傳統(tǒng)的土木工程設(shè)計(jì)往往是以構(gòu)件的強(qiáng)度為目標(biāo),驗(yàn)算在承載能力極限狀況和正常使用極限狀況下部件的截面設(shè)計(jì)能否達(dá)到指定要求。但是隨著結(jié)構(gòu)使用年限的增加,所處環(huán)境的變化,所用材料的老化,非預(yù)期荷載的出現(xiàn)等等,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性將下降。由于初期設(shè)計(jì)階段沒(méi)考慮構(gòu)件的損傷對(duì)結(jié)構(gòu)破壞的影響,結(jié)構(gòu)很有可能在某個(gè)或某些構(gòu)件損傷發(fā)生時(shí)直接發(fā)生倒塌性破壞,所以傳統(tǒng)的以部件強(qiáng)度為依據(jù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)往往會(huì)致使結(jié)構(gòu)具有較低的冗余度。因此,考慮冗余度理論的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是非常有必要的,考慮冗余度理論的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于可以定量地把控結(jié)構(gòu)使用其性能的“度”。太多的冗余特性設(shè)計(jì)雖然可以充分保證結(jié)構(gòu)的安全性能,但是必將造成結(jié)構(gòu)性能的浪費(fèi),從經(jīng)濟(jì)的角度來(lái)看不是明智之舉;過(guò)少的冗余特性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則不能保證結(jié)構(gòu)在非預(yù)期荷載作用下的穩(wěn)定性與安全性�；谌哂喽瓤梢泽w現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)抵抗倒塌的能力特性,論文利用了冗余度理論對(duì)有限元模型三跨連續(xù)雙梁橋、橋墩模型、簡(jiǎn)易鋼桁架橋模型和三層三跨框架模型進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性評(píng)估,從而得到結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵構(gòu)件、易損構(gòu)件、破壞路徑和結(jié)構(gòu)倒塌破壞時(shí)的冗余度值。以這些評(píng)估結(jié)果作為優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),主要優(yōu)化手段有改變構(gòu)件尺寸、材料參數(shù),添加額外的冗余構(gòu)件等。最后利用有限元模擬和其他理論分析來(lái)對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)后的結(jié)果進(jìn)行合理性的驗(yàn)證。主要研究?jī)?nèi)容以及成果如下:(1)總結(jié)了國(guó)內(nèi)外對(duì)于冗余度理論在土木工程結(jié)構(gòu)中的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀;(2)利用對(duì)三跨連續(xù)雙梁橋有限元模型的冗余度評(píng)估,對(duì)前人的冗余度指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證分析,得出了在橋梁倒塌破壞時(shí)主梁應(yīng)力與容許應(yīng)力之間的關(guān)系,和在極限狀態(tài)下主梁應(yīng)力發(fā)展趨勢(shì)和變形趨勢(shì)。(3)提出了基于能力譜的冗余需求值,通過(guò)一個(gè)橋墩模型,對(duì)其進(jìn)行pushover分析,得出模型不同墩高處的能力曲線圖,再結(jié)合地震需求譜找到性能點(diǎn),對(duì)模型的不同墩高處進(jìn)行冗余需求度評(píng)估。得出冗余度與墩高的關(guān)系。(4)提出了基于結(jié)構(gòu)性能參數(shù)的冗余度指標(biāo),并建立結(jié)構(gòu)冗余度損傷曲線。建立了一個(gè)簡(jiǎn)易的鋼桁架橋模型,通過(guò)選取應(yīng)力安全系數(shù)和位移兩個(gè)性能參數(shù)分別對(duì)其進(jìn)行了冗余度評(píng)估,得出了模型中的關(guān)鍵構(gòu)件、易損構(gòu)件和破壞路徑等�；谀Ｐ椭嘘P(guān)鍵構(gòu)件的冗余度損傷曲線,對(duì)原模型進(jìn)行了尺寸參數(shù)優(yōu)化,優(yōu)化后的構(gòu)件的容許損傷程度都有所提高,且初始冗余度也有所增加。(5)針對(duì)框架結(jié)構(gòu)特性,建立了基于靈敏度的冗余度計(jì)算公式。對(duì)三層三跨的框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了基于敏感度的冗余度評(píng)估,得出了整個(gè)框架模型的冗余度分布,根據(jù)梁和柱的冗余度分布圖提出了兩個(gè)優(yōu)化方案,優(yōu)化后的冗余度分布更加均勻。通過(guò)對(duì)原始模型和優(yōu)化后模型的彈塑性分析,從結(jié)構(gòu)整體上驗(yàn)證了優(yōu)化方案的合理性。
【學(xué)位單位】：蘇州科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU318
【部分圖文】：

造成 9 人死亡，這是由于裝載炸藥的火車爆炸導(dǎo)致的；2011 年 7 月 15 日興大橋右車道部分橋面突然坍塌，一輛大貨車從橋面墜落，下閘道也隨之被砸坍塌落很多鋼板。2010 年 8 月 19 日，寶成鐵路線間的石亭江大橋因水害發(fā)生傾斜，兩入江中，由于處理方法及時(shí)、妥當(dāng)，本次事故未造成一人傷亡，等等。圖 1-1 展示的幾個(gè)橋梁事故。(a)四川百花大橋地震坍塌 (b)連霍高速公路橋梁坍塌

技術(shù)路線圖

倘若橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生了倒塌性破壞，則必定有兩個(gè)及兩個(gè)以上的構(gòu)件或者連接破壞失效[49]。所以，在橋梁工程中，無(wú)論是在設(shè)計(jì)還是安全評(píng)估中考慮冗余度的理論是很有必要的[50]，確保橋梁整體的多重傳力途徑，增加橋梁結(jié)構(gòu)安全與穩(wěn)定的儲(chǔ)備率。NCHRP 報(bào)告 406 提供了量化計(jì)算橋梁冗余度的方法，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的冗余度分析和評(píng)價(jià)都是一個(gè)指導(dǎo)性的研究先例。該報(bào)告中要求橋梁損壞程度 / 0.5ddlR LFLF，其中dLF 值是取消一個(gè)主要的承受荷載構(gòu)件后橋梁的最大承載能力，lLF 是運(yùn)用彈性分析得到的未損壞橋梁的承載能力。可以簡(jiǎn)單地理解為至少有 50％的荷載是針對(duì)第一個(gè)構(gòu)件的損壞[31]。上述研究都是早期國(guó)外對(duì)于冗余度初探性的研究成果，且相關(guān)規(guī)范中都未納入，現(xiàn)今對(duì)于冗余度的研究得到了相關(guān)設(shè)計(jì)人員的重視，但是，其定義，定量計(jì)算，評(píng)估方法等沒(méi)有完全統(tǒng)一的規(guī)定。2.3.2 模型參數(shù)本例中采用的計(jì)算模型為三跨連續(xù)雙梁橋，橋梁的跨度 L 50 .0 57.5 50.0 157.5m。橋梁的寬 B=21.00m。主梁為兩根 T 型梁，其間距為 11m，橫向的連續(xù)梁之間的距離為 4m。具體橋梁的橫截面圖詳見(jiàn)圖 2-1。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 吳志芳;;冗余度理念在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J];交通世界(運(yùn)輸.車輛);2015年10期

2 江杰;顧倩燕;胡何;俞梅欣;馬少坤;;雙排鋼板樁圍堰的冗余度分析[J];巖土力學(xué);2015年S1期

3 陳亮;任偉新;張廣鋒;左小晗;黃勇;;基于性能的橋梁抗震設(shè)計(jì)中考慮持時(shí)的實(shí)際地震波優(yōu)化選擇方法[J];振動(dòng)與沖擊;2015年03期

4 朱南海;葉繼紅;;基于響應(yīng)敏感性的單層球面網(wǎng)殼冗余度分析與驗(yàn)證[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào);2014年11期

5 尹德蘭;鄧宇;;橋梁設(shè)計(jì)的冗余度[J];橋梁建設(shè);2013年05期

6 朱紅飛;陳務(wù)軍;董石麟;;桿系結(jié)構(gòu)的彈性冗余度及其特性分析[J];上海交通大學(xué)學(xué)報(bào);2013年06期

7 朱南海;葉繼紅;;靜力荷載作用下基于敏感性的單層球殼冗余度分析方法研究[J];振動(dòng)與沖擊;2013年11期

8 姜勇;苑春艷;;雙箱結(jié)合梁橋結(jié)構(gòu)冗余度評(píng)估[J];世界橋梁;2013年03期

9 陳萍;王一文;;PC連續(xù)剛構(gòu)橋雙薄壁墩設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化分析[J];公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版);2013年04期

10 朱紅飛;陳務(wù)軍;董石麟;;索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的彈性冗余度分析[J];空間結(jié)構(gòu);2012年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 左瓊;基于冗余度理論的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗地震倒塌能力評(píng)估[D];中國(guó)建筑科學(xué)研究院;2012年

2 梁智W

本文編號(hào)：2812524