【博士】拉索損傷對斜拉橋結(jié)構(gòu)性能影響的研究【2005】

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內(nèi)容簡介

　　學(xué)科專業(yè)：防災(zāi)減災(zāi)工程及防護(hù)工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：長沙理工大學(xué)　　學(xué)位年度： 2005年　　大跨度斜拉橋結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)性態(tài)進(jìn)行實(shí)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(yùn)營管理、養(yǎng)護(hù)維修提供依據(jù)和指導(dǎo)。但是由于對斜拉橋主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力特性、損傷原因和機(jī)理，尤其是斜拉索損傷機(jī)理及其損傷對全橋結(jié)構(gòu)靜動力性能的影響、斜拉索的疲勞應(yīng)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(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。本文以潤揚(yáng)長江公路大橋斜拉橋?yàn)楣こ瘫尘?，圍繞著大跨斜拉橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)中尚未解決的關(guān)鍵技術(shù)和存在的主要問題進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容有：　　 (1)分析了斜拉橋的索塔、主梁和拉索等主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件的作用和受力特點(diǎn)，對引起斜拉索損傷的主要原因進(jìn)行了總結(jié)，并介紹了造成斜拉索疲勞損傷的主要振動型式，對危害嚴(yán)重的風(fēng)雨激振產(chǎn)生的條件和機(jī)理進(jìn)行了探討；在此基礎(chǔ)上，對造成拉索損傷的非線性振動特性進(jìn)行研究，建立了小垂度拉索在平面內(nèi)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(yùn)用環(huán)境激勵法對潤揚(yáng)大橋斜拉橋索塔、主梁和索力進(jìn)行了現(xiàn)場動力檢測，為大橋的健康監(jiān)測、診斷和各種災(zāi)害影響下的損傷預(yù)測和損傷評估提供了原始的指紋數(shù)據(jù)。　　 (3)根據(jù)斜拉橋主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件的動力實(shí)測結(jié)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(jìn)行修正，建立了全橋結(jié)構(gòu)精細(xì)有限元模型，其模態(tài)分析結(jié)果與現(xiàn)場動力實(shí)測結(jié)果符合度好。　　 (4)分析了斜拉索損傷對斜拉橋結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的動力變化特征。根據(jù)拉索損傷對全橋結(jié)構(gòu)的靜力和動力性能影響的特征，提出了在斜拉橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)中實(shí)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(yáng)大橋斜拉橋試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，模型主?.78m，邊跨2.73m，全長12.64m。在斜拉橋模型上實(shí)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(jié)果的對比分析，得到拉索損傷對斜拉橋結(jié)構(gòu)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(yīng)力和廣義強(qiáng)度的灰色可靠度模型，推導(dǎo)出灰色可靠指標(biāo)，并運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)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(shí)現(xiàn)對廣義應(yīng)力和廣義強(qiáng)度的白化處理；利用推導(dǎo)出的灰色可靠指標(biāo)，完成了對潤揚(yáng)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(shè)計(jì)目標(biāo)可靠指標(biāo)，求得拉索損傷的臨界應(yīng)力值。　　

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