【博士】斜拉桥结构体系使用安全性评估理论与方法研究【2006】

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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　　学位年度： 2006年　　我国现有服役斜拉桥近百座。旧有的斜拉桥结构在使用过程中由于不利作用致使存在各种缺陷和损伤，且具有一定的普遍性，直接影响到桥梁结构的安全性、耐久性以及使用寿命。对此，工程界和交通主管部门迫切需要解决斜拉桥结构体系使用安全的评估问题。本文针对既有斜拉桥结构的使用特点，在研究评估荷载概率模型和抗力退化概率模型的基础上，应用结构可靠性理论，对斜拉桥使用安全的概率性评估方法进行了较为系统的研究，主要工作包括以下几个方面：　　(1)在查阅大量国内外文献的基础上，对斜拉桥结构的使用现状、损伤成因以及基于结构体系可靠性理论的评估方法进行了系统的回顾和总结。讨论了斜拉桥结构体系使用安全可靠性分析的评估特点，提出了基于结构时变可靠性理论和结构体系可靠性理论定量分析斜拉桥结构使用安全的评估思想和理论框架。　　(2)鉴于现有斜拉桥在使用过程中的交通状况和使用环境相对于拟建桥梁表现出许多的复杂性和特殊性，在充分分析现有桥梁荷载的特点后，研究了评估中恒载效应的分析依据、交通流量的数据采集和统计分析、评估荷载的取值、荷载效应随机过程模拟等问题，建立评估荷载的概率模型。　　(3)以现有斜拉桥结构的检测结果为依据，研究斜拉索的抗力时变模型。分析影响斜拉索强度和斜拉索退化的重要因素，讨论因拉索锈蚀导致的材料性能退化。基于实桥的检测结果，应用拉索锈蚀的模拟方法和钢丝锈蚀导致钢丝强度变化的力学分析模型，研究在不修复情况下构件抗力的退化应该满足的基本条件，采用非平稳正态随机过程模型作为抗力退化的概率模型，确定斜拉桥拉索构件生命过程中抗力的均值函数和方差函数，并建立了一座实桥的拉索的抗力退化概率模型。　　(4)在评估荷载概率模型和拉索抗力退化模型研究的基础上，采用Monte．Carlo直接抽样方法和时段条件概率原理，提出了斜拉桥结构可靠性分析的全随机过程分析方法，进行斜拉桥的时变可靠度计算与分析，研究正常使用状态下斜拉索的可靠度指标随时变化的规律。并为斜拉桥结构体系使用安全的可靠性评估奠定基础。　　(5)分析组成斜拉桥构件功能失效的判据、结构体系可靠性分析模型以及系统综合失效概率的估计方法等问题。将模拟算法和∥约界方法相结合，提出了识别斜拉桥结构体系主要失效模式的新算法，应用该方法有效识别斜拉桥结构体系在正常使用荷载作用下的主要失效模式，基于此，计算和分析结构体系在不同级别上的综合失效概率，并研究其可靠性指标的历时变化规律。　　(6)在上述研究成果的基础上，运用可视化功能和运算功能较好FortranPowerStation初步编制了基于时变可靠度的计算实用程序，并成功地利用本程序对一座现有大跨度混凝土斜拉桥进行了使用安全评估，取得了令人满意的结果。　　

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