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考虑构件劣化相关性的钢-混简支梁桥体系可靠度研究
| 论文题名： | 考虑构件劣化相关性的钢-混简支梁桥体系可靠度研究 |
| 关键词： | 钢-混简支梁桥;构件劣化;失效模式;结构可靠度 |
| 摘要： | 同一座桥梁各构件处于相同的服役环境中，构件之间的劣化程度存在相关性，但该劣化相关性对结构可靠性的影响尚不明确。本文以钢-混凝土组合梁桥为研究对象，选择钢梁腐蚀作为研究构件劣化相关性的切入点，探讨构件腐蚀相关性对结构抗力的影响。此外，桥梁是由多个构件按照一定的逻辑关系组成的复杂结构体系，单一构件失效并不意味桥梁整体失效，且桥梁各构件失效模式之间存在非线性相关性。因此，建立构件劣化相关性量化模型，确定构件失效模式相关性，准确求解多个构件联合失效概率，明确该类相关性对结构构件及体系可靠性的影响，对在役桥梁安全评估具有重要意义。 本文采用“Kendall秩相关系数τ表征相关性大小+四种Copula函数描述腐蚀相关性+Gamma随机过程模拟腐蚀增长”的方法进行构件劣化相关性模拟，分别推导了三种失效准则的桥梁失效概率表达式，最终获取了不同相关性下钢-混组合梁桥结构体系可靠度。本文主要研究内容和结论如下： （1）对比不同钢梁腐蚀深度预测模型，基于Gamma随机过程理论建立钢梁腐蚀深度预测模型，对比碳钢在城市大气环境下的腐蚀深度实测值与预测值证明该模型的准确性与适用性，最后使用该模型进行钢梁腐蚀深度的预测。 （2）采用三种不同Kendall秩相关系数τ值表征低、中、高腐蚀相关性，随后使用Gaussian、Clayton、Frank和Gumbel四种Copula函数描述钢梁腐蚀相关性，最后基于Gamma随机过程模型模拟三种腐蚀相关性下钢梁腐蚀深度增长。 （3）基于Copula函数推导了三种不同构件失效与体系失效关系模型的梁桥体系可靠度计算表达式。以某钢-混组合梁桥为算例，通过与宽界限法算得的梁桥体系可靠度进行对比，验证Copula函数方法的正确性。 （4）建立依托工程简支钢-混组合梁桥有限元模型，基于JC法计算各钢梁时变可靠度，然后采用Copula函数法算得不同腐蚀相关性下组合梁桥体系可靠度，通过对比分析研究腐蚀相关性对钢-混组合简支梁桥体系可靠度的影响。 研究结果表明：钢梁腐蚀深度随着腐蚀相关性的增大而逐渐增加；采用不同失效准则计算组合梁桥体系失效概率时，腐蚀相关性对其影响较大，最大失效概率差值为 4.96×10-3；忽略低腐蚀相关性对组合梁桥体系失效概率的影响不显著，但忽略高腐蚀相关性，得到的组合梁桥体系失效概率偏于保守，最大差值为-32.72×10 。 |
| 作者： | 刘霍义 |
| 专业： | 土木工程;结构工程 |
| 导师： | 刘浪 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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