(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 202111478818.0 (22)申请日 2021.12.0 6 (71)申请人 山西交通控股集团有限公司晋城高 速公路分公司 地址 048099 山西省晋城市城区郜匠村晋 城西收费站办公楼 申请人 武汉理工大 学 (72)发明人 王成军　梁丽　宋亚楠　李燕　 靳波　卢敏　翟鹏　韩向奎　 马建萍　刘彭成　宋志红　常娅　 车志英　李鑫阳　毛宇　李红　 邓育林　 (74)专利代理 机构 武汉智嘉联合知识产权代理 事务所(普通 合伙) 42231 代理人 张璐(51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 17/11(2006.01) E01D 4/00(2006.01) E01D 101/30(2006.01) E01D 101/24(2006.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 大跨钢管混凝土拱桥时变可靠度预测方法 及系统 (57)摘要 一种大跨钢管混凝土拱桥时变可靠度预测 方法， 其包括如下步骤： S1、 预先 获取大跨钢管混 凝土拱桥CFST拱肋钢管的材料退化规律； S2、 确 定服役内各时段CFST承载能力时变可靠度； S3、 确定服役内各时段CFST正常使用时变可靠度； S4、 建立基于 材料退化 分析的CFS T时变可靠度预 测模型； S5、 根据可靠度预测模型对大跨钢管混 凝土拱桥时变可靠度进行预测。 本发 明还提供一 种大跨钢管混凝 土拱桥时变可靠度预测系统。 权利要求书3页 说明书9页 附图1页 CN 114154221 A 2022.03.08 CN 114154221 A 1.一种大跨钢管混凝 土拱桥时变可靠度预测方法， 其特 征在于， 其包括如下步骤： S1、 预先获取大跨钢管混凝 土拱桥CFST拱肋钢管的材 料退化规律； S2、 确定服役内各时段CFST承载能力时变可靠度； S3、 确定服役内各时段CFST正常使用时变可靠度； S4、 建立基于材 料退化分析的CFST时变可靠度预测模型； S5、 根据可靠度预测模型对大跨钢管混凝 土拱桥时变可靠度进行 预测。 2.如权利要求1所述的大跨钢管混凝 土拱桥时变可靠度预测方法， 其特 征在于， 所述步骤S1包括： 通过分析现场测试与材料性能相关的参数， 结合材料性能试验， 得到 拱肋钢管锈蚀速率及预测公式， 锈蚀拱肋钢管的力学性能退化 规律； 所述通过分析现场测试与材料性能相关的参数包括： 结合在役CFST获取材料性能、 构 件抗力相关的参数， 至少包括拱肋钢管锈蚀主 要分布部位， 锈蚀深度与面积。 3.如权利要求2所述的大跨钢管混凝 土拱桥时变可靠度预测方法， 其特 征在于， 所述步骤S2包括： 采用时间离散法， 根据构件抗力变化规律特点划分时间段， 每若干年分为一个时间段； 基于拱肋钢 管锈蚀速率及预测公式， 锈蚀拱肋钢 管的力学性能退化规律， 计算各个分散的 时间点拱肋钢管混凝土组合轴心 抗压强度退化值， 分别建立承载能力极限状态下单管拱肋 轴心受压、 单管拱肋偏心受压、 桁式拱肋轴心受压、 桁式拱肋偏心受压承载能力时变可靠度 的功能函数， 采用蒙特卡罗法分别得到拱肋各个控制截面的相应可靠度， 并比较取各截面 可靠度的最小值作为各时段的可靠度。 4.如权利要求3所述的大跨钢管混凝 土拱桥时变可靠度预测方法， 其特 征在于， 所述步骤S3包括： 分别建立钢管和混凝土应力以及主拱圈变形正常使用极限状态的功能函数， 采用蒙特 卡罗法得到各时段CFST拱肋正常使用极限状态可靠度。 5.如权利要求 4所述的大跨钢管混凝 土拱桥时变可靠度预测方法， 其特 征在于， 所述步骤S4包括： 基于最小二乘法原理， 对单管拱肋轴心受压、 单管拱肋偏心受压、 桁式拱肋轴心受压、 桁式拱肋偏心受压在不同计算模式下的拱肋极限承载能力可靠度指标随时间的变化曲线 进行拟合得到其函数， 分别得到不同计算模式下的拱肋承载能力极限状态时变可靠度预测 模型； 基于最小二乘法原 理， 对钢管和混凝土两者的应力以及主拱圈变形在不同计算模式下 的正常使用极限状态可靠度指标随时间的变化曲线进 行拟合得到其函数， 分别得到不同计 算模式下的拱肋正常使用极限状态可靠度预测模型。 6.如权利要求5所述的大跨钢管混凝 土拱桥时变可靠度预测方法， 其特 征在于， 所述步骤S4中所述基于最小二乘法原理， 对单管拱肋轴心受压、 单管拱肋偏心受压、 桁 式拱肋轴心受压、 桁式拱肋偏心受压在不同计算模式下的拱肋极限承载能力可靠度指标随 时间的变化曲线进行拟合得到其函数， 分别得到不同计算模式下的拱肋承载能力极限状态 时变可靠度预测模型包括： 所述分别建立承载能力极限状态下单管拱肋轴心受压、 单管拱肋偏心受压、 桁式拱肋 轴心受压、 桁式拱肋偏心受压承载能力时变可靠度的功能函数包括：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114154221 A 2单管拱肋轴心受压承载能力极限状态时变可靠度的拟合曲线方程如下： 其中， t为桥梁服役年限； 参数a1～a5、 b1～b4为多项式系数， R1、 R2为相关系数； a1＝ 6.0193； a2＝1.24384； a3＝‑0.31758； a4＝0.03368； a5＝‑0.00128； R1＝0.9998； b1＝7.962e + 00； b2＝‑0.0336e+00； b3＝‑1.175e‑04； b4＝9.8864e‑07； R2＝0.9889； (2)以单管拱肋偏心受压承载能力极限状态时变可靠度的拟合曲线方程如下： 其中， t为桥梁服役年限； 参数a1～a5、 b1～b4为多项式系数， R1、 R2为相关系数； a1＝ 5.8411； a2＝1.25091； a3＝‑0.31921； a4＝0.03384； a5＝‑0.00128； R1＝0.9979； b1＝7.9288e +00； b2＝‑0.04196e+0 0； b3＝‑5.407e‑06； b4＝4.404e‑07； R2＝0.9897； (3)以桁式拱肋轴心受压承载能力极限状态时变可靠度的拟合曲线方程如下： 其中， t为桥梁服役年限； 参数a1～a5、 b1～b4为多项式系数， R1、 R2为相关系数； a1＝ 5.9901； a2＝0.9318； a3＝‑0.23499； a4＝0.02463； a5＝‑9.2818e ‑04； R1＝0.9869； b1＝ 7.5878e+0 0； b2＝‑0.0401e+0 0； b3＝‑2.093e‑05； b4＝5.841e ‑07； R2＝0.9995； (4)以桁式拱肋偏心受压承载能力极限状态时变可靠度的拟合曲线方程如下： 其中， t为桥梁服役年限； 参数a1～a5、 b1～b4为多项式系数， R1、 R2为相关系数； a1＝ 5.5311； a2＝0.92566； a3＝‑0.23263； a4＝0.0243； a5＝‑9.1386e ‑04； R1＝0.9879； b1＝ 7.1653e+00； b2＝‑0.0451e+0 0； b3＝‑4.827e‑05； b4＝3.3564e‑07； R2＝0.9994； 所述步骤S4中基于最小二乘法原 理， 对钢管和混凝土两者的应力以及主拱圈变形在不 同计算模式下的正常使用极限状态可靠度指标随时间的变化曲线进行拟合得到其函数， 分 别得到不同计算模式下的拱肋正常使用极限状态可靠度预测模型包括： 以正常使用极限状态下 拱肋钢管应力为指标的时变可靠度的拟合曲线方程如下： 其中： t为桥梁服役年限； 参数b1～b4为多项式系数， R为相关系数； b1＝2.9298e+00； b2 ＝‑0.00687e+00； b3＝3.544e‑05； b4＝‑1.6723e‑07； R＝0.98 89； 以正常使用极限状态下混凝 土应力为指标的时变可靠度的拟合曲线方程如下： 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114154221 A 3