[博士]自錨式懸索橋結構可靠性研究

內容簡介

　　[博士]自錨式懸索橋結構可靠性研究　　學科專業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：大連理工大學　　學位年度：2006　　自錨式懸索橋以其造型美觀、經濟、適應性強等優(yōu)點，越來越受到工程界的青睞，在國內外，已有多座自錨式懸索橋建成或建造中。隨著自錨式懸索橋的迅速發(fā)展和被大量設計采用，人們己對自錨式懸索橋的設計理論、靜力和動力特性方面以及極限跨度、極限承載力、施工控制等方面都進行深入的研究和探討。以上這些關于自錨式懸索橋的分析研究大都是在確定性分析的基礎之上。然而，確定性分析方法在許多方面難于像非確定性分析方法那樣可以更深層次地揭示結構參數的變化對結構響應的影響程度。因此，引入可靠性理論，從概率論的角度出發(fā)研究探討結構的各種參數(變量)對自錨式懸索橋的靜力、動力響應的影響規(guī)律，進而研究各隨機變量對自錨式懸索橋可靠度的影響程度，找到對可靠度影響較大的影響因素，為合理設計提供理論依據.本文的具體研究內容如下:　　 (1)對于大型復雜橋梁結構的極限功能函數不能用顯式表達的可靠度評估問題，在已有的響應面法基礎上，采取了一種自動調整樣本點取值區(qū)間策略的改進響應面法求解真實極限狀態(tài)曲面。通過算例表明，文中的改進響應面法可以提高計算效率與計算精度，在大型復雜的工程結構可靠度評估中尤為適用。最后，將MATLAB軟件與結構分析軟件ANSYS相結合，編制了可用于大型復雜橋梁結構在正常使用極限下的可靠度評估程序.　　 (2)考慮材料、幾何尺寸、外部荷載等的變異，應用響應面法對自錨式懸索橋結構進行了隨機靜力分析。研究了各種隨機因素變異時自錨式懸索橋結構響應的變化規(guī)律。使設計者清楚地了解各種隨機因素對自錨式懸索橋結構響應的影響程度，為合理設計提供理論依據。最后應用自行編制的結構在正常使用極限狀態(tài)下的可靠度評估程序對一座自錨式懸索橋加勁梁最大撓度的可靠度進行了評估。　　 (3)對自錨式懸索橋在承載能力極限狀態(tài)下的系統(tǒng)可靠度進行了評估。應用全局b約界法搜索自錨式懸索橋的主要失效模式，采用微分等價遞歸算法確定自錨式懸索橋各個失效歷程中階段失效模式的等價安全裕量方程。通過計算驗證了全局b約界法是識別系統(tǒng)主要失效模式的高效、精確的算法。最后，通過Ditlevsen上、下界理論確定了自錨式懸索橋結構的系統(tǒng)失效概率界限值?！　? (4)將虛擬激勵法引入自錨式懸索橋結構抗震動力可靠度分析中，克服了以往隨機振動計算方法計算量龐大的缺點，使隨機振動理論應用于大型復雜橋梁結構的動力可靠度分析中成為可能。系統(tǒng)地研究了混凝土自錨式懸索橋在隨機地震荷載作用下的主要抗震系統(tǒng)中的各墩、塔控制截面的抗震動力可靠度。重點考察了地震動的空間效應、非平穩(wěn)性以及阻尼比對各墩、塔控制截面的抗震動力可靠度的影響?！　? (5)對于加勁梁以混凝土為材料的自錨式懸索橋結構，不可避免要面臨鋼筋混凝土結構所共有的耐久性問題。文中在已有鋼筋混凝土結構耐久性研究成果基礎之上，嘗試性采用一種基于等效抗力時變可靠度的耐久性設計方法。文中所采用的耐久性設計方法比傳統(tǒng)設計方法增加了計算在使用期內時變可靠度指標一項，將其作為結構構件的截面配筋、混凝土強度等級以及混凝土保護層厚度的驗算。

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