；

4.5)根据步骤4.2)到4.4)得出的不同时间点的可靠度可连成一条随时间变化的曲线，该曲线即铰缝结构的时变可靠度曲线。