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原文传递高速铁路大跨拱桥吊杆的振动分析与安全评估研究

论文题名：	高速铁路大跨拱桥吊杆的振动分析与安全评估研究
关键词：	高速铁路拱桥;吊杆;振动监测;疲劳损伤;安全评估
摘要：	随着中国高速铁路的飞速发展，高速铁路桥梁的运营安全逐渐受国内外学者的关注。由于高速铁路列车荷载大和行车速度高，导致桥梁振动响应显著，尤其对于大胜关大桥这类拱桥的吊杆会造成明显的振动响应，进而引起吊杆的振动疲劳问题。吊杆是拱桥的主要受力构件，其安全性直接影响拱桥结构的安全性和耐久性，拱桥吊杆的振动疲劳问题是拱桥的主要病害之一，有必要对大胜关大桥这一类特殊桥型的吊杆开展长期振动监测与安全评估。本文以南京大胜关长江大桥吊杆为研究对象，开展了高速列车和环境激励共同作用下长吊杆的振动分析，以及高速列车作用下短吊杆的疲劳评估。本文主要工作和成果如下: 　　(1)基于车致振动长期监测数据开展了高速列车作用下长吊杆振动响应的分析，在此基础上提出了长吊杆振动性能退化预警方法。分析结果表明:长吊杆振幅特性与列车速度之间难以建立有效的相关性模型用以表征列车通过时的长吊杆振动性能;长吊杆振幅受结构温度的影响均较小;相同车厢数下，靠近长吊杆一侧的列车工况下的长吊杆振幅明显大于远离长吊杆一侧的列车工况。而长吊杆振幅受车厢数的影响较小;采用log-logistic分布函数可以较好地描述不同列车工况下长吊杆振幅的概率密度统计特性，在此基础上采用t检验的方法对长吊杆振动性能进行长期退化预警。　　(2)基于环境激励下振动长期监测数据展开了长吊杆的振幅和振动频率分析，在此基础上提出了长吊杆振动性能退化预警方法。分析结果表明:长吊杆振幅受结构温度的影响较小;用广义极值分布函数可以较好地描述温度作用下长吊杆振幅的概率密度统计特性，在此基础上直接得出具有相应超越概率的长吊杆振幅，从而设定长吊杆振幅安全预警阂值;长吊杆自振频率与结构温度之间存在较强的相关性，表现出“温度高频率低，温度低频率高”的特征。通过消除结构温度的影响得到环境归一化频率值，在此基础上采用均值控制图法可以较好地识别出长吊杆自振频率的长期变化。　　(3)基于应变长期监测数据开展了高速列车作用下短吊杆的疲劳特性评估。分析结果表明:短吊杆轴向应变极大值、弯曲应变极大值以及轴-弯效应系数均与列车车速相关性不明显。但与列车车厢数以及行驶车道相关，高速列车行驶在与短吊杆越近的车道，车厢数越多，短吊杆所产生的疲劳损伤越大;考虑轴-弯应变的等效应力幅大于仅考虑轴向应变的等效应力幅，同时考虑轴-弯应变下的全年疲劳损伤明显大于仅考虑轴向应变的，说明刚性短吊杆的疲劳分析时需要考虑轴-弯效应。同一车道下，列车车厢数越多，疲劳损伤越大。不同车道下的高速列车通过靠近短吊杆的车道时对短吊杆疲劳损伤的影响较大。研究结果为后续开展短吊杆疲劳设计维护提供了重要依据。
作者：	王超
专业：	建筑与土木工程
导师：	丁幼亮;张宇峰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文