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基于SHMS的大跨度悬索桥超宽钢箱梁温度场分析
| 论文题名： | 基于SHMS的大跨度悬索桥超宽钢箱梁温度场分析 |
| 关键词： | 悬索桥;钢箱梁;超宽钢箱梁;SHMS;横向温差模型;拉丁逆变换抽样 |
| 摘要： | 桥梁作为跨越山涧的首选结构，在神州大地上正以每年万计的速度递增。然而，桥梁结构在长期运营过程中，会受到包括温度荷载在内的各种环境不利因素影响，严重威胁到桥梁结构的健康状态和人身安全。基于结构健康监测系统(StructuralHealthMonitoringSystem,SHMS)开展桥梁结构的温度场分析，已受到国内外研究者的广泛关注，并基于理论分析、数值模拟、现场实测等方法进行了相关研究，但还面临着结构形式愈加复杂、地域气候多样和数据挖掘不充分等问题。基于此，本文以桥梁SHMS长期监测数据为基础，对华南地区某大跨度（主跨1200m）悬索桥超宽钢箱梁（宽49.7m）温度场特性展开了实测分析，并结合实测结果与有限元方法为该桥梁设置了多级挠度、应变阈值线，最后基于特性分析结果与数学理论建立了一种温度场全寿命周期样本序列模拟方法，为大跨度悬索桥超宽钢箱梁全寿命周期状态评估提供了数据基础。本文主要工作及成果如下： （1）利用最小二乘法和假设检验法对实测温度、温差进行了统计特性分析，然后采用极值分析法计算了不同重现期的温度、温差标准值，结合相关性分析法和最不利组合法得到了极端温度作用下超宽钢箱梁的温差分布模型。研究表明：超宽钢箱梁实测横向温差高达15.28℃，竖向温差超过《公路桥涵设计通用规范》值；采用混合多峰高斯分布拟合的温度、温差概率密度模型效果较好；分析得到具有‘M’和‘W’两种形状特征的超宽钢箱梁顶板横向温差分布模型。 （2）利用ABAQUS软件建立了超宽钢箱梁节段精细化模型，分析了一年内各季度极端温度天气下日照温度场特征，并基于超宽钢箱梁对温度敏感性特点，利用Midas/Civil软件分析了多时间尺度最不利温度荷载与活载组合工况下的挠度、应变响应。结果表明：有限元模型整体模拟效果较好，超宽钢箱梁横向及竖向均存在不均匀温差结果；不同季节最不利温度荷载与活载组合下悬索桥挠度、应变阈值不同，并基于计算结果为该桥建立了挠度、应变响应的三级预警机制。 （3）基于实测数据概率密度统计特征，并结合逆变换和拉丁超立方抽样理论，提出了一种可用于复杂概率密度统计模式下模拟超宽钢箱梁全寿命周期温度场样本序列的方法。结果表明：基于拉丁逆变换抽样方法和温度特征重调方法，在保证最大误差5%的前提下，可较好地模拟超宽钢箱梁的全寿命周期温度场。 |
| 作者： | 黄进 |
| 专业： | 土木工程;桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 王旭 |
| 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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