模糊及随机信息条件下既有RC桥梁时变可靠性研究

当前信息有限性和未来服役期信息未确知性等客观条件，使既有钢筋混凝土（RC）桥梁时变可靠性研究过程存在很多不确定性。这些不确定性主要包括模糊性和随机性。本项目创新在于有效地利用桥梁检测信息，考虑信息的模糊性及随机性，针对后继服役期，研究后验条件下既有RC桥梁时变可靠性相关问题。主要研究内容包括：分析锈蚀初始时间、保护层开裂时间及锈胀至允许宽度时间的模糊概率特征，建立锈蚀率先验时变概率模型，进一步融入桥梁检测信息，基于Bayes方法更新模型，建立锈蚀率后验模糊随机时变概率模型；考虑锈蚀引起粘结退化和锈胀开裂，提出受弯构件抗力计算方法，进而建立验证荷载下构件抗力后验模糊随机时变概率模型；在此基础上，提出后继服役期既有RC桥梁模糊随机时变可靠性分析方法，明确时变可靠指标对各参数不确定性强弱的敏感性。从而为量大面广的既有RC桥梁可靠性评定、剩余寿命预测和维修决策提供科学依据。

当前信息有限性和未来服役期信息未确知性等客观条件，使既有钢筋混凝土（RC）桥梁时变可靠性研究过程存在很多不确定性。本项目将这些不确定性归结为模糊性和随机性，针对既有RC桥梁时变可靠性问题，取得成果如下：（1）分析了锈蚀初始时间、锈胀开裂时间以及锈胀开裂至界限宽度时间的不确定性特征，将氯盐导致的钢筋锈蚀划分为二阶段三个特征时刻，研究了不确定因素影响下的锈胀开裂损伤问题，建立了钢筋混凝土构件生命周期内锈蚀损伤风险概率模型，讨论了锈胀损伤影响参数的敏感性。（2）建立了模糊随机信息条件下钢筋锈蚀率预测模型，分析了锈蚀率模糊随机时变概率特征，得到了不同时刻锈蚀率截口概率分布形式，对比了均匀锈蚀和局部锈蚀下钢筋截面积均值和标准差变化的异同；综合考虑均匀锈蚀、局部锈蚀及其影响因素的不确定性，以Bayes理论为基础，利用桥梁检测数据来实现锈蚀率物理模型选择及其参数的更新，提出了钢筋锈蚀率动态演进分析方法，并结合一座既有实桥对理论结果进行了验证。（3）分别建立了HPB235和HRB335两种桥梁常用钢筋的质量锈蚀率、截面锈蚀率与屈服荷载、极限抗拉荷载、屈服强度和极限抗拉强度间的关系，基于锈蚀钢筋拉伸试验，对比了锈蚀率对不同类型钢筋屈服强度、极限抗拉强度和屈服荷载和极限抗拉荷载的影响；回归了快速锈蚀与自然锈蚀下钢筋质量锈蚀率与屈服荷载和极限抗拉荷载的关系。（4）构建了模糊及随机信息条件下钢筋混凝土桥梁构件抗力演化特征分析框架，揭示了锈蚀导致粘结性能退化对构件承载力的影响，分析了服役期钢筋锈蚀发展和强度退化的模糊概率特征，得到了抗力均值和标准差时变特点和截口分布类型；考虑锈蚀钢筋失效模式、锈蚀引起钢筋截面积和强度、粘结退化等的不确定性影响，提出了基于钢筋混凝土桥梁当前服役状况的构件抗力更新方法，并通过实桥构件实验进行了验证。（5）提出了既有钢筋混凝土桥梁模糊随机时变可靠性分析方法，将检测结果与专家经验相结合，通过隶属函数反映小样本检测数据的模糊特征，进而将模糊变量变换为当量随机变量，提出了小样本数据下既有RC桥梁可靠性评估方法；考虑抗力模糊随机时变特性，以及车辆荷载的影响，提出了模糊随机时变可靠性分析方法，分析了时变可靠指标对抗力各参数的敏感性，明确了既有RC桥梁服役期重点检测指标。这些研究成果为既有RC桥梁可靠性评定、剩余寿命预测和维修决策提供科学依据。