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原文传递大跨缆索桥钢箱梁疲劳状态评估方法研究

论文题名：	大跨缆索桥钢箱梁疲劳状态评估方法研究
关键词：	大跨缆索桥;钢箱梁;应力谱;疲劳寿命;疲劳性能;健康监测系统;有限元分析
摘要：	我国桥梁建设正向着大型化、轻柔化、功能复杂化的大跨缆索桥方向发展。越来越多的大跨缆索桥带来的突出问题就是对这些重要桥梁的安全性与耐久性的评估和控制。其中，大跨缆索桥结构的疲劳状态评估，旨在对现有大跨缆索桥的主要部件疲劳性能和损伤状态进行合理评价，而钢箱梁构件和体系是最为主要和重要的部件。随着桥梁结构健康监测系统的发展，测试技术、计算机、电子和通讯技术等相关学科研究的进一步深入发展，大跨缆索桥结构疲劳状态评估研究有了新的研究平台和基础。本课题由此应运而生。它是国家自然科学基金项目“结构劣化的时空多尺度模拟和多因素同步分析方法及其应用”部分内容，同时，还是国家“863”计划项目“大跨悬索桥体系可靠度评估技术”中的部分研究内容，以国家重点工程项目——润扬长江公路大桥及其结构安全健康监测系统为工程背景。本文以大跨缆索桥钢箱梁结构为研究对象，探讨了基于健康监测信息的钢箱梁构件的应变数据的特征：研究基于多因素信息确定箱梁关键构件的方法，基于结构非线性有限元分析进行箱梁构件和体系的疲劳可靠性评估的方法及其实施。完成的主要工作有： 1、探讨了大跨缆索桥结构健康监测系统输出的实测应变信息的特征。分析了一般车辆和特殊工况下（例如特大型车辆、台风）各自的应变响应特征，并研究了不同类型的缆索桥（如斜拉桥和悬索桥）在相同的环境和车辆载荷下应变数据的不同特征，拟合了各自的横向应变和纵向应变的概率密度函数，采用累积损伤理论确定两类桥梁疲劳可靠度指标。 2、探讨了基于结构非线性有限元分析进行钢箱梁关键构件疲劳可靠性分析的方法。根据静动载试验对桥梁结构非线性有限元模型进行修正，采用“标准疲劳车”对模型施加载荷谱。在分析中考虑了交通载荷、构件S-N曲线的随机性，建立了相关的显式功能函数，采用JC法和Monte Carlo模拟求解了构件的疲劳可靠性。考虑单元的实常数、构件的截面面积、弹性模量的随机性，提出了基于响应面法和结构非线性有限元分析结合来求解隐式功能函数下的桥梁钢箱梁构件的疲劳可靠度的方法，借助JC法和Monte Carlo模拟，求解了润扬斜拉桥钢箱梁的关键构件的疲劳可靠度。 3、对大跨缆索桥钢箱梁结构体系的疲劳可靠度进行了初步的研究。视钢箱梁结构为一个体系，采用生死单元法杀死失效单元从而实现失效状态转移；采用全局疲劳寿命分支-约界法搜索失效路径，用点估计法和概率网格估算技术求解系统的失效概率。以润扬斜拉桥为工程背景，寻求其钢箱梁结构体系的主要失效路径，并计算了体系综合疲劳失效概率。 4、创新性地提出了综合评定大跨缆索桥钢箱梁关键疲劳构件的方法。以香港青马大桥钢箱梁结构为例，结合其结构有限元分析结果、结构健康监测系统输出的应变监测信息确定了的钢箱梁关键截面；针对关键截面上的主要构件分布，利用应变传感器输出的信息、结构有限元分析得到的应力分布、路政部门对桥梁结构进行人工检测、无损探伤的信息和桥梁设计阶段对主要构件的危险等级和易损等级评定的信息，基于层次分析法和模糊综合评判理论确定各因素的权重，用综合隶属度评分法进行关键疲劳构件的等级评定。提出的桥梁结构疲劳状态综合评估方法在一定程度上提高了疲劳评估的可靠度，针对大跨缆索桥钢箱梁疲劳评估提出的模糊综合评判和层次分析法的评价原则和方法，具有一定的实用价值。
作者：	王莹
专业：	工程力学
导师：	李兆霞
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2009
正文语种：	中文