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基于影响线的中小跨桥梁模型修正及其承载力评估方法研究
| 论文题名： | 基于影响线的中小跨桥梁模型修正及其承载力评估方法研究 |
| 关键词： | 装配式板梁桥;承载能力;模型修正;影响线 |
| 摘要： | 在役中小跨桥梁在长期荷载、环境因素、材料老化的作用下，不可避免的出现结构损伤和抗力退化。如何快速、有效的对桥梁开展承载能力评估，是桥梁检测工作迫切需要解决的难题。本论文聚焦量大面广的中小跨桥梁，基于现场实测的响应影响线对桥梁有限元模型进行修正，获得能够代表桥梁实际承载能力的有限元模型，继而基于修正模型实现对桥梁的承载能力评估。本文依托于国家自然科学基金面上项目（52078102）：基于空间响应特征反演的装配式板梁桥接缝损伤量化辨识研究，主要研究工作如下： （1）基于MATLAB平台对影响线模型修正方法编程实现。对影响线模型修正的目标函数、参数选择、优化算法及评价指标进行了梳理；采用空间梁单元、板壳单元和弹簧单元编写了桥梁影响线通用计算程序，与商业软件ANSYS的求解结果进行对比，验证了通用程序的正确性；将模式搜索算法引入影响线模型修正，以钢-混组合梁桥算例与遗传算法进行对比，验证了模式搜索算法的全局优化及收敛快的优势；介绍了影响线模型修正方法的MATLAB脚本功能及其实现方法，并给出中小跨桥梁影响线有限元模型修正的流程及框架。 （2）基于影响线对损伤下的典型中小跨桥梁有限元模型修正进行研究，以空心板梁桥和钢-混组合梁桥为例进行模型修正。通过对比几种常见虚拟横梁取值方法与实体模型求解结果的差异，给出了虚拟横梁刚度取值方法，并提出了铰缝损伤的优化指标。给出了空心板梁桥在铰缝损伤下的有限元模型修正方法，该方法先通过影响线对铰缝损伤进行定位，再以铰缝两侧的相对位移影响线残差构建目标函数对损伤的空心板梁桥有限元模型进行修正，并以多条损伤铰缝数值算例验证了该方法的有效性。最后采用实测影响线对剪力键退化下的钢-混组合梁桥模型修正进行了分析，通过偏心梁单元的方式模拟钢梁-混凝土板之间的剪力传递，以影响线残差构建目标函数对钢-混组合梁桥进行了有限元模型修正。 （3）基于修正得到的桥梁有限元模型引入拟荷载试验的承载力评估方法。从承载力评估公式、荷载评定等级、活载模型等多个方面对比了中美两国承载力评估方法。在修正模型的基础上，引入了拟荷载试验法，并以修正后获得的既有接缝损伤空心板梁桥为例，通过布置荷载工况虚拟加载得到结构校验系数；结构校验系数小于1表明空心板梁桥承载能力好于理论状态。此外，对钢-混组合梁桥采用美国LRFR法进行分级评定，验证了基于修正模型的拟荷载试验法对钢-混组合桥梁承载力评估的适用性。 |
| 作者： | 甘勇俊 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 杨东辉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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