【摘要】：隨著我國(guó)公路大件運(yùn)輸事業(yè)的日趨繁榮,公路橋梁的安全運(yùn)行受到了越來(lái)越大的挑戰(zhàn),如何建立一套快速有效的大件運(yùn)輸公路橋梁安全評(píng)估方法就此提上日程,而對(duì)大件運(yùn)輸中公路橋梁動(dòng)力響應(yīng)及可靠度的研究是橋梁結(jié)構(gòu)安全評(píng)估的基礎(chǔ)。本文對(duì)低速行駛大件運(yùn)輸車輛作用下橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)及可靠度進(jìn)行了相關(guān)研究,主要工作及結(jié)論如下：(1)采用廣義虛功原理和空間有限元法分別建立了超多自由度大件運(yùn)輸車輛和橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)模型,引入改進(jìn)的擬靜力法即β-θ法對(duì)車輛的振動(dòng)微分方程進(jìn)行求解,利用車輪和橋面的位移協(xié)調(diào)條件實(shí)現(xiàn)振動(dòng)的耦合,基于APDL語(yǔ)言利用ANSYS中的多點(diǎn)重啟動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)了車-橋耦合振動(dòng)的求解。(2)對(duì)大件運(yùn)輸中橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了實(shí)橋試驗(yàn)和理論對(duì)比分析,并采用正交試驗(yàn)和支持向量回歸機(jī)v-SVR進(jìn)行了參數(shù)反演。橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的實(shí)橋試驗(yàn)結(jié)果和理論分析結(jié)果吻合較好。正交試驗(yàn)和支持向量回歸機(jī)v-SVR的結(jié)合明顯提高了參數(shù)反演的效率,基于v-SVR預(yù)測(cè)模型的精度能夠滿足工程需要。當(dāng)大件運(yùn)輸車輛以6.2km/h的低速通過(guò)橋面不平度為B級(jí)的簡(jiǎn)支板橋時(shí),其實(shí)測(cè)沖擊系數(shù)仍然達(dá)到0.119,不可忽略,在對(duì)大件過(guò)橋進(jìn)行安全評(píng)估時(shí),即使運(yùn)輸車輛以低速通過(guò),也應(yīng)考慮車輛荷載的沖擊作用。在滿足交通安全的前提下,不應(yīng)過(guò)度限制運(yùn)輸車輛的速度,對(duì)橋面進(jìn)行平整度處理是降低車輛沖擊效應(yīng)的有效方法。(3)采用傳遞矩陣法推導(dǎo)了國(guó)際平整度指數(shù)IRI的計(jì)算公式并對(duì)國(guó)際平整度指數(shù)與車輛行駛速度的關(guān)系進(jìn)行了分析�；赪iener-Khintchine定理,本章從理論上建立了國(guó)際平整度指數(shù)IRI與路面功率譜密度PSD之間的關(guān)系,并利用三角級(jí)數(shù)法推導(dǎo)出適用于大件運(yùn)輸?shù)退傩旭倵l件下的一維路面和二維路面重構(gòu)公式。(4)利用正交試驗(yàn)法識(shí)別出大件運(yùn)輸中影響橋梁結(jié)構(gòu)沖擊系數(shù)的主要因素,即混凝土彈性模量、橋面平整度等級(jí)、車輛行駛速度和結(jié)構(gòu)瑞利阻尼常數(shù)。通過(guò)對(duì)車-橋耦合作用力各組分的分析,揭示了橋梁結(jié)構(gòu)沖擊系數(shù)的產(chǎn)生機(jī)制�；炷翉椥阅Ａ亢徒Y(jié)構(gòu)瑞利阻尼常數(shù)主要影響橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性,是影響橋梁結(jié)構(gòu)沖擊系數(shù)的內(nèi)因；橋面平整度等級(jí)和車輛行駛速度主要影響車-橋耦合作用力,是影響橋梁結(jié)構(gòu)沖擊系數(shù)的外因。(5)橋面不平度的分布形式對(duì)沖擊系數(shù)的影響較大,利用基于國(guó)際平整度指數(shù)IRI的橋面不平度重構(gòu)公式和對(duì)沖擊系數(shù)概率性的研究,推導(dǎo)得到了基于IR工的沖擊系數(shù)擬合公式。隨著國(guó)際平整度指數(shù)IRI的增大,即橋面狀況的變差,橋梁結(jié)構(gòu)的沖擊系數(shù)呈直線增長(zhǎng)。(6)考慮大件運(yùn)輸?shù)退偻ㄐ泻蜆蛄航Y(jié)構(gòu)抗力退化的特點(diǎn),采用基于Matlab優(yōu)化工具箱的結(jié)構(gòu)可靠度計(jì)算方法,建立了橋梁結(jié)構(gòu)抗力、恒載效應(yīng)和活載效應(yīng)的概率分布模型,在對(duì)抗力衰減函數(shù)分析的基礎(chǔ)上提出了較為實(shí)用和可靠的大件運(yùn)輸公路橋梁時(shí)變可靠度分析方法。大件運(yùn)輸考慮沖擊系數(shù)后,橋梁結(jié)構(gòu)的可靠度會(huì)下降,隨著IRI的增大,結(jié)構(gòu)可靠度指標(biāo)逐漸變小。結(jié)構(gòu)加固會(huì)明顯提高大件運(yùn)輸中公路橋梁的可靠度,增設(shè)彈性支承方法對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)可靠度的影響與彈性支承的剛度密切相關(guān)。(7)提出了大件運(yùn)輸中公路橋梁的實(shí)用可靠度評(píng)估方法和流程框圖,根據(jù)不同的評(píng)估階段和不同需要可以采用不同的流程和步驟對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的可靠性進(jìn)行評(píng)估并提出安全通行建議。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：U441.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2548663