【博士】缆索承重桥梁结构状态评估关键问题研究【2009】

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内容简介

　　学科专业：桥梁与隧道工程　　授予学位：博士　　学位授予单位：同济大学土木工程学院　　学位年度： 2009年　　缆索承重桥梁是大跨度桥梁的主要桥型，与其他桥梁不同，缆索承重桥梁有其独特的梁、塔及缆索结构，受力状态复杂。该类桥梁常常是交通要道，受环境和荷载影响，容易遭受腐蚀损伤和疲劳累积损伤，威胁大桥运营安全。结构健康监测技术是保障大型桥梁运营安全的有效手段之一，基于健康监测的桥梁结构安全评估理论也是近年来土木工程领域研究的热点问题。本文紧密结合珠江黄埔大桥南北汊主桥(一座悬索桥、一座斜拉桥)工程需要，针对缆索系统状态评估中的若干关键问题进行了较为系统的研究，内容包括索力计算方法、传感器优化、评估模型的修正等，在此基础上提出了实用的健康状况评估方法，编制了健康状态监测评估系统。本文主要研究内容包括：　　首先，考虑抗弯刚度对短索索力的计算影响，推导了短索抗弯刚度对索力的影响条件，并通过实际桥梁计算和测试予以验证。　　其次，考虑短索计算理论和实际结构在边界约束条件上的差异，推导了鉴于简支和固定两种边界条件之间约束条件的索力计算公式。　　第三，较为系统的研究了悬索桥缆索系统索力计算方法，特别针对悬索桥带减振架和固定架的吊索结构，采用有限元法进行计算，并通过试验验证；根据吊索计算结果，通过截面法计算主缆缆力。　　第四，基于桥梁健康监测评估的需要，桥梁建成时需要有一个能更接近于实桥的健康监测评估基准模型。本文提出了缆索承重桥梁有限元基准模型分步修正方法。修正方法为：确定需要修正的参数，然后分析参数对动力特性的敏感性，确定分布修正状态，提出误差函数(位移差函数、特征频率差函数和平均频差函数)和收敛准则，通过迭代计算完成修正。并用该方法进行了实桥计算。　　第五，提出了采用二次抛物线拟合目标截面误差最小准则的静力传感器优化方法，即通过已知截面结构受力状态(通过静力传感器测试)，采用二次抛物线拟合未知截面的受力状态，选择目标截面的挠度作为优化目标，推导了优化目标截面的挠度函数和误差传递函数，以误差传递函数最小为目标来优化传感器的布置，并采用遗传算法进行了实桥计算。　　第六，利用健康监测系统的监测数据和日常巡检数据，采用变权层次分析法，提出了缆索承重桥梁综合量化评估体系。本系统根据评估目标不同分为两个评估系统一一以指导桥梁日常养护为目标的基于监(检)测数据的缆索承重桥梁状态评估和以桥梁承载能力为目标的基于监(检)测数据的缆索承重桥梁　　承载能力评估，并分别对一座悬索桥进行了评估计算。　　最后，基于上述研究内容，建立了缆索承重桥梁的健康监测评估系统。　　

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