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原文传递超长服役期钢斜拉桥拉索体系性能评估及加固关键技术研究

论文题名：	超长服役期钢斜拉桥拉索体系性能评估及加固关键技术研究
关键词：	钢斜拉桥;拉索体系;性能评估;桥梁加固;有限元模型
摘要：	斜拉桥在经历超长服役期后，由于自身材料性能的退化以及外界环境因素的侵蚀作用，各部分构件将会出现不同程度的损伤，使其处于带缺陷工作状态。病害问题大大降低了斜拉桥运营的安全性和耐久性，使其无法达到预期的设计使用年限，需要对其进行不同程度的加固维修工作。本文针对超长服役期钢斜拉桥拉索体系性能评估及加固关键技术展开研究，构建了一套桥梁状态评估-仿真模型建立-力口固方案选择-线形优化提升的斜拉桥成套维修加固技术流程。在保障桥梁安全运营的前提下对斜拉桥服役状态进行全面系统评估，并选择加固效果好、施工风险低的最优加固方案，保障了超长服役期钢斜拉桥的加固效果，提高了施工过程中的安全性。形成的成套加固关键技术成功应用于某超长服役期钢斜拉桥的维修加固工程中，可为国内外同类型的桥梁加固工程提供参考。主要研究内容及结论如下: 　　(1)基于传统斜拉索性能评估体系的建立方式，提出以斜拉索索力评估为先决条件的分步评价体系:首先进行考虑变异系数、趋势因子的斜拉索索力评估，使斜拉索索力成为评价拉索系统安全状态的先决条件，判断是否亟需进行斜拉索更换工程;必要时进行基于AHP-模糊综合评价法的拉索防护系统损伤情况、减震器损伤情况和锚固系统损伤情况评估，进一步确定是否需要更换斜拉索。该评价体系可对在役桥梁是否亟需进行斜拉索更换工程作出快速决断，有效避免了其他评价方式耗时较长所带来的潜在风险;并在保证桥梁安全运营的基础上对拉索体系进行深度综合评价，系统地对在役桥梁的拉索体系进行了评估。将本文提出的评价体系应用于某超长服役期钢斜拉桥拉索体系评估中，得出了需要进行更换全桥斜拉索的结论。　　(2)依托某超长服役期钢斜拉桥，开展有限元模型修正技术研究，提出了一种两阶段模型修正技术:第一阶段对待更新参数进行敏感性分析，选取主要更新参数，并基于实测数据将模型修正过程转化为多目标优化问题，采用NSGA-Ⅱ遗传算法求解;第二阶段采用ELECTRE-Ⅲ方法对第一阶段得到的最优解集组合进行排序，最终确定修正结果。采用上述两阶段模型修正技术，大大减小了FEM运行结果与实测数据之间的误差，提高了FEM的计算精度。　　(3)对某超长服役期钢斜拉桥维修加固过程中的斜拉索、螺栓更换工程展开分析，根据不同施工工况下的斜拉桥结构响应，选择对主梁应力、变形扰动最小的斜拉索和螺栓更换方案。研究结果表明，虽然索力完全卸载后位移、桥塔偏位和应力等指标变化量相同，但采用上、下游相同位置拉索各自初索力均值作为基准进行分级放张相较于各自索力为基准值进行放张，上述参数变化更为均匀，放张施工过程更为稳定，综合考虑施工进度及施工组织方案，该超长服役期钢斜拉桥拟采用工况2所示换索方案;工况1螺栓拆卸方案(双侧同时顺序拆卸)下的结构应力响应最平稳、应力水平最低，拟作为该超长服役期钢斜拉桥主桥维修加固工程中的螺栓更换方案。　　(4)类比新建斜拉桥二次调索工程，针对某超长服役期钢斜拉桥初步维修加固后线形不平顺等问题，基于超长服役期钢斜拉桥主梁线形优化控制目标，开展斜拉桥索力调整方案研究工作。采用指定结构状态的优化思路，以改善局部线形不平顺和大范围内线形偏差为目标，同时考虑主梁、桥塔和斜拉索等关键构件的内力和位移响应，开展斜拉索索力更新迭代优化分析，逐步缩小二次调索后的成桥状态与指定结构状态之间的差距，并取得该工况下的索力组合以指导该超长服役期钢斜拉桥二次调索施工。
作者：	邱凯
专业：	结构工程
导师：	王有志
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2022