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原文传递慢行系统钢箱梁桥结构可靠度及分项系数研究

论文题名：	慢行系统钢箱梁桥结构可靠度及分项系数研究
关键词：	钢箱梁桥;结构可靠度;分项系数;慢行系统
摘要：	慢行系统是以人行和非机动车作为主要出行方式的城市交通系统，不但能够缓解交通拥堵，还能提供休闲、健身、游赏等多项功能，其中，钢箱梁桥是慢行系统中一种普遍使用的桥梁结构型式。目前，我国慢行系统桥梁结构的设计主要采用《城市人行天桥与人行地道技术规范》（CJJ 69-95），尚无专门针对性的慢行系统相关设计规范。本文以慢行系统简支钢箱梁结构为研究对象，基于概率统计原理，采用数值模拟的方法，研究了其结构的可靠度和分项系数，以期为设计提供参考。本文主要研究方法和结论如下：　　（1）以简支钢箱梁结构为计算模型，采用数值模拟方法，确定了弯曲破坏和剪切破坏的概率控制区域，并据此找出了最危险截面控制位置。研究表明，截面厚度，宽度和高度对结构挠度的影响程度依次递增；依据形状参数对挠度的影响程度，采用层次分析法，计算了弯矩和剪力两大破坏形式的跨度权重；在此基础上，建立了弯曲破坏和剪切破坏基于权重比的破坏值表达式；采用系统层次聚类算法，针对破坏值表达式的量化计算结果，确定了慢行系统简支钢箱梁桥弯曲破坏和剪切破坏的区域，并据此找出了最危险截面控制位置。　　（2）采用蒙特卡洛模拟法对最危险截面控制位置进行抽样分析，并在反推计算得到钢箱梁的钢材容重，人群荷载，非机动荷载以及计算跨度的统计特征值的基础上，建立了慢行系统简支钢箱梁作用效应的极限表达式。最后，通过蒙特卡洛模拟对截面控制位置的内力抽样进行计算分析，建立了慢行系统简支钢箱梁桥以弯矩和剪力为主的极限效应参数统计特征值。　　（3）采用灰色预测模型，研究了结构截面抗力估计值。研究表明，相较第二章计算的极限作用效应值而言，结构截面抗弯估计值的数值提高率为0.38%，结构截面抗剪估计值的数值提高率为0.16%。在此基础上，基于概率统计方法计算得到了慢行系统简支钢箱梁的截面材料抗拉强度，抗剪强度，截面高度以及截面宽度的均值、标准差、变异系数三大统计量值。采用响应面法，建立了抗弯承载力响应面表达式和抗剪承载力响应面表达式，以及相应的均值和方差两大统计特征值的表达式，并据此计算获得了慢行系统简支钢箱梁以抗弯承载力和抗剪承载力为主的结构抗力参数统计特征值。　　（4）考虑结构的安全性和经济性，采用支持向量机，研究了慢行系统简支钢箱梁的目标可靠指标，并与传统的中心点法，设计验算点法和 JC 法进行了对比与分析。研究表明，危险截面构件受弯目标可靠指标的建议值为4.7893，危险截面构件受剪目标可靠指标的建议值为 7.4365。分析表明，支持向量机相对于中心点法，设计验算点法和 JC法，具备更高的安全储备。　　（5）借鉴《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015），建立了带有分项系数的慢行系统简支钢箱梁的实用设计表达式，并采用一次二阶矩法研究了抗力与效应的分项系数。研究结果表明，在所提出的弯矩和剪力的设计表达式中，结构构件抗力分项系数的建议值可分别取1.1001，1.1200；恒载效应分项系数的建议值可分别取1.0500，1.0700；活载效应分项系数的建议值可分别取1.3910，1.4170。
作者：	郑邦国
专业：	建筑与土木工程
导师：	孙卓
授予学位：	硕士
授予学位单位：	广州大学
学位年度：	2022