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原文传递大跨径预应力混凝土中央索面斜拉桥断索响应分析

论文题名：	大跨径预应力混凝土中央索面斜拉桥断索响应分析
关键词：	中央索面斜拉桥;预应力混凝土结构;断索定位;动力响应
摘要：	中央索面斜拉桥因其通行能力强、外观优美、受力合理等优点成为最受欢迎的大跨桥梁结构形式之一。斜拉索作为斜拉桥的主要传力构件，对整个结构起着“承上启下”的重要作用，是保证整体结构受力安全、正常通行的重要命脉。拉索会由于火灾、爆炸、撞击、拉索腐蚀疲劳等原因突然断索，引起结构产生动力响应，导致结构发生变化，影响结构受力，并且对于整个结构而言断索位置具有广泛的随机性。因此本文以断索定位作为出发点，通过引入SVM-GA-PSO算法计算各拉索可靠度指标确定断索位置，并在此基础上展开对大跨径预应力混凝土中央索面斜拉桥断索响应分析。　　具体研究内容如下：　　1、断索动力分析方法及相关参数的确定。以双塔中央索面对称分布的斜拉桥为例展开断索后结构的动力响应理论分析，详细分析有限元软件中动力方程建立、动力特征值求解及动力学方程求解的基本原理，对常用的两种断索动力分析有限元模拟方法进行对比，最终选用“半动力”模拟法实现斜拉桥拉索断索响应分析，并给出分析过程。　　2、详细阐述SVM结构以及构造并分析SVM-GA-PSO算法的工作原理，验证该算法的可靠性，并给出基于SVM-GA-PSO算法断索定位流程。验证表明该方法准确可靠，且结合了SVM响应面法小样本学习能力、拟合精度高和PSO算法搜索能力强、收敛快的优点，能很好的解决隐式功能函数求解可靠指标不收敛的问题，可以用于实际工程可靠度的分析。　　3、基于SVM-GA-PSO算法断索定位。针对实际工程建立有限元模型，采用本文提出的SVM-GA-PSO算法对一座大跨度斜拉桥的拉索进行了基于应力控制的可靠度分析，并依据可靠度指标定位断索位置。结果表明，靠近桥塔的拉索的可靠度指标值比较大，远离桥塔的拉索比较小；在跨中附近的56#、57#、58#三个编号的拉索可靠度指标较低，因此在同样发生火灾、爆炸、撞击、拉索腐蚀疲劳等极端情况下56#、57#、58#拉索相对于其他拉索更容易出现断索现象。　　4、根据实际工程建立有限元模型，对某大跨径预应力混凝土中央索面半漂浮体系斜拉桥进行断索响应分析。结果表明，断索对其临近的第一根拉索索力影响最大，最大动力放大系数大于美国PTI中对于斜拉桥推荐的2.0，动力响应不可忽略；在中跨附近发生断索时，中跨跨中主梁截面内力变化最大，断索处截面内力动力响应最大，截面内力的动力响应随着到断索处位置距离的增大有减小的趋势，断索的动力冲击作用对主梁截面剪力的影响较大；中跨附近拉索断索时，对于索塔塔底顺桥向弯矩影响较大，并且锚固断索拉索一侧索塔塔底顺桥向弯矩在断索后会产生较大的动力响应，非断索拉索锚固侧索塔塔底顺桥向弯矩振基本不受断索冲击动力作用的影响；在需要考虑断索冲击效应及恒载作用下的结构的受力情况时可以采用放大系数乘以受损结构在恒载作用下的静力计算结果进行简化计算。
作者：	丁开
专业：	建筑与土木工程
导师：	刘来君
授予学位：	硕士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2021