斜拉索腐蚀损伤下斜拉桥体系可靠度研究

拉索腐蚀疲劳累积损伤是威胁斜拉桥运营安全的关键因素,导致斜拉桥运营期的换索次数多且换索成本高。为了准确评定斜拉索腐蚀疲劳损伤对斜拉桥结构安全的影响,从结构体系可靠性角度探索拉索腐蚀疲劳损伤的概率传递模型。分析了斜拉索腐蚀疲劳损伤对结构体系可靠度的影响规律,从而为换索决策提供依据。研究结果表明,疲劳和疲劳腐蚀效应共同作用下的拉索在20 a服役期内的强度系数分别为0.928和0.751,斜拉索抗力退化将导致斜拉桥主要失效路径变化,主梁索间距为30 m的斜拉桥在服役期的13 a,主要失效模式从由主梁弯曲失效转移至斜拉索强度失效,导致后期的结构体系可靠指标快速下降。     

基于实测车流的中小跨径桥梁车载动力效应极值研究

为评估现有车辆荷载作用下中小跨桥梁的安全水平,提出了车辆荷载冲击作用下桥梁效应极值外推方法。基于高速公路车辆动态称重数据,研究了简支T梁桥的车载动力效应极值,校验并评估了现有车辆荷载作用下中小跨桥梁的安全水平。研究结果表明:基于实测数据的随机车流模型融入了车辆的概率信息,为桥梁车载动力效应极值的概率外推提供了有利条件;欧洲与英国规范的设计车辆荷载效应的重现期远大于美国和中国设计规范;随着桥梁跨度的增加,欧洲与美国荷载模型的重现期随着桥梁跨度的增加而减小,英国荷载模型随桥梁跨度的增加呈先增加后减小的趋势,中国荷载模型的重现期随桥梁跨度增加而增加。     

基于混合算法的大跨度斜拉桥可靠度评估

为研究大跨度顸应力混凝土(PC)斜拉桥的可靠度评估问题,提出了适用于大跨度PC斜拉桥这类复杂结构可靠性分析的混合算法.该方法综合运用了有限元分析(FEA)、径向基函数(RBF)神经网络、遗传算法(GA)和Monte Carlo重要抽样(MCIS)方法,并对算法中的关键步骤(RBF神经网络的初始样本点设计方法、MCIS的抽样中心点位置等)进行了改进,使结构分析模块与可靠度计算模块智能结合.利用数值算例的可靠度分析对该算法的有效性进行了验证.最后,以一座主跨为420 m的双塔PC斜拉桥为工程背景,进行了正常使用极限状态下的可靠度分析.参数分析表明:在汽车荷载作用下,该斜拉桥的主梁跨中位移超限失效概率比最长斜拉索强度失效概率高;汽车荷载的均值和标准差是影响斜拉桥可靠度的重要因素;随着汽车荷载均值系数的增大,主梁跨中位移超限失效的可靠指标下降的趋势较为显著.     

基于响应面法的连续刚构桥梁体系可靠度分析

为了解决分析桥梁结构可靠度时功能函数不存在显式的问题,在现有响应面法的基础上,提出了改进的响应面法;利用有限元软件,对某高墩大跨连续刚构进行了受力分析;选取压应力、拉应力和稳定性失效3类失效模式,在改进的响应面法基础上,利用编程软件MATLAB,实现连续刚构桥梁体系可靠度的计算.算例分析表明,该方法迭代次数少,效率较高,可实现连续刚构桥功能函数重构和体系可靠度计算.     

实测车流作用下大跨桥梁荷载效应极值外推法

提出多种密度随机车流作用效应极值的概率叠加方法, 外推了公路实测车流作用下大跨桥梁的车载效应极值; 阐述了基于Rice公式的界限跨阈率叠加原理, 并验证了其正确性; 基于中国某高速公路长期监测车流数据模拟了稀疏、一般和密集3种状态的随机车流, 应用界限跨阈率叠加模型估算了某混凝土斜拉桥主梁的最大弯矩。研究结果表明: 根据某高速公路实测车流数据, 稀疏、一般、密集车流密度分别约为1.7、5.0、8.3veh·min-1;在数值算例中, 车辆质量为45t车型占有率由0增加至80%导致最大车辆质量仅下降1.2%, 而车辆质量为50t的车型占有率由0增加到20%导致最大车辆质量增加14.4%, 说明多个平稳随机过程组合而成的非平稳随机过程的极值主要是由数值较大的随机过程决定; 采用跨阈率叠加方法对某混合车流车辆最大质量的外推误差为2.55%, 验证了将实际混合车流数据进行“车流离散”和“极值概率叠加”后得到的车载效应极值的方法的可行性; 密集车流占有率从0逐渐增加至5%导致斜拉桥主梁弯矩极值增幅为33.45%;某斜拉桥设计年限内的年均交通量增长率为2.8%, 对应的主梁跨中正弯矩极值超越设计标准值的概率为0.83, 高于设计要求, 需对桥梁车流量采取管控措施。      

高墩大跨连续刚构桥的行车舒适性研究

桥梁不仅要满足行车要求,还必须满足行人和车辆通过时的舒适度要求,评价行车舒适性的标准一般基于车体的振动加速度。该文根据空间整车模型,得到车桥耦合的运动微分方程并编制了车桥耦合分析程序,计算了车辆过桥时车体各个方向的加速度响应;然后把可靠度与行车舒适性结合起来,以ISO 2631指标中的加速度上限值为破坏限值来拟合某一舒适性等级的极限状态方程,根据调查统计得到随机车流的参数分布特征,以某一高墩大跨桥为例,从可靠度角度评价车辆在该桥行驶过程中的舒适性。     

基于压电陶瓷波动法的预制拼装结构界面损伤识别研究

针对因荷载及环境等多因素影响下预制拼装结构中拼缝界面出现脱黏、滑移、分离等问题,提出了一种基于压电陶瓷波动法的预制拼装结构界面损伤识别方法。该文设计并制作了一个预制拼装试件,将压电陶瓷通过水泥浆进行封装并预先埋置在试件内部作为驱动器与传感器,再利用千斤顶给试件施加剪切力模拟试件剪切破坏,运用压电陶瓷波动法的结构健康监测原理及均方根偏差RMSD(Root Mean Square Deviation)公式,定义了预制拼装结构界面的损伤指标DI(Damage Index),通过监测预埋在预制拼装试件中的智能骨料SA(Smart Aggregate)的频谱值变化规律,并对比预制拼装试件的健康状态工况、轻度损伤状态工况及重度损伤状态工况下的小波包能量值与损伤指数。试验结果表明:预制拼装结构界面损伤指数DI会因界面损伤程度增加而增大,且能有效地量化预制拼装结构的损伤程度。上述研究成果验证了压电陶瓷波动法在监测预制拼装结构界面损伤的可行性。     

冈管混凝土组合高墩连续刚构桥体系可靠指标计算方法

钢管混凝土组合高墩连续刚构桥体系可靠度计算存在钢管混凝土组合高墩受力分析复杂,连续刚构桥梁失效模式较多,其功能函数不存在显式等问题.采用MIDAS有限元软件对结构进行较准确的模拟和受力分析,然后根据分析结果选取最高墩的稳定性失效和关键截面的拉、压应力失效模式.在MATLAB语言的平台上利用二次序列响应面法将隐式功能函数...     

随机车流作用下拱桥荷载效应极值外推与校验

为了研究实际车流作用下既有桥梁的安全水平,提出基于随机车流模型的桥梁车载效应极值外推方法,并采用长期模拟数据校验外推极值的精度。以典型数值算例为例验证了所提方法的有效性,并由拱桥的算例分析验证了该方法的适用性。研究结果表明:随机车流荷载模型融入了实际车流的概率特征,可用于生成桥梁车载效应极值概率模型所需的大量样本数据;基于广义极值分布函数的外推结果精度与拟合样本点时长有关,在样本点时长大于外推时长时方可保证外推结果误差为1%;交通量增长对桥梁车载效应极值外推有较大的影响,某拱桥的日交通量年增长系数为6%,导致最大值增长幅度为9.5%。