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原文传递基于裂缝影响的模糊综合网络混凝土桥塔评估模型

论文题名：	基于裂缝影响的模糊综合网络混凝土桥塔评估模型
关键词：	大跨度斜拉桥;桥塔评估;模糊层次综合法;裂缝影响系数;校验系数;人工智能网络
摘要：	随着世界桥梁数量的急速增长，车流量日益提高，大批桥梁出现超负荷运载、承载能力不足的现象，对此现象，桥梁工程已经由“建设为主”逐渐向“建养并重”转型，目前桥梁常见的评估方法大多以主观赋权法为主，评估结果不准确，难以针对性的对桥梁进行维修养护。因此，如何对现有桥梁进行科学、安全的评估，最大限度的发挥它们的承载能力，已经成为学术界亟待解决的问题之一。本文以某大跨度斜拉桥为工程背景，在总结大跨度斜拉桥桥塔裂缝特征的基础上，确定了以校验系数、模糊数学理论修正的层次分析法和裂缝影响系数为主，数学模型和人工智能网络为辅的桥塔评估方法，并进一步拓展，建立了全桥性能评估模型。本文的研究工作主要有如下几个方面：　　1、分析国内外研究资料，针对大跨度斜拉桥桥塔的典型耐久性问题，将模糊数学理论引入桥梁评定方法中最常用的层次分析法，结合定性分析方法和定量分析方法的优势，创建模糊层次综合法(AHP-FCE)，随后分析了裂缝对桥塔的影响，根据桥梁构件承载力评估准则和校验系数，提出了裂缝影响系数的计算公式，初步建立了基于裂缝影响的模糊层次综合法。　　2、通过某大跨度斜拉桥的荷载试验，基于Revit和Abaqus分别建立了以测点细化为主的局部细节尺度模型、桥塔为主的构件尺度模型和大跨度斜拉桥整体大尺度模型，对桥塔细部构件和全桥等进行模拟，并与静荷载试验进行对比，求得不同工况下桥塔偏位的校验系数。在多尺度模型的基础上，通过在桥塔上直接“切割”不同类型的三维裂缝，构建以裂缝为主的局部细节尺度模型，结果表明楔形裂缝的张口位移更加符合实际。在桥塔上切割楔形裂缝，通过对比不同裂缝特征参数下的承载力折减系数，运用层次分析法求得裂缝影响系数计算公式中不同公式项的权重值，并和校验系数进行对比，验证了裂缝影响系数计算公式的准确性。　　3、结合《公路桥涵养护规范》和模糊层次综合法的评定原则，确立了桥塔性能评估递阶模型，计算出不同裂缝影响系数下的桥塔评估模型中各个因素的变权重，同时根据现场静荷载试验、材料性能检测和有限元模拟的结果，提取了递阶模型中各个因素的试验数据，并用基于裂缝影响系数修正后的模糊层次综合法进行评价，给出计算桥塔安全性能评分的方法。随后利用不确定型层次分析法和基于时变可靠度修正的层次分析同时进行评价，并和基于裂缝影响的模糊层次综合法进行对比分析，来验证本方法的可靠性。　　4、以裂缝影响系数修正后的不同评估指标对应的评分标度作为输入层、经验公式计算得到的神经元个数作为隐含层、不同模糊算子计算得到的桥塔评分平均值作为输出层，建立了GA-BP神经网络模型，网络的训练、验证、测试结果表明网络不存在欠拟合和过拟合的情况，该模型可以较好地预测桥塔评分。采用七种模糊算子和训练好的GA-BP神经网络模型分别计算概率转移矩阵，使用马尔科夫链(MC)求得桥塔寿命预测图，结果表明，GA-BP神经网络求得的概率转移矩阵效果最好，本文的GA-BP-MC模型可以较好地预测大跨度斜拉桥桥塔寿命，为维修养护提供参考依据。　　5、将桥塔裂缝影响系数扩展到全桥，建立了一种基于校验系数的FAHP-EWM-DS的桥梁安全评估模型。首先综合多尺度有限元模拟和现场荷载试验，确立各项评估指标在不同工况下的校验系数，随后应用改进熵权法(EWM)和模糊层次分析法(FAHP)确立各评估指标在不同工况下的变权重，最后应用D-S证据理论，确立桥梁在不同试验工况下的安全等级。相对传统评估模型，本文模型可以根据具体的荷载工况有针对性地给出安全等级评价，使得维护人员可以根据实际情况进行专项维修，评估结果更加精细、安全。
作者：	郭佳傲
专业：	土木工程
导师：	余自若;冯良平
授予学位：	硕士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2023