發(fā)布時(shí)間：2020-10-08 23:35

　　 環(huán)境侵蝕、材料老化及車輛超載等不利因素使得橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力及可靠性不斷下降。特別是在混凝土收縮徐變、應(yīng)力松弛及鋼筋銹蝕等時(shí)變因素的作用下,大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土(Prestressed concrete,PSC)箱梁橋普遍存在跨中下?lián)线^(guò)大及梁體開(kāi)裂病害,嚴(yán)重影響了結(jié)構(gòu)的正常使用性能和耐久性,甚至誘發(fā)重大安全事故。因此,為保證大跨徑PSC箱梁橋的安全和正常運(yùn)營(yíng),對(duì)其進(jìn)行長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)并準(zhǔn)確評(píng)估、預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)及未來(lái)變化趨勢(shì)將顯得十分重要。本文從大跨徑PSC箱梁橋的病害特征及維護(hù)需求出發(fā),以蘇州京杭運(yùn)河大橋(主跨為150m的連續(xù)箱梁橋)為工程背景,從橋梁結(jié)構(gòu)的時(shí)變性能監(jiān)測(cè)及可靠性評(píng)估兩方面著手研究。完成的主要工作如下:(1)針對(duì)既有PSC橋梁的健康監(jiān)測(cè)策略、方法及應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)和探討,為把握全壽命周期內(nèi)結(jié)構(gòu)性能和提高監(jiān)測(cè)資源利用效率,在京杭運(yùn)河大橋上建立了集施工監(jiān)控、成橋試驗(yàn)及運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)三者為一體的全壽命健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng),并將實(shí)測(cè)靜力值與計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較,吻合良好;然后,結(jié)合荷載試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了多輸出支持向量機(jī)在橋梁結(jié)構(gòu)有限元模型修正中的有效性。(2)針對(duì)大跨徑PSC箱梁橋運(yùn)營(yíng)過(guò)程中普遍存在的跨中下?lián)线^(guò)大的等問(wèn)題,提出了一種基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和隨機(jī)有限元分析的長(zhǎng)期變形控制策略。首先,采用組合退化殼單元模擬主梁的力學(xué)行為,并計(jì)入剪力滯、應(yīng)力松弛對(duì)長(zhǎng)期變形的影響;然后,考慮收縮徐變預(yù)測(cè)模型的不確定性及影響參數(shù)的隨機(jī)性,基于拉丁超立方法對(duì)長(zhǎng)期變形的不確定性和敏感性進(jìn)行了分析,得到了跨中撓度具有95%保證率的置信區(qū)間,以此進(jìn)行后期備用鋼束的量化設(shè)計(jì);敏感性分析結(jié)果表明,跨中長(zhǎng)期變形對(duì)徐變模型不確定系數(shù)的變異最為敏感。(3)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下,采用索力計(jì)、磁通量傳感器及振弦應(yīng)變計(jì)對(duì)8根后張梁的預(yù)應(yīng)力長(zhǎng)期損失進(jìn)行了為期1年的監(jiān)測(cè),分析了配筋率、孔道灌漿、應(yīng)力水平及張拉次序等因素對(duì)長(zhǎng)期損失的影響規(guī)律。同時(shí),提出了考慮收縮徐變、應(yīng)力松弛相互作用及非預(yù)應(yīng)力筋影響的長(zhǎng)期損失建議模型,其計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)值的最大誤差在10%以內(nèi),相比規(guī)范常用計(jì)算方法,本文提出的方法整體預(yù)測(cè)精度較高。最后基于此建議模型,對(duì)預(yù)應(yīng)力長(zhǎng)期損失進(jìn)行了不確定性分析。(4)提出了一種考慮隨機(jī)場(chǎng)影響的PSC箱梁橋時(shí)變可靠度分析方法,首先,采用隨機(jī)場(chǎng)模型描述結(jié)構(gòu)彈性模量、分布荷載等參數(shù)空間分布的變異性,基于局部平局法進(jìn)行離散;然后,綜合考慮收縮徐變、剪力滯及力筋松弛對(duì)箱梁橋時(shí)變性能的影響,采用重要抽樣法估算了的京杭運(yùn)河大橋的時(shí)變失效概率,并探討了隨機(jī)場(chǎng)參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)可靠度的影響。分析結(jié)果表明收縮徐變對(duì)箱梁橋的可靠性影響顯著,撓度可靠指標(biāo)在橋梁預(yù)期使用壽命之前便衰減到目標(biāo)水平之下;隨機(jī)場(chǎng)相關(guān)長(zhǎng)度對(duì)橋梁的時(shí)變可靠指標(biāo)具有較大影響,而其離散單元數(shù)、相關(guān)模型則相對(duì)較小。
【學(xué)位單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U446
【部分圖文】：

混凝土收縮徐變、鋼筋銹蝕等時(shí)變因素對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響具有持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、量變發(fā)展因此應(yīng)當(dāng)實(shí)時(shí)了解橋梁的健康狀況，并盡量在早期發(fā)現(xiàn)可能危及結(jié)構(gòu)安全的損傷或病進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估并及時(shí)采取維修措施，確保橋梁的正常和安全運(yùn)營(yíng)。橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)有效方法之一；對(duì)于大跨徑箱梁橋，通過(guò)監(jiān)測(cè)其時(shí)變效應(yīng)，可以分析收縮徐變、長(zhǎng)期期性能的影響，有助于深化對(duì)該橋型長(zhǎng)期性能的認(rèn)識(shí)并推動(dòng)設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)。（a）倒塌前 （b）倒塌后圖 1-1 Koror-Babeldaob 橋梁[13]下?lián)? 1.39m

混凝土收縮徐變、鋼筋銹蝕等時(shí)變因素對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響具有持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、量變發(fā)展因此應(yīng)當(dāng)實(shí)時(shí)了解橋梁的健康狀況，并盡量在早期發(fā)現(xiàn)可能危及結(jié)構(gòu)安全的損傷或病進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估并及時(shí)采取維修措施，確保橋梁的正常和安全運(yùn)營(yíng)。橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)有效方法之一；對(duì)于大跨徑箱梁橋，通過(guò)監(jiān)測(cè)其時(shí)變效應(yīng)，可以分析收縮徐變、長(zhǎng)期期性能的影響，有助于深化對(duì)該橋型長(zhǎng)期性能的認(rèn)識(shí)并推動(dòng)設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)。（a）倒塌前 （b）倒塌后圖 1-1 Koror-Babeldaob 橋梁[13]下?lián)? 1.39m

圖 1-6 Kishwaukee River 橋位移傳感器布置及裂縫監(jiān)測(cè)[46](1) 基于靈敏度分析的模型修正針對(duì)有限元模型修正問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了多種修正方法，進(jìn)行了大量的研究工作，取得了諸多果。按照修正對(duì)象的不同，有限元模型修正可分為矩陣型修正和設(shè)計(jì)參數(shù)型修正兩大類[58-59]，矩陣修正的不足之處在于修正后質(zhì)量和剛度矩陣失去了對(duì)稱性和稀疏性，物理意義也不明確，同時(shí)采用進(jìn)行模型修正，需要測(cè)試到結(jié)構(gòu)完整的模態(tài)，但實(shí)際結(jié)構(gòu)往往通過(guò)試驗(yàn)僅能得到較低階的模態(tài)，這制約了此方法的推廣使用[60-61]。目前應(yīng)用廣泛且深入研究的是參數(shù)型有限元模型修正方法，如基于靈敏度的、響應(yīng)面模型等的修正基于優(yōu)化迭代算法對(duì)結(jié)構(gòu)的材料參數(shù)、幾何尺寸、邊界條件等進(jìn)行調(diào)整，使修正后的有限元模型能的描述結(jié)構(gòu)實(shí)際的力學(xué)狀態(tài)。Brownjohn 等[62]基于靈敏度分析方法并結(jié)合環(huán)境激勵(lì)實(shí)測(cè)的結(jié)構(gòu)頻率，對(duì) Safti 曲線斜拉橋的混凝土彈性模量、密度及構(gòu)件橫截面積和板厚進(jìn)行了修正，修正后的有限元力響應(yīng)預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值吻合良好。Hua 等[63]以一簡(jiǎn)支桁架橋?yàn)檠芯繉?duì)象，基于改進(jìn)的一階攝動(dòng)法和模型修正相結(jié)合的方法，采用具有隨機(jī)性的實(shí)測(cè)模態(tài)參數(shù)，對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)特征進(jìn)行了識(shí)別，修

本文編號(hào)：2832912