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原文传递基于应变极值估计的桥梁车辆荷载与温度效应分析

论文题名：	基于应变极值估计的桥梁车辆荷载与温度效应分析
关键词：	大跨度桥梁;车辆荷载;温度效应;应变极值
摘要：	车辆荷载与温度作用是桥梁结构使用过程中承受的主要荷载，是影响桥梁安全运营的关键因素。因此对桥梁的车辆荷载及温度效应进行长期监测，并据此估计出服役期间的最大荷载效应非常重要。目前针对车辆荷载的分布模型和车辆对桥梁的荷载效应研究较多，对温度的研究主要集中在温度的分布，而温度对桥梁的长期荷载效应研究较少，车辆和温度共同作用对桥梁的荷载效应研究不足。　　本文基于安徽省太平湖大桥健康监测系统主梁应变长期监测数据，采用极值统计理论，应用信号分解方法，对太平湖大桥实测应变信号中的车辆荷载效应与温度效应进行分离，分别建立其应变峰值的概率模型，估计桥梁剩余服役期内主梁各测点分别在车辆荷载、温度作用以及二者共同作用下的应变极值。估计结果可为桥梁的安全评估及可靠性研究提供依据，对相同地区新建桥梁的荷载设计标准也具有较好的参考意义。　　论文的主要研究工作和结论包括: 　　1.分别采用模拟退火算法和极大似然估计法，对广义Pareto分布的参数进行估计，结果表明模拟退火算法的估计结果相较于极大似然估计法更为精确，但计算时间是后者的百倍甚至上千倍，因此当样本数量较少，可优先采用模拟退火算法估计广义Pareto分布参数，而对多组样本则优先采用极大似然估计法，以实现更高效率。　　2.采用解析模态分解法和l1趋势滤波，对太平湖大桥应变信号中的车辆荷载效应与温度效应进行分离，并从分离效果及计算时间两个方面对两种方法进行讨论，对于短时间内应变信号的分解，两种方法都可以采用，但对于长期应变信号的分解则建议采用解析模态分解法。　　3.桥梁实测应变峰值不服从正态分布、对数正态分布、Weibull分布、伽马分布和极值Ⅰ型分布等五种常见分布，1个Weibull函数与两个高斯函数加权的混合分布和广义Pareto分布均能地较好拟合应变峰值的右尾数据。对车辆荷载效应右尾数据截口分布的选取，广义Pareto分布需要拟合参数远少于混合分布，计算过程更为简单，因此广义Pareto分布更为合适。　　4.针对桥梁长期应变的特点，提出了一种基于阈值—估计极值期望关系曲线图的阈值选取方法，并利用实测应变数据进行了验证，结果表明相较于常用的阈值选取方法，本文方法所得阈值估计的周应变极值与实测结果更为接近，估计结果更好。采用过阈法估计了太平湖大桥主梁各测点剩余服役期内车辆荷载作用下的应变极值。　　5.建立了环境温度变化与各测点温度应变的相关关系，利用平均条件穿越率方法，估计了桥梁剩余服役期内各应变测点分别在温度作用以及二者共同作用下的应变极值。结果表明，温度变化引起的应变极值期望约为车辆荷载作用下应变极值期望的2～3倍，二者共同作用下的应变极值期望与温度单独引起的应变极值期望比较接近。
作者：	阳霞
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	任伟新
授予学位：	博士
授予学位单位：	合肥工业大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文