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城市桥梁不确定性有限元模型修正与可靠度评估
| 论文题名： | 城市桥梁不确定性有限元模型修正与可靠度评估 |
| 关键词： | 城市桥梁;梁格法;损伤识别;模型修正;摄动法;可靠度 |
| 摘要： | 在外部荷载和环境侵蚀等因素作用下，运营期桥梁局部构件将发生损伤。桥梁的早期损伤如果没有得到及时的识别与修复，将威胁结构的正常使用，因此对运营期桥梁进行损伤识别与评估意义重大。现有的损伤识别与结构状态评估方法大多未考虑随机参数影响。本文提出了适用于不同类型桥梁的三维有限元梁格分析方法，建立了基于摄动法的桥梁不确定性有限元模型修正与可靠度评估体系。包括以下研究内容： （1）分析不同形式桥梁的力学特征，提出了适用于不同类型桥梁的三维有限元梁格分析方法。通过合理划分梁格位置、选取合适的单元，建立桥梁运营期梁格模型。将上述方法应用于三座不同类型的城市立交桥，通过与精细化模型静动力分析的对比验证了该方法的有效性。 （2）根据梁格法有限元模型静动力计算结果，研究了基于模型修正的损伤识别方法。推导了目标函数关于待修正参数的一阶偏导（即灵敏度矩阵），使用信赖域法更新参数估计值，识别单元损伤。通过两跨数值模型和岱山一桥实际工程算例，分析了模态灵敏度和噪声对模型修正的影响，验证了该方法的可靠性。 （3）推导了损伤识别的零阶摄动方程和一阶摄动方程，对结构损伤识别过程中的误差传递进行定量分析。通过摄动法得到损伤变量的均值和方差，结合两阶段模型修正方法，实现了结构的不确定性损伤识别。通过两跨数值模型和岱山一桥算例，对比摄动法与蒙特卡洛法在工程中的应用效果，验证了该方法的计算精度。 （4）提出一种基于结构可靠度的桥梁服役期安全指标动态更新方法。根据不确定性损伤识别结果，建立包含模型参数和荷载随机性的随机有限元模型。使用改进HasoferLind-RanckwitzFiessler算法，得到近似的失效概率和一阶可靠度指标，实现结构安全指标的动态更新。两跨数值模型和岱山一桥工程算例表明，结构损伤前后可靠度指标下降明显，定量桥梁安全状态变化。 |
| 作者： | 蒋样 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 翁顺 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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