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考虑时变和车桥耦合振动的钢管拱桥吊杆疲劳损伤机理及评估方法研究
| 论文题名： | 考虑时变和车桥耦合振动的钢管拱桥吊杆疲劳损伤机理及评估方法研究 |
| 关键词： | 钢管拱桥;吊杆结构;疲劳损伤机理;时变特征;车桥耦合作用 |
| 摘要： | 钢管拱桥得益于跨越能力大、承载能力高、结构轻巧美观等诸多优点得以快速发展。吊杆是钢管混凝土拱桥受力传递的关键构件，吊杆损伤直接关系到整个钢管拱桥结构的使用安全，但既有钢管拱桥吊杆的寿命普遍较低，尤其在不同时变效应和车桥耦合振动下既有钢管拱桥吊杆性能退化会变得更加严重，加上吊杆损伤相对隐蔽难以识别检查，给既有钢管拱桥的安全运营埋下隐患。为了解不同时变因素和车桥耦合振动的钢管拱桥吊杆疲劳性能，本文选取了七自由度整车模型，并且在车桥耦合振动分析模型中引入功率谱密度函数来模拟桥面平整度变化规律，进而考虑桥面时变。同时利用蒙特卡洛法建立合理有效的车流荷载模型来模拟不同车辆荷载的运动状态，即形成精确的车流荷载谱。本文采用模拟车桥耦合作用的疲劳分析法对实桥工程吊杆的疲劳性能展开研究，通过模拟车辆疲劳荷载谱得到吊杆的应力响应，基于线性疲劳累积损伤理论评估典型吊杆的疲劳损伤，再将吊杆每日疲劳指标通过ARIMA模型拟合回归，预测其变化趋势，然后基于现有和预测数据计算出更真实的吊杆疲劳寿命，最后基于等效应力幅计算疲劳可靠度指标从而对吊杆的健康状态进行评估。本文主要研究的内容如下： 1、建立某钢管混凝土拱桥有限元分析模型得到桥梁的相应模态，选取了典型吊杆作为疲劳损伤分析的研究对象。基于线性疲劳累积损伤理论求出各个吊杆的疲劳损伤值，同时考虑时变因素，分析吊杆疲劳应力和疲劳累计损伤的特征。 2、利用Matlab车桥耦合程序与ANSYS加载分析得到了吊杆的100天的疲劳损伤度作为ARIMA模型的训练样本，基于ARIMA模型和车辆增长因素对吊杆的疲劳寿命进行预测。 3、对车桥耦合作用下的吊杆疲劳荷载谱特征参数进行统计分析，从而对该钢管混凝土拱桥的吊杆进行疲劳可靠性评估分析。 |
| 作者： | 潘金鹏 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 卢彭真 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江工业大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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