【博士】拉索損傷對斜拉橋結構性能影響的研究【2005】

內容簡介

　　學科專業(yè)：防災減災工程及防護工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：長沙理工大學　　學位年度： 2005年　　大跨度斜拉橋結構健康監(jiān)測的最終目的就是通過對斜拉橋在各種環(huán)境、荷載作用下的結構性態(tài)進行實時監(jiān)測和研究，評估其安全性、適用性和耐久性，為大橋的運營管理、養(yǎng)護維修提供依據和指導。但是由于對斜拉橋主要結構構件的受力特性、損傷原因和機理，尤其是斜拉索損傷機理及其損傷對全橋結構靜動力性能的影響、斜拉索的疲勞應力和疲勞可靠性評價等等諸多問題仍沒有得到徹底解決，這都直接影響或阻礙了斜拉橋結構健康監(jiān)測技術的進一步發(fā)展。本文以潤揚長江公路大橋斜拉橋為工程背景，圍繞著大跨斜拉橋結構健康監(jiān)測系統(tǒng)中尚未解決的關鍵技術和存在的主要問題進行了研究。主要內容有：　　 (1)分析了斜拉橋的索塔、主梁和拉索等主要結構構件的作用和受力特點，對引起斜拉索損傷的主要原因進行了總結，并介紹了造成斜拉索疲勞損傷的主要振動型式，對危害嚴重的風雨激振產生的條件和機理進行了探討；在此基礎上，對造成拉索損傷的非線性振動特性進行研究，建立了小垂度拉索在平面內發(fā)生橫向振動的非線性振動方程，通過數(shù)值方法求解析解，得到拉索的非線性振動特性?！　?(2)運用環(huán)境激勵法對潤揚大橋斜拉橋索塔、主梁和索力進行了現(xiàn)場動力檢測，為大橋的健康監(jiān)測、診斷和各種災害影響下的損傷預測和損傷評估提供了原始的指紋數(shù)據。　　 (3)根據斜拉橋主要結構構件的動力實測結果，以基于動態(tài)特性的靈敏度分析理論對斜拉橋有限元模型進行修正，建立了全橋結構精細有限元模型，其模態(tài)分析結果與現(xiàn)場動力實測結果符合度好。　　 (4)分析了斜拉索損傷對斜拉橋結構靜力和動力性能影響的特征。選取彈性模量為損傷變量，模擬斜拉索的損傷，分析了不同拉索損傷下及同一拉索不同損傷程度下的主梁線形、拉索索力的靜力變化特征和全橋結構的動力變化特征。根據拉索損傷對全橋結構的靜力和動力性能影響的特征，提出了在斜拉橋結構健康監(jiān)測系統(tǒng)中實現(xiàn)拉索損傷監(jiān)測的具體方案。　　 (5)制作了1：60縮尺比的潤揚大橋斜拉橋試驗模型，模型主跨6.78m，邊跨2.73m，全長12.64m。在斜拉橋模型上實測了拉索在各種損傷工況下的索力、主梁線形、動力特性及其變化規(guī)律，通過與理論研究結果的對比分析，得到拉索損傷對斜拉橋結構靜力和動力性能的影響規(guī)律，提出了拉索損傷的靜力和動力監(jiān)測策略?！　?(6)基于灰色系統(tǒng)理論建立了廣義應力和廣義強度的灰色可靠度模型，推導出灰色可靠指標，并運用模糊數(shù)學的模糊評判理論，得到正態(tài)概率分布下水平截集的最優(yōu)水平值，實現(xiàn)對廣義應力和廣義強度的白化處理；利用推導出的灰色可靠指標，完成了對潤揚大橋斜拉橋拉索在主要荷載組合下的疲勞可靠性評價、拉索損傷后的疲勞可靠性評價；并利用設計目標可靠指標，求得拉索損傷的臨界應力值?！　?

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