如何保障重大工程結(jié)構(gòu)的安全性能和長壽命要求是土木工程中的焦點(diǎn)問題。溫度作用對橋梁結(jié)構(gòu)的安全性能影響重大。研究表明,長大跨橋梁的溫度應(yīng)力大于車輛荷載和風(fēng)荷載引起的結(jié)構(gòu)應(yīng)力。由于長大跨橋梁受太陽輻射和其他環(huán)境作用,在截面上形成非線性溫度梯度,使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生明顯的溫度效應(yīng),導(dǎo)致橋梁局部構(gòu)件可能會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象,產(chǎn)生較大的變形,最終可能引起局部損傷和結(jié)構(gòu)性能退化。本文主要研究基于溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)和有限元模型的長大跨橋梁結(jié)構(gòu)性能評估。由于橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)中的傳感器數(shù)量有限,難以對沒有布置傳感器的位置進(jìn)行監(jiān)測。因此,對橋梁進(jìn)行安全性能評估需要構(gòu)建基準(zhǔn)有限元模型。本文從橋梁結(jié)構(gòu)的幾何拓?fù)�、邊界條件、力學(xué)參數(shù)三個(gè)方面提升有限元模型的精度。具體研究包括:采用基于子結(jié)構(gòu)法的多尺度有限元分析方法分析橋梁溫度效應(yīng),并提升模型的幾何拓?fù)湫问?采用基于溫度和位移監(jiān)測數(shù)據(jù)的橋梁縱向約束剛度識(shí)別方法提升模型的邊界條件;采用基于馬爾科夫鏈蒙特卡洛（MCMC）抽樣和響應(yīng)面技術(shù)的多模型有限元分析方法,提升模型的力學(xué)參數(shù)。本文的主要研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:（1）對兩座長大跨鋼箱梁橋（一座斜拉橋和一座懸索橋）的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了... 

【文章來源】：東南大學(xué)江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：博士

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國內(nèi)外代表性橋梁(a)蘇通長江大橋(b)杭州灣跨海大橋(c)明石海懸索橋(d)米約大橋

多種自然作用或人為因素，影響著長大跨橋梁的安全性能及長期壽命。以廣大服役的混凝土橋梁與鋼結(jié)構(gòu)橋梁為例，橋梁結(jié)構(gòu)在實(shí)際工程中的健康問題主要表現(xiàn)為以下幾類：混凝土開裂、融凍，鋼材銹蝕、疲勞，結(jié)構(gòu)下?lián)�、失穩(wěn)。這些問題影響著橋梁結(jié)構(gòu)的安全性、使用性及耐久性。如今我國經(jīng)歷著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)黃金期，與此同時(shí)橋梁老齡化、病害問題逐步凸顯，多數(shù)橋梁的使用年限一般在30年以內(nèi)，病害問題卻提早大量暴露，絕大部分橋梁因?yàn)闆]有重視耐久性保護(hù)措施，致使當(dāng)前已有一定數(shù)量的橋梁發(fā)生老化、損傷現(xiàn)象，承載能力明顯降低。如圖1-2(a)，我國目前的危橋數(shù)已超過10萬座，遠(yuǎn)多于多數(shù)發(fā)達(dá)國家。隨著時(shí)間的推移橋梁失效越來越普遍，而維修費(fèi)用也在逐年增加。如圖1-2(b)所示，我國在“十五”到“十二五”的15年期間，橋梁維護(hù)管理經(jīng)費(fèi)已從87億增加到300億元。在“十三五”規(guī)劃中，明確了公路橋梁發(fā)展要堅(jiān)持“創(chuàng)新引領(lǐng)，建養(yǎng)并重”，預(yù)計(jì)投入危橋檢測診斷的資金近400億元。同時(shí)，近年來世界各國普遍出現(xiàn)了橋梁“老齡化”特征，然而發(fā)達(dá)國家的基礎(chǔ)設(shè)施維護(hù)費(fèi)用預(yù)算嚴(yán)重不足[3-4]。圖1-2我國橋梁維護(hù)經(jīng)費(fèi)和危橋數(shù)示意圖國內(nèi)外橋梁結(jié)構(gòu)災(zāi)難事故頻繁見諸于各類報(bào)道中，例如：1907年，位于加拿大的圣勞倫斯河上的QuebecBridge由于桿件發(fā)生失穩(wěn)突然倒塌。1940年，美國塔科瑪海峽大橋被微風(fēng)摧毀。2001年，四川宜賓南門大橋突然坍塌。2004年，遼寧遼河大橋中孔坍塌。2007年8月1日下午6:01，正值交通高峰時(shí)段，美國明尼蘇達(dá)州密西西比河大橋突然坍塌，該橋早在1990年被美國聯(lián)邦政府評為有“結(jié)構(gòu)缺陷”橋梁，但未引起足夠的重視造成重大傷亡事故。2003年，印度西部達(dá)曼的一座橋梁突然坍塌。2011年，福建武夷山公館大橋由于貨車嚴(yán)重超載（重約80余噸）引發(fā)垮塌事故。

第1章緒論3表1.11999年~2015年期間國內(nèi)發(fā)生的典型橋梁事故情況統(tǒng)計(jì)[5]建成年份事故發(fā)生日期地點(diǎn)及橋名橋梁結(jié)構(gòu)形式1996年1999-01-04重慶綦江彩虹橋中承式鋼管混凝土拱1990年2001-11-07四川宜賓南門長江大橋鋼筋混凝土中承式拱橋1977年2004-06-10遼寧盤錦田莊臺(tái)大橋預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋1974年2006-05-16貴州省珍珠大橋箱型拱鋼筋混凝土橋1997年2007-05-13江蘇常州運(yùn)河大橋下承式系桿拱橋1907年2007-05-23浙江寧波奉化方橋下承式弓掛鋼梁結(jié)構(gòu)大橋1988年2007-06-15廣東佛山九江大橋預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋1995年2009-05-17湖南株洲高架橋預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋1999年2011-07-12武夷山公館大橋中承式鋼架拱1997年2011-07-15杭州錢江三橋引橋混凝土梁橋1981年2012-08-08江西省橫跨盱江的河?xùn)|橋混凝土梁橋2005年2015-06-19粵贛高速大橋預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋圖1-3橋梁結(jié)構(gòu)事故(a)四川宜賓南門大橋(b)北京懷柔白河橋(c)美國密西西比河大橋(d)粵贛高速大橋溫度荷載引起的結(jié)構(gòu)損傷通常容易被研究者忽略，溫度對橋梁影響巨大。日照溫差引起的溫度變化致使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生相當(dāng)大的溫差應(yīng)力，給橋梁結(jié)構(gòu)帶來很大危害。國內(nèi)外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，很多橋梁，尤其是箱型梁橋，其破壞是由于太陽輻射、大氣溫度及其他某些外界因素的日過程在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生的非線性溫差引起的溫度應(yīng)力[6-7]。研究表明，溫度應(yīng)力甚至大于車載、風(fēng)荷載引起的結(jié)構(gòu)應(yīng)力。對于預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)，溫度荷載是產(chǎn)生裂縫的主要原因[8-9]。對于鋼橋，由于鋼材導(dǎo)熱性能好，對溫度變化比較敏感，溫度影響將更為顯著。如圖1-4所示，橋梁上的溫度荷載包括日照作用、驟然降溫、混凝土水化熱、疲勞作用等。(a)(b)(c)(d)


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