(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111358201.5 (22)申请日 2021.11.16 (71)申请人 广西交科集团有限公司 地址 530006 广西壮 族自治区南宁市西乡 塘区新康西路158号 (72)发明人 梁茜雪　蒋国富　卓小丽　彭曦　 毛晶　李增科　宁怡豪　 (74)专利代理 机构 南宁深之意专利代理事务所 (特殊普通 合伙) 45123 代理人 徐国华 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 111/08(2020.01) G06F 119/02(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种无需抗力信息的在役桥梁承载能力评 定方法 (57)摘要 本发明公开了一种无需抗力信息的在役桥 梁承载能力评定方法； 该方法首先进行必要的调 查和检测以正确预估桥梁可能达到的汽车荷载 等级， 建立有限元模型计算恒载效应和汽车荷载 效应的标准值， 进一步得到对应的统计参数和概 率密度函数以建立结构失效概率公 式， 由失效概 率公式反算满足目标可靠指标的试验荷载效应 值， 实施试验工况后， 按试验结果直接评定承载 能力满足的汽车荷载等级， 无需进行结构检算。 本发明无需抗力信息、 无需检算， 现场实施程序 与荷载试验基本相同、 费用相当， 具有简明、 高 效、 结果可靠的优势， 并可调整与承载能力对应 的目标可靠指标和继续使用年限， 满足不同管养 需求， 具有很强的实用性和很高的推广价 值。 权利要求书3页 说明书8页 附图1页 CN 114297885 A 2022.04.08 CN 114297885 A 1.一种无需抗力 信息的在役桥梁 承载能力评 定方法， 其特 征在于包括以下步骤： 1)测量桥梁几何形态参数和调查恒载状况； 2)完成桥梁外观检查， 掌握结构劣化及损伤情况； 进行运营情况调查， 了解桥梁承载现 状； 3)综合桥梁建成年代、 路线等级、 主要承重构件尺寸、 运营调查情况、 外观检查结果、 检 测管养资料信息， 预估结构现有承载能力对应的汽车荷载等级； 4)选取桥梁目标 可靠指标βf， 并且由目标 可靠指标βf计算最大失效概 率pfmax： pfmax＝1‑Φ( βf) (式1) 5)根据调查及检测结果建立符合桥梁实际状况的结构有限元模型， 并按最不利受力原 则选取控制截面或控制部位； 6)在有限元模型中分别计算试验控制截面或控制部位处的恒载效应标准值SGk和汽车 荷载效应标准值SQik， 其中i＝1 …n， i和n均为正整数， n为预估结构现有承载能力对应的汽 车荷载等级的个数， SQik按从小到大排序； 7)由步骤6)中的SGk和SQik计算随机变量恒载效应SG的平均值 μSG和标准差σSG、 随机变量 汽车荷载效应SQi的平均值 μSQi和标准差σSQi： μSG＝kSGSGk, σSG＝ μSGδSG (式2) μSQi＝kSQSQik, σSQi＝ μSQiδSQ (式3) 在式2和式3中kSG、 kSQ和 δSG、 δSQ分别为恒载效应和汽车荷载效应的平均值与标准值的比 值和变异系数， 均为已知常数， 按 《公路桥梁结构可靠度与概率极限状态设计》 (人民交通出 版社， 1997)选取； 8)随机变量恒载效应SG服从正态分布， 由步骤7)中的SG的平均值 μSG和标准差σSG得到SG 的概率密度函数fSG(sG)： 9)随机变量汽车荷载效应SQi服从极值 Ⅰ型分布， 由步骤7)中的SQi的平均值 μSQi和标准差 σSQi得到SQi的概率密度函数fSQi(sQi)： fSQi(sQi)＝α exp[ ‑α(sQi‑γ)]·exp{‑exp[‑α(sQi‑γ)]} (式5) 式5中α为极值 Ⅰ型分布的尺寸函数 ， 按 计算 ； γ为位置参数 ， 按 计算； 当评定对应的继续使用年限N'年与设计基准期N年不同时， 用γN'代 替γ， γN'按 计算； 10)通过迭代和数值计算的方法按结构失效概率公式反演计算pf＝pfmax时的试验荷载 在控制截面计算效应SSi； 结构失效概 率公式为： 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114297885 A 211)在有限元模型中进行荷载试验工况设计， 使试验荷载在控制截面或控制部位的计 算效应不小于SSi； 12)重复步骤7)～步骤11)， 计算各预估汽车荷载等级对应的试验荷载在控制截面计算 效应SSi； 13)选取控制截面、 控制部位或可有效体现其响应的位置布设位移、 应变测点， 当控制 截面或控制部位附近出现受力裂缝时还应布置裂缝观测点； 根据预估的汽 车荷载等级对应 的SSi由小到大实施工况； 每工况应分级加载， 并较常规荷载试验适当增加分级数量， 一般不 少于3～5级； 试验每级加载后均应检查主要测点的响应是否超过计算值， 裂缝是否有明显 扩展或有其它异常情况， 及时停止加载， 保证试验安全； 14)试验结束后， 根据试验结果评价 桥梁承载能力。 2.根据权利要求1所述的无需抗力信 息的在役桥梁承载能力 评定方法， 其特征在于： 所 述的结构失效概 率公式的推导过程如下： 桥梁结构的可靠度与抗力R、 恒载效应SG和汽车荷载效应SQi有关， 所以功能函数Z为： Z＝R‑SG‑SQi (式7) 因荷载试验是对桥梁结构施加确定荷载， 结构在试验时存在破坏的风险， 当桥梁在试 验荷载作用下产生计算效应SSi， 结构未出 现破坏或累积损伤现象， 认为 试验成功， 结构的抗 力R不小于实际恒载效应SG0与SSi之和； SG0为普通定值变量， 因恒载变异性很小， 可取SG0＝ μSG， 且因kSG＝1.0148， 由式2可知SG0＝1.0148SGk≈SGk； 偏保守地认为抗力R等于 实际恒载效 应SG0与SSi之和， 即R＝SG0+SSi＝SGk+SSi， 代入式7得到： Z＝SGk+SSi‑SG‑SQi (式8) 根据功能函数和可靠度理论建立失效概 率pf的解析式： 把步骤8)得到 的恒载效应概率密度函数fSG(sG)和步骤9)得到的汽车荷载效应概率密 度函数fSQi(sQi)代入式9即可 得到式6。 3.根据权利要求1所述的无需抗力信 息的在役桥梁承载能力 评定方法， 其特征在于： 所 述的步骤14)具体为： 在完成第i个预估汽车荷载等级对应工况后， 当实测挠度或应变与其 理论值呈线性关系、 相对残余挠度或应变不大于20％、 裂缝宽度未超过 《公路桥梁承载能力 检测评定规程》 (JTG/T J21)规定时， 认为试验成功， 评定桥梁承载能力在继续使用年限N' 年内能达到第i个预估汽车荷载等级要求， 否则评定为不能满足要求； 对未能完成的试验工 况， 直接评定为不能满足相应汽车荷载等级 要求。 4.根据权利要求1所述的无需抗力信 息的在役桥梁承载能力 评定方法， 其特征在于： 所 述步骤1)中包括桥面线 形、 拱圈线形、 主缆线形测量， 桥梁总体尺 寸、 构件尺 寸、 桥面铺 装及 拱上填料厚度测量， 桥梁附加荷载调查， 拱 上填料重度测定 。 5.根据权利要求1所述的无需抗力信 息的在役桥梁承载能力 评定方法， 其特征在于： 所 述步骤2)具体为： 对全桥进行详细外观病害检查， 包括上部结构、 下部结构和桥面系， 重点 检查主要承重构件， 掌握结构劣化及损伤情况， 分析病害对承载能力的影响； 对桥梁运营情 况进行调查， 包括现场调查和资料查阅， 分析桥梁承载现状， 并作为病害分析 的依据， 为预 估可承受汽车荷载等级提供基础数据。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114297885 A 3