公路桥梁钢筋混凝土构件可靠度的计算

　　关键词：公路桥梁 钢筋砼构件 可靠度理论 计算方法 

 

　　随着国民经济的发展，公路桥梁的地位越来越重要。现阶段，桥梁形式亦多为砼桥梁，这一论断在世界范围内皆成立。但是，因公路桥梁结构老化、营运环境恶劣、车辆荷载增加及养护维修工作不到位等因素的影响，

公路桥梁结构损伤现象屡见不鲜，且其相应地导致了公路桥梁结构营运状况不佳、承载能力下降等问题。由此可得，加强公路桥梁耐久性、可靠度评估，确保公路桥梁安全畅通意义重大。 

 

 

　　所谓公路桥梁耐久性评估，其主要是指以特定信息为依托，对既有公路桥梁的可靠性予以准确的分析，并基于分析的基础上，提出相关针对性强。公路桥梁结构可靠度理论最突出的特点当属其基础为概率统计。概率统

计对公路桥梁结构存在不确定性予以了肯定，并以公路桥梁结构可靠度的各影响因素作为随机变量，且通过恢复各影响因素的自然特性，再以数据为依托对此种客观变异性予以表达。基于可靠性理论法以可靠度计算方法为

基本方法，即以统计方法及实测方法为基本方法，以可靠度数学理论为基本理论依据，并通过计算得出公路桥梁结构的可靠指标或实现概率，且以或对公路桥梁结构的安全水平予以衡量。随着公路桥梁结构耐久性及可靠度

评估方法的深入研究，可靠性理论的应用也变得更广，甚至覆盖了结构工程的各领域。就公路桥梁设计而言，我国桥梁设计方式已经随着新桥规的编订而发生了相应地转变，即从容许应力设计方式到承载能力极限状态设计

方式（以概率统计为基础）。研究结果显示，承载能力极限状态设计方式的科学性更强，且其设计理论及设计思想也更加科学和完善。此外，承载能力极限状态设计方式也为公路桥梁结构耐久性及可靠度评估提供了有力的

理论依据。 

 

 

　　2.1 可靠度的基本原理 

 

　　结构的可靠度。公路桥梁结构的可靠度以适用性、安全性及耐久性为主。如果工程结构实际承载能力与要求承载能力间一致，则该工程结构具备安全性；如果工程结构实际使用功能与要求使用功能间一致，则该工程结

构具备耐久性及适用性。就工程结构的功能函数（）而言，若R/S均服从正态分布，则R/S的平均值及标准差可表示为及，且结构功能函数（Z=R-S）亦服从于正态分布，则Z=R-S否认平均值及标准差表示为和。随机变量Z

的分布图见下图，其中Z<0的概率属失效概率，其满足，且失效概率值与下图阴影面积相等： 

 

　　由上图可得，从0至（平均值）间的间距度量标准可为标准差，即。此外，与间的关系为一一对应，即随着的增大而减小；随着的减小而增大。由此可得，、均可用作工程结构可靠性的衡量指标，其中属可靠指标。那

么，工程结构失效概率满足如下函数式： 

 

　　2.2 验算点法或JC法 

 

　　验算点法或JC法是可靠度分析方法的一种，亦是一次二阶距的一种，其应用范围较广。所谓一次二阶距法，其主要是指将随机变量的一阶距及二阶距应用到可靠指标计算之中，且仅对功能函数泰勒级数展开式的一次

项予以适当考虑。 

 

　　两个正态随机变量的情况.在极限状态下，两个随机变量满足如下函数式（极限状态方程）： 

 

　　上述方程式中，R/S间相互独立，且其均服从于正态分布。 

 

　　就ROS坐标系而言，极限状态方程为一条直线，其倾角呈45°。经过及计算后可得，及的新坐标系，现通过平移坐标系可得到另一个新坐标系（见下图）： 

 

　　由方程式及可得，变换原坐标系等效于正态分布标准化，其中及属标准正态变量。通过一系列方程式的计算及转换求的，原坐标系ROS与新坐标系间的关系满足如下函数式： 

 

　　由解析几何相关理论可得，上述函数式为坐标系内标准型法线式直线方程，（常数项）为至极限状态直线间的法线长度，及为（法线）在坐标向量方向的方向余弦，其中为设计验算点。若、、、的取值既定，则工程结

构可靠指标、设计验算点均可准确求的，且对应的失效概率函数式为： 

 

 

　　综上所述，钢筋砼施工在世界范围内各个国家均得到了广泛的应用，则世界各国对公路桥梁钢筋砼构件可靠度及耐久性的研究也相当深入。公路桥梁钢筋砼耐久性的评估方法很多，该文着重谈论了基于可靠度理论的评

估方法。此外，公路桥梁钢筋砼构件可靠度的计算方法包括JC法及蒙特卡洛法，该文就JC法进行了详细地阐释。 

 

　　参考文献 

 

　　[1] 王敏.钢筋混凝土桥梁的失效树分析[D].武汉理工大学，2010. 

　　[2] 薛鹏飞.预应力混凝土连续刚构桥结构性能退化预测评估研究[D].浙江大学建筑工程学院，2009.