1、Evaluation Methods&Testing Technologies for Safety Evaluation of Existing Bridges 周周 毅毅(Y.E.Zhou,PhD,PE)美国优斯公司美国优斯公司(URS Corporation)桥梁评定检测与加固业务经理桥梁评定检测与加固业务经理 在役桥梁结构安全的评定方法与检测技术在役桥梁结构安全的评定方法与检测技术第四届全国公路科技创新高层论坛第四届全国公路科技创新高层论坛 北京北京 2008l什么是桥梁结构安全评定什么是桥梁结构安全评定?l结构安全的衡量及可靠性指数的概念结构安全的衡量及可靠性指数的概念l结构设计可靠
2、性与评定可靠性的区别结构设计可靠性与评定可靠性的区别l提高结构评定可靠性的方法提高结构评定可靠性的方法 动态秤重动态秤重,荷载测试荷载测试,无损检测技术无损检测技术 等等等等l动态秤重技术的应用动态秤重技术的应用 准确测量荷载的变化准确测量荷载的变化l用于结构疲劳和强度评定的荷载测试和有限元分用于结构疲劳和强度评定的荷载测试和有限元分析方法析方法l磁通漏磁检测磁通漏磁检测系统系统(MFL)用于评定置于混凝土用于评定置于混凝土结构及缆索中钢筋或钢绞线状况的无损检测结构及缆索中钢筋或钢绞线状况的无损检测技术技术l总结与结论总结与结论R 的影响因素的影响因素l杆件几何尺寸杆件几何尺寸l材料性能材料性
3、能l施工质量施工质量l支撑情况支撑情况l结构系统缀余度结构系统缀余度l随时间的恶化随时间的恶化Q 的影响因素的影响因素l卡车的重量卡车的重量,分布及变化分布及变化l其他同时作用的荷载其他同时作用的荷载(DL,T,W)l荷载荷载 应力的对应关系应力的对应关系l支撑情况支撑情况l随时间的变化随时间的变化在一个指定时间在一个指定时间 t,检查检查:结构强度结构强度 R(t)荷载效应荷载效应 Q(t)R=杆件杆件/节点的承载能力节点的承载能力 (M,V,P)Q=对应的荷载效应对应的荷载效应 (M,V,P)安全程度安全程度=R-Q(随即变量随即变量)R,R,Q,Q =设计设计/评定准则中的控制参数评定准
4、则中的控制参数 R,QpRQ结构强度结构强度(R)荷载效应荷载效应(Q)Q R 破坏破坏QQRR=R-Q/R-Q=可靠性指数可靠性指数pf=P(R-Q)0=破坏的概率破坏的概率Pf1.01.59x10-12.02.3x10-22.56.2x10-33.01.3x10-33.52.33x10-44.03.17x10-5正态分布R-Q pR-Qpf0 R-Q破坏破坏 安全安全R-QR-Q设计设计 不定性较高不定性较高评定评定 指定的时间和地点指定的时间和地点,不定性较低不定性较低R,QpRQ结构强度结构强度(R)荷载效应荷载效应(Q)评定评定设计设计结构评定结构评定,设计设计 随时间的变化性通常不
5、予考虑随时间的变化性通常不予考虑评定评定 荷载与结构强度都随时间变化荷载与结构强度都随时间变化RQR,Qp结构强度结构强度(R)荷载效应荷载效应(Q)QQ(t)R(t)R结构评定结构评定R-Q(t),设计设计评定评定以获取现场数据来减少不定性以获取现场数据来减少不定性/随机性随机性:l车重荷载谱车重荷载谱 动态秤重动态秤重(WIM)l荷载与应力的对应关系荷载与应力的对应关系 荷载测试荷载测试/有限元分析有限元分析l主要承重杆件的自身状况主要承重杆件的自身状况 无损检测无损检测(NDT/E)R 的影响因素的影响因素l杆件几何尺寸杆件几何尺寸l材料性能材料性能l施工质量施工质量l支撑情况支撑情况l
6、结构系统缀余度结构系统缀余度l随时间的恶化随时间的恶化Q 的影响因素的影响因素l卡车的重量卡车的重量,分布及变化分布及变化l其他同时作用的荷载其他同时作用的荷载(DL,T,W)l荷载荷载 应力的对应关系应力的对应关系l支撑情况支撑情况l随时间的变化随时间的变化可靠性指数可靠性指数:=R-Q/R-Q 情况情况 1:如果如果 R-QDes 不变不变,R-Q,R-Q pR-QDespf0 R-Q破坏破坏 安全安全评定评定设计设计提高结构评定可靠性的关键提高结构评定可靠性的关键:降低方差降低方差 R-Q 情况情况 2:如果如果 R-QEva(t)I(i Qi)R=杆件强度杆件强度Qi=荷载效应荷载效应
7、 s=系统赘余度系数系统赘余度系数 i=荷载系数荷载系数 c=状况系数状况系数 I=运营重要性系数运营重要性系数 =阻力系数阻力系数 l随设计随设计/评定的方法而变评定的方法而变 允许应力法允许应力法(ASD/ASR)极限强度法极限强度法(LFD/LFR)荷载阻力系数法荷载阻力系数法(LRFD/LRFR)l检算所有破坏模式检算所有破坏模式(拉拉,压压,剪剪,等等)设计规范设计规范中的荷载中的荷载分布公式分布公式够精确吗够精确吗?简化的公简化的公式对新桥式对新桥设计来说设计来说可以接受可以接受,但对在役但对在役桥梁评定桥梁评定不够精确不够精确.强度评定的关键强度评定的关键:准确的荷载与应力对应关
8、准确的荷载与应力对应关系系l关键杆件和材料的状况决定结构强度关键杆件和材料的状况决定结构强度 l施工质量是实现设计意图的关键施工质量是实现设计意图的关键l结构状况通常随时间而恶化结构状况通常随时间而恶化l无损检测无损检测(NDT/E)是检查不可见结构构件是检查不可见结构构件的重要工具的重要工具,例如混凝土结构和缆索中的钢例如混凝土结构和缆索中的钢绞线或钢筋绞线或钢筋.Developed by Professor Al Ghorbanpoor of University of Wisconsin at Milwaukee(UWM)Sensor Box3459Concrete SurfacePE
9、Duct MFL Signals Flaw Indication At 914 cmMFL Signals flaw indication from 183 to 366 cm4.0-1.02.550024681012141618202224262830323436384042444648Ch 3Ch 4Ch 5Ch 9ftVoltCh 1Ch 2Ch 6Ch 7Ch 8Ch 104.0-1.02.54.0-1.02.54.0-1.02.54.0-1.02.54.0-1.02.54.0-1.02.54.0-1.02.54.0-1.02.54.0-1.02.54.0-2.00.050024681
10、012141618202224262830323436384042444648Ch 3Ch 4Ch 5Ch 9ftVoltCh 1Ch 2Ch 6Ch 7Ch 8Ch 104.0-2.00.04.0-2.00.04.0-2.00.04.0-2.00.04.0-2.00.04.0-2.00.04.0-2.00.04.0-2.00.04.0-2.00.02.0-3.00.020012345678910111213141516171819Ch 3Ch 4Ch 5Ch 9ftVoltCh 1Ch 2Ch 6Ch 7Ch 8Ch 102.0-3.00.02.0-3.00.02.0-3.00.02.0-3
11、.00.02.0-3.00.02.0-3.00.02.0-3.00.02.0-3.00.02.0-3.00.03.0-2.00.020012345678910111213141516171819Ch 3Ch 4Ch 5Ch 9ftVoltCh 1Ch 2Ch 6Ch 7Ch 8Ch 103.0-2.00.03.0-2.00.03.0-2.00.03.0-2.00.03.0-2.00.03.0-2.00.03.0-2.00.03.0-2.00.03.0-2.00.0 0.0-0.6100123456789Ch 3Ch 4Ch 5Ch 9ftVoltCh 1Ch 2Ch 6Ch 7Ch 8Ch 1
12、00.0-0.60.0-0.60.0-0.60.0-0.60.0-0.60.0-0.60.0-0.60.0-0.60.0-0.6Movement of the Strand Due to Magnets ForceFlaw Locations0.1-0.10.0100123456789Ch 3Ch 4Ch 5Ch 9ftVoltCh 1Ch 2Ch 6Ch 7Ch 8Ch 100.1-0.10.00.1-0.10.00.1-0.10.00.1-0.10.00.1-0.10.00.1-0.10.00.1-0.10.00.1-0.10.00.1-0.10.0Flaw Locations 0.6-1
13、.00.0100123456789Ch 3Ch 4Ch 5Ch 9ftVoltCh 1Ch 2Ch 6Ch 7Ch 8Ch 100.6-1.00.00.6-1.00.00.6-1.00.00.6-1.00.00.6-1.00.00.6-1.00.00.6-1.00.00.6-1.00.00.6-1.00.0Flaw LocationsStirrups 示意图示意图l现场数据是准确评定在役桥梁结构的关键现场数据是准确评定在役桥梁结构的关键l数据越具体数据越具体,方差越小方差越小,从而可靠性指数越高从而可靠性指数越高 l提高结构评定可靠性的方法提高结构评定可靠性的方法:利用动态秤重利用动态秤重(W
14、IM)建立车辆荷载谱建立车辆荷载谱 利用荷载测试利用荷载测试/有限元分析建立结构中荷载与应有限元分析建立结构中荷载与应力的对应关系力的对应关系(疲劳和强度评定疲劳和强度评定)利用无损检测确定关键承重杆件和材料的状况利用无损检测确定关键承重杆件和材料的状况(NDT/E)l需要建立以可靠性为基础需要建立以可靠性为基础 的桥梁评定规范的桥梁评定规范 实际桥梁的强度实际桥梁的强度(R)与荷载效果与荷载效果(Q)的统计分布很难确定的统计分布很难确定 估计它们的端值及其发生的概率更实际可行估计它们的端值及其发生的概率更实际可行 利用先进的分析利用先进的分析/测试方法和手段来实现准确评估测试方法和手段来实现准确评估 以以(Rmin Qmax)及相应的概率值作为安全评定的基础及相应的概率值作为安全评定的基础“瘦身法瘦身法”R,QpRQ结构强度结构强度(R)荷载效应荷载效应(Q)评定评定设计设计QminQmaxRmaxRminContact Ed Zhou,URS Corporation-Marylanded_FOR MORE INFORMATION
