斜拉桥结构体系使用安全性评估理论与方法研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 概述
• 1.1 引言
• 1.2 既有斜拉桥结构使用现状及安全性评估的意义
• 1.2.1 既有斜拉桥结构使用现状
• 1.2.2 既有斜拉桥破损原因分析
• 1.3 斜拉桥结构体系可靠性评估理论研究现状
• 1.3.1 承载能力极限状态下斜拉桥可靠性分析方法
• 1.3.2 正常使用状态下斜拉桥可靠性分析方法
• 1.3.3 施工期斜拉桥可靠性分析方法
• 1.4 结构可靠度评估理论研究现状
• 1.4.1 结构时变可靠度的分析历史和研究现状
• 1.4.2 结构体系主要失效模式识别方法的研究现状
• 1.4.3 结构体系可靠性评估方法的研究现状
• 1.5 本文研究方法和主要工作内容
• 1.5.1 斜拉桥结构体系使用安全评估理论与方法
• 1.5.2 本文研究的主要内容
• 1.6 本章小结
• 第2章 既有斜拉桥评估荷载概率模型
• 2.1 引言
• 2.2 恒载效应分析
• 2.2.1 小应变弹性悬链线单元分析
• 2.2.2 杆单元分析
• 2.2.3 梁单元分析
• 2.2.4 有限元平衡方程组求解
• 2.2.5 斜拉桥结构恒载效应分析
• 2.3 交通荷载概率模型
• 2.3.1 交通荷载概率模型分析
• 2.3.2 风的作用
• 2.4 研究实例
• 2.4.1 斜拉桥恒载效应分析
• 2.4.2 交通荷载调查及统计分析
• 2.4.3 Monte-Carlo方法模拟车流
• 2.4.4 车辆荷载效应概率模型
• 2.5 本章小结
• 第3章 斜拉索抗力退化概率模型
• 3.1 引言
• 3.2 抗力退化概率模型
• 3.2.1 钢丝锈蚀评级标准
• 3.2.2 拉索锈蚀分布模拟分析
• 3.2.3 钢丝力学分析模型
• 3.2.4 抗力退化概率模型分析
• 3.3 工程实例
• 3.3.1 现场检测的内容和方法
• 3.3.2 斜拉索锈蚀分布检验
• 3.3.3 拉索抗力概率模型分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 斜拉桥结构体系使用安全可靠性评估
• 4.1 引言
• 4.2 斜拉桥结构体系使用安全可靠性评估的特点
• 4.2.1 使用安全评估的目的
• 4.2.2 使用安全评估的定义
• 4.2.3 考虑随机因素的概率描述
• 4.2.4 获取的信息量
• 4.2.5 评估使用的工作模型
• 4.2.6 使用安全评估的方法
• 4.3 斜拉桥结构时变可靠性分析
• 4.3.1 时变可靠度分析的数学模型
• 4.3.2 荷载和抗力的概率分析方法
• 4.3.3 全随机过程时变可靠度计算方法
• 4.4 识别结构体系主要失效模式的改进算法
• 4.4.1 β约界法
• 4.4.2 Monte Carlo法
• 4.4.3 结构体系主要失效模式识别的改进β约界法
• 4.5 斜拉桥结构体系使用安全可靠性分析
• 4.5.1 斜拉桥结构的可靠性分析模型
• 4.5.2 主要失效模式识别
• 4.5.3 使用安全可靠性评估方法
• 4.5.4 使用安全可靠性评估流程
• 4.6 本章小结
• 第5章 工程实例研究
• 5.1 石门大桥概况
• 5.2 拉索时变可靠性分析
• 5.3 结构体系使用安全可靠性分析
• 5.3.1 主要失效模式识别
• 5.3.2 斜拉桥结构体系可靠性分析模型
• 5.3.3 斜拉桥结构体系使用安全可靠性分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 主要工作总结
• 6.2 主要结论和创新点
• 6.3 有待于进一步研究的工作方向
• 致谢
• 参考文献
• 附录 A
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果