预应力混凝土斜拉桥施工过程主梁自重识别概率分析

论文摘要

众所周知,施工过程中的预应力混凝土斜拉桥受到众多因素的影响,使其各种参数不可避免地产生误差,进而导致结构状态偏离设计预期。所以预应力混凝土斜拉桥的施工过程必须进行施工监控,以达到控制结构状态误差、避免结构状态远离设计预期的目的。参数识别是施工监控中的重要一环,其作用是分析结构状态的误差,并通过实测的结构状态识别出预应力混凝土斜拉桥施工过程中各种参数的实际值。主梁自重是预应力混凝土斜拉桥施工过程中影响最大的参数之一,它是参数识别的主要对象。在主梁自重的识别过程中,涉及到一系列的计算参数,在实际的施工过程中,它们都具有随机性,必须通过随机分析方法才能系统全面的掌握它们对主梁自重识别的影响。本文在现有的参数识别方法和概率分析方法的基础上,借鉴结构可靠度的概念,建立了主梁自重识别概率分析的相关概念,并形成一套适用于预应力混凝土斜拉桥施工过程主梁自重识别概率分析的方法。作为工程算例,本文还进一步采用该分析方法进行了国道主干线广州绕城公路南环段甘竹溪大桥施工过程主梁自重识别的随机分析和可靠度分析。全文的工作分为四个基本部分。第一部分简要介绍了预应力混凝土斜拉桥施工监控概况及施工过程参数识别的研究现状,阐述了预应力混凝土斜拉桥施工过程主梁自重识别概率分析的研究背景和目的。第二部分简要介绍了结构概率分析理论,包括常用的结构随机分析方法和结构可靠度的基本概念。此外,还论述了总体分布的假设检验方法及其优缺点。第三部分着重阐述了最小二乘法的基本原理,进而详细论述了基于最小二乘法的主梁自重识别方法;最后以甘竹溪大桥为工程算例,通过数值模拟的途径,展示了该方法在预应力混凝土斜拉桥施工过程主梁自重识别中的实施过程和识别效果。第四部分在第二、第三部分的基础上,系统地阐述了预应力混凝土斜拉桥施工过程主梁自重识别概率分析的相关概念和方法。以甘竹溪大桥为背景,通过对主梁部分典型节段自重识别的蒙特卡罗试验,对识别结果的分布类型进行假设检验,验证了主梁自重识别结果总体服从正态分布。同时,根据上述蒙特卡罗试验的结果,确认了采用响应面-蒙特卡罗法进行随机分析的精度,并利用响应面-蒙特卡罗法完成了主梁典型节段自重识别结果的随机分析。借鉴结构可靠度的概念,本文建立了主梁自重识别可靠度的概念和主梁自重识别可靠度分析的功能函数,对主梁自重识别结果进行可靠度分析,并探讨了权重系数的合理取值问题。本文研究取得的主要结论有:（1）预应力混凝土斜拉桥施工过程中存在许多不确定因素,建立以概率论为基础的施工过程主梁自重识别方法有较大的实用和理论意义,它有助于科学合理地评估主梁自重识别的精度,对高质量、高效率地完成施工过程主梁自重识别工作具有指导作用。（2）在理想情况下,即系统中不存在任何误差的情况下,最小二乘法可得到封闭的识别结果;当识别系统引入误差后,最小二乘法则无法得到准确的结果,且结果的准确程度与输入参数的相对误差有关。（3）通过总体分布的假设检验,可知主梁自重识别结果总体的分布与正态分布非常接近,显著性水平达到5%? ? ? 0.05?,因此可以认为主梁自重识别结果服从正态分布。（4）通过主梁自重识别的随机分析,可知主梁自重识别结果的均值与计算参数取均值时的识别结果非常接近,说明计算参数取均值时的识别结果能近似代表主梁自重的最大可能值。另一方面,在施工过程的短悬臂阶段,主梁自重识别结果的标准差较大,而随着悬臂长度的增加,识别结果的标准差变小,这说明参数误差在短悬臂阶段的影响相对较大,使该阶段的识别结果随机性大于长悬臂阶段的识别结果随机性。（5）通过主梁自重识别的可靠度分析,可知在相同的主梁自重识别可靠度下,短悬臂阶段的识别精度较低,但随着悬臂长度的增加,识别精度提高较快,在长悬臂阶段,主梁自重识别能有较高的精度。如果以90%为主梁自重识别可接受的可靠度,在短悬臂阶段,识别精度约为±21吨,约为主梁自重的5.0%,在长悬臂阶段,识别精度约为±11吨,约为主梁自重的2.6%。（6）由主梁自重识别的参数分析可知,实测的结构响应增量对识别结果的影响最大,其次是施工节段的荷载参数,而结构参数和材料参数只对识别结果产生较小的影响。（7）通过不同权重系数组合下的主梁自重识别可靠度可知,不同类型结构响应的权重系数存在一个最优的组合,它可以使得主梁自重识别在一定的容许偏差下具有最高的可靠度。而主梁自重识别中权重的取值又依赖于实测结构响应的测试精度,对于测量精度较高的响应量,可通过较大的权重系数着重考虑其影响,否则,应取较小的权重系数以减小其作用。当现场索力测量和几何测量达到本文所述的精度时,由于几何测量的相对精度较高,其对应的权重系数应取较大值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 斜拉桥施工监控体系
• 1.1.1 斜拉桥的结构特点及施工方法
• 1.1.2 斜拉桥施工监控概述
• 1.2 斜拉桥施工过程参数识别概述
• 1.2.1 斜拉桥施工过程参数识别的内容
• 1.2.2 斜拉桥施工过程参数识别的方法
• 1.3 斜拉桥施工过程中的不确定因素
• 1.4 主梁自重识别概率分析概述
• 1.5 本文内容
• 参考文献
• 第二章 结构概率分析理论
• 2.1 结构随机分析理论
• 2.1.1 蒙特卡罗法
• 2.1.2 响应面-蒙特卡罗法
• 2.2 随机变量总体分布的假设检验
• 2 拟合检验法'>2.2.1 X²拟合检验法
• 2.2.2 柯尔莫哥洛夫检验法
• 2.3 结构可靠度基本概念
• 2.3.1 结构可靠性与可靠度
• 2.3.2 结构极限状态
• 2.3.3 结构失效概率
• 2.3.4 可靠指标
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 斜拉桥施工过程主梁自重识别
• 3.1 概述
• 3.2 主梁自重识别的方法
• 3.2.1 最小二乘法的原理
• 3.2.2 主梁自重识别的最小二乘法
• 3.3 工程算例
• 3.3.1 工程概况
• 3.3.2 计算思路
• 3.3.3 主要计算参数
• 3.3.4 识别结果
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 斜拉桥施工过程主梁自重识别概率分析
• 4.1 概述
• 4.2 主梁自重识别概率分析方法
• 4.2.1 识别结果随机分析
• 4.2.2 识别结果分布类型
• 4.2.3 主梁自重识别可靠度分析
• 4.3 工程算例
• 4.3.1 甘竹溪大桥施工过程主梁自重识别概率分析方案
• 4.3.2 识别结果随机分析
• 4.3.3 识别结果分布类型分析
• 4.3.4 主梁自重识别可靠度分析
• 4.3.5 关于权重取值问题的讨论
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 结束语
• 5.1 本文主要工作和结论
• 5.1.1 主要工作
• 5.1.2 主要结论
• 5.2 今后研究方向
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件