【博士】纜索承重橋梁結(jié)構狀態(tài)評估關鍵問題研究【2009】

內(nèi)容簡介

　　學科專業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：同濟大學土木工程學院　　學位年度： 2009年　　纜索承重橋梁是大跨度橋梁的主要橋型，與其他橋梁不同，纜索承重橋梁有其獨特的梁、塔及纜索結(jié)構，受力狀態(tài)復雜。該類橋梁常常是交通要道，受環(huán)境和荷載影響，容易遭受腐蝕損傷和疲勞累積損傷，威脅大橋運營安全。結(jié)構健康監(jiān)測技術是保障大型橋梁運營安全的有效手段之一，基于健康監(jiān)測的橋梁結(jié)構安全評估理論也是近年來土木工程領域研究的熱點問題。本文緊密結(jié)合珠江黃埔大橋南北汊主橋(一座懸索橋、一座斜拉橋)工程需要，針對纜索系統(tǒng)狀態(tài)評估中的若干關鍵問題進行了較為系統(tǒng)的研究，內(nèi)容包括索力計算方法、傳感器優(yōu)化、評估模型的修正等，在此基礎上提出了實用的健康狀況評估方法，編制了健康狀態(tài)監(jiān)測評估系統(tǒng)。本文主要研究內(nèi)容包括：　　首先，考慮抗彎剛度對短索索力的計算影響，推導了短索抗彎剛度對索力的影響條件，并通過實際橋梁計算和測試予以驗證?！　∑浯?，考慮短索計算理論和實際結(jié)構在邊界約束條件上的差異，推導了鑒于簡支和固定兩種邊界條件之間約束條件的索力計算公式?！　〉谌?，較為系統(tǒng)的研究了懸索橋纜索系統(tǒng)索力計算方法，特別針對懸索橋帶減振架和固定架的吊索結(jié)構，采用有限元法進行計算，并通過試驗驗證；根據(jù)吊索計算結(jié)果，通過截面法計算主纜纜力?！　〉谒?，基于橋梁健康監(jiān)測評估的需要，橋梁建成時需要有一個能更接近于實橋的健康監(jiān)測評估基準模型。本文提出了纜索承重橋梁有限元基準模型分步修正方法。修正方法為：確定需要修正的參數(shù)，然后分析參數(shù)對動力特性的敏感性，確定分布修正狀態(tài)，提出誤差函數(shù)(位移差函數(shù)、特征頻率差函數(shù)和平均頻差函數(shù))和收斂準則，通過迭代計算完成修正。并用該方法進行了實橋計算。　　第五，提出了采用二次拋物線擬合目標截面誤差最小準則的靜力傳感器優(yōu)化方法，即通過已知截面結(jié)構受力狀態(tài)(通過靜力傳感器測試)，采用二次拋物線擬合未知截面的受力狀態(tài)，選擇目標截面的撓度作為優(yōu)化目標，推導了優(yōu)化目標截面的撓度函數(shù)和誤差傳遞函數(shù)，以誤差傳遞函數(shù)最小為目標來優(yōu)化傳感器的布置，并采用遺傳算法進行了實橋計算。　　第六，利用健康監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)和日常巡檢數(shù)據(jù)，采用變權層次分析法，提出了纜索承重橋梁綜合量化評估體系。本系統(tǒng)根據(jù)評估目標不同分為兩個評估系統(tǒng)一一以指導橋梁日常養(yǎng)護為目標的基于監(jiān)(檢)測數(shù)據(jù)的纜索承重橋梁狀態(tài)評估和以橋梁承載能力為目標的基于監(jiān)(檢)測數(shù)據(jù)的纜索承重橋梁　　承載能力評估，并分別對一座懸索橋進行了評估計算?！　∽詈?，基于上述研究內(nèi)容，建立了纜索承重橋梁的健康監(jiān)測評估系統(tǒng)。　　

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