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公路桥梁承载能力评估目标可靠指标计算尤吉,房涛,付公康
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公路桥梁承载能力评估目标可靠指标计算
尤吉',房涛,付公康2
(1.安徽省高速公路控股集团有限公司大桥建设管理处,安微合肥230088;2.美国伊利诺伊理工大学
高等桥梁研究中心,芝加哥60616;3.同济大学土木工程学院,上海200092)
摘要:为校准我国现行桥梁设计规范中隐含的可靠指标,给出桥梁承载能力评估目标可靠指标,在收集我国
3个路段2年连续车辆流数据(约3000万辆卡车)的基础上,选取我国《公路桥涵设计通用规范》(JDGD60-2004)
为校准规范,利用结构可靠性理论校准该规范在目前车辆流数据下的隐含可靠指标;提出我国已建桥梁承载能力
评估目标可靠指标计算方法及确定原则。计算结果表明:在目前收集车辆流数据下,我国现行桥梁设计规范隐含
可靠指标为4.063,建议我国已建公路桥梁承载能力评估目标可靠指标为3.563。
关键词:公路桥;承载能力评估;目标可靠指标;隐含可靠指标;WIM卡车数据;可靠度
中图分类号:U48.14
文献标志码:A
文章编号:1671-7767(2013)03-0073-04
引言
2“校准法”定义
可靠性理论是把影响结构的因素考虑为随机因
基于可靠性理论建立桥梁评估公式需要先确定
素,然后按照一定概率分布计算结构的可靠度指标。评估目标可靠指标,然后推求评估者乐于使用的评
在美国, AASHTO)于2003年颁布了《现有桥梁抗估公式。目标可靠指标一般通过“校准法”结合工程
力、荷载系数评估手册》,在编写该手册过程中全经验来确定。“校准法”就是根据基本变量的统计参
面引进了可靠性理论;日本对已建桥梁的评估研究数和概率分布类型,应用可靠度计算方法,揭示现行
直基于可靠性理念,从20世纪70年代以来,东规范隐含的可靠指标,以此作为评估已建桥梁的依
京大学的 Konishi教授和其学生发表了大量基于可据。该方法充分注重工程建设长期积累的实践经
靠性理论的已建桥梁评估研究的论文及报告34
验,在总体上承认现行规范的设计经验和可靠度水
在欧盟,英国是惟一制定了基于可靠性理论评估规
平。目前,“校准法”是一种比较可行的确定目标可
范的国家,在1984~2001年期间,英国交通部制定指标的方法。美国、加拿大和欧盟一些国家在开
了多部涉及现有桥梁检测、评估工作的标淮及规现有桥梁评估工作中都采用此法。
范[6~1。目前,国外一些国家制定的基于可靠性理
校准规范的选取
论的桥梁评估规范12,已进入实用阶段。
本文选取《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60
在我国,交通部曾先后颁布了一些基于可靠性-2004)为已建桥梁可靠指标的校准规范,该规范是
理论的设计规范和标准,如《公路工程结构可靠度设在《公路工程结构可靠度标准》(JB/T50283)的指
计统一标准》(GB/T50283-1999)、《公路桥涵设计
导下编写的。《公路工程结构可靠度标准》(JB/T
通用规范》(JTGD60-2004)等。但是对于桥梁的50283)中确定的桥梁延性构件的目标可靠指标为
评估,至今还没有基于可靠性理论的规范。
4.2,脆性构件的目标可靠指标为4.7。由于设计规
为校准我国现行桥梁设计规范中隐含的可靠指范中的作用分类、作用代表值的应用、作用标准值取
标,给出桥梁承载能力评估目标可靠指标,进一步完值原则、作用表达式及表达式中各项分项系数等均
善我国在已建桥梁评估方面的研究工作,本文给出按该标准确定的原则取用,可以推断设计规范在编
了“校准法”定义,在选取计算桥梁的基础上,计算了写时使用当时收集的荷载及抗力参数,因此桥梁廷
现行桥梁设计规范隐含的可靠指标。
性构件和脆性构件的隐含可靠指标分别为4.2和
收稿日期:2012-08-03
作者簡介:尤吉(1981-),男,工程师,2004年毕业于安徽农业大学能源工程专业,工学学士,2007年毕业于安徽农业大学机械工程专业,工.
学硕士,2010年毕业于同济大学防护工程专业,工学博士(F-mail:youjiadventl@126.com)。
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世界桥2013,41(3)
10.0
4计算桥梁的选取
现行规范隐含可靠指标计算选取8种桥梁,如
表1所示。图1给出了计算桥梁截面示意
表1计算桥梁简介
2.2
2.2
2.2
2.2
桥梁类型
选取跨径/mn
钢筋混凝土简支T梁桥(RC)
10、15、20、25、30、40
(a)RC桥
预应力混凝土简支T梁桥
(PCT)
20、25、30、40、50
预应力混凝土简支箱梁桥
0、25、30、40、50
(PCB)
简支钢桥(SI)
0、15、20、25、30、40、
50、70
1.38
2,75
2.75
2.75
钢筋混凝土连续T梁桥(RC)
20+20、25+25、30+30
(b)PCB桥
颁应力混凝土连续T梁桥40+40、50+50、60
0.0
(PCT)
60、70+70
预应力混凝土连续箱梁桥40+40、50+50、60+
(PCB)
60、70+70
连续钢桥(SI)
40+40、50+50、60+
60、70+70
5我国现行桥梁设计规范隐含可靠指标计算
(c)PCT桥
5.1桥梁结构构件的极限状态方程
10.0
0,5
已建桥梁评估工作即是建立桥梁自身服役状况
与其服役期间荷载运营状况的一种函数关系,因此
桥梁结构构件的功能函数可描述为
Z=RーD一L
3.0
式中,R、D、L、分别为构件抗力、恒载效应和卡车荷
(d)SⅠ桥
单位
载效应随机变量;I、g分别为桥梁的冲击系数和荷
图1计算桥梁截面示意
载横向分布系数(见表2),按随机变量处理。
式中,Dk为恒载标准值效应;K,、δ。分别为恒载统
表2I、g统计参数
计参数,其取值如表3所示。
变量名称分布类型平均值/标准值
变异系数
表3恒載统计参数
冲击系数对数正态1.120( Nowak1999)0.180( Nowak199)
材料类型
K
op
分布系数对数正态0.900( Moses,
荷载横向
0. 130(Moses
钢筋混凝土
1,015
0.100
Verma 1987)
Verma 1987)
预应力混凝士
1.015
0.100
5.2荷载效应计算
钢材
100
已建桥梁运营荷载是个广义概念,主要包括人
注;*取自《公路工程结构可靠度标准》(JB/T50283)规范,其余
取自 Nowak1999。下同。
群荷载、车辆荷载、地震荷载等。在桥梁评估时,目5.2.2卡车荷载效应
前的惯例是只考虑众多荷载中的主要荷载而忽略其
在计算多车道桥梁车辆荷载效应时,使用的仪
它荷载,即仅选取公路桥梁的恒载G和卡车荷载器需要具有测量轴重、轴距及精确的计时功能(0.01