对公路桥梁结构易损性下可靠度的探究

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(河北路桥集团第一工程有限公司)

1 引言

随着我国经济的快速发展，我国的公路建设的发展规模也越来越大，公路桥梁网络在不断完善，桥梁在设计中越来越趋于轻柔化以及结构形式和功能越来越复杂化，最终导致公路桥梁的安全问题越来越突出。所以，我们一定要对这些耗费大量资金的公路桥梁进行可靠性评估，充分掌握它们的“身体情况”，为日后能够才去合适的方法来保证它能安全运营。现在我国在公路桥梁的结构设计越来越规范化、科学化了，我们在评估过程中经常使用的使用极限的设计方法，在进行评估的过程中也是用将可靠度的理论基础当作评估的标准，但是总的来讲，我国的公路桥梁可靠度库伦和实际工程之间存在很多问题。对公路桥梁的安全情况进行正确的评估，就要求我们建立一套适合实际工程的评估方法，为管理公路桥梁的有关部门提供有效的理论依据。

2 公路桥梁结构度可靠度的分析

因为荷载和机构具有随机性，在可靠度理论的方法基础上要比确定性的评估方法更加的科学。目前，很多国家的对公路桥梁结构可靠性的评估都是在两个水平上来展开的:结构构件水平以及机构体系的水平。构件水平可靠度的分析方法虽然比较简单，但是在桥梁结构的设计中使用的非常的多，现在工程中使用的方法比如，FORM、SORM等都可以得到很好的精度。但是对于结构体水平这一水平的可靠性，最近这些年有些发展，但是从整个方面来说，我们对结构的可靠度的评估知识在构件这一方面，不能对整个结构体系进行有效地考虑，这一水平主要有两个难点:(1)对复杂结构的失效方式的识别与搜索;(2)对桥梁结构随机相应量的有效计算。应为在工程的分析中，使用常见的可靠度方法，比如，分枝—约界法，截断枚举法等，这些方法在进行识别和搜索桥梁结构的主要失效模式中效率太低，导致不能有效的确定结构的失效模式，所以我们的得出来的体系可靠度的指标并不能真实的表现结构体系的真实情况，需要我们在探究结构失效的模式的时候，使用的新的方法。

3 易损性下可靠度分析评估

结构易损性的定义是:在给定荷载参数值的情况下，结构构件产生损坏，并且超过了一定的损伤级别。结构易损性的分析最早得到应用的是在七十年代对核电站的地震发生概率的风险评估。最近这几年，机构易损性分析在公路桥梁建设过程中的结构抗震方面得到了广泛的应用。下面用图1来展示随即结构地震易损性分析的基本思路。

图1 随即结构地震易损性分析的基本思路

对结构地震易损性的分析可以把结构的损伤情况分成:没有损伤，微笑损伤，中等损伤，严重损伤以及完全损伤五部分，可以利用结构的地震需求和能力，然后根据损伤标准进行计算最终得到易损性曲线。结构易损性曲线能够明显的表现出在地震强度不同的情况下，公路桥梁的不同部件在不同的损伤情况下的损伤顺序，进而判断出公路桥梁结构损伤最严重的地方，最后的得出结构失效的方式。下面给出图2。

图2 某个斜拉桥不同部件的易损性曲线

它是某个斜拉桥不同部件的易损性曲线，可以从图2中看出，不同部件的损伤的顺序:边墩——辅助墩——主塔底部——横梁，最不利的地方是在边墩。对结构易损性进行分析不单能为公路桥梁的不同部件的损伤程度，也能得出不同桥梁损伤的程度的差别。

传统的桥梁可靠度分析方法是一般线忽略工程的结构和负载的随机特性，在确定负载和结构内力之间的联系后，然手使用某种失效方式来进行探究方法策略，进而找到结构体系中最主要的失效方式的失效概率，因为结构和荷载存在一定的随机性一般能够使结构或者部件的失效方式。

4 应用实例

举一个实际的例子，四跨刚构桥在地震荷载作用下的易损性分析，桥梁的跨度和不同界面的尺寸分别在图3中得出:桥梁结构的防裂度是八度，设计的使用时间是五十年。

图3 桥梁的跨度和不同界面的尺寸

对地震易损性的计算可以分成三个步骤:第一步，对桥梁墩柱承受荷载的计算;第二步，对桥梁墩柱在地震中的需求进行计算;最后一步，画出地震易损性的曲线图。在进行敲了墩柱在地震中的需求的计算中，要根据损伤指标，还要确定桥墩在地震中的最大曲率和滞回耗能，地震的随机参数可以使用PGA。对选取的有限元这一模型使用IDA进行分析，取最大的地震比0～1.2g，步长的增量是0.1g，最后可以获得水平的曲率响应、滞回耗能和PGA的统计特征。在这里我们只对桥梁的墩顶、墩身和墩底进行分析计算，然后使用RBF的样本集，再使用OpenSees软件进行分析。

通过一系列的工作就可以使用RBF神经网络来仿真进而得到不同的单元的屈服曲率，然后通过墩柱的曲率相应以及滞回耗能来统计特征，然后使用随机抽样，计算墩柱的损伤情况，然后对每个地震易损性使用三次条函数进行拟合，进而得到第二号桥墩是最容易受到损伤的部位。

按照前边的思路，可以用最易损的单元的可靠度来代替结构中的可靠度。是对数的正态分布，然后使用Matlab来设计计算4个不同失效方程作用下结构的可靠度，程序使用的是验算点的方法——JC法，通过使用这种方法来处理得到的正态随机变量。图4是4个函数下的可靠度。

图4 4个函数下的可靠度

5 总结

因为桥梁结构在运行过程中承受的荷载不同，再加上自身结构存在很多不确定因素，导致桥梁结构易损性下可靠度分析存在很多的麻烦。笔者就对目前桥梁机构可靠性进行了分析和总结，在对现在的结构可靠度的几个问题分析后，进而提出了对桥梁结构易损性下可靠度的计算方法，使用这个方法是因为它采用结构易损性来进行探讨易损部位，从的翻到的易损性曲线来确定损伤不见得位置，进而能给不同的桥梁结构易损性下可靠性的研究提供了方法。本文笔者还简单介绍了计算方法，可以通过这个方法对其他的载荷可靠性进行分析。

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