论文题目: 拉索损伤对斜拉桥结构性能影响的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 防灾减灾工程及防护工程
作者: 赵翔
导师: 李爱群
关键词: 健康监测,安全性,斜拉桥,有限元模型,拉索,损伤,静动力性能,试验模型,灰色理论,可靠度
文献来源: 东南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 大跨度斜拉桥结构健康监测的最终目的就是通过对斜拉桥在各种环境、荷载作用下的结构性态进行实时监测和研究,评估其安全性、适用性和耐久性,为大桥的运营管理、养护维修提供依据和指导。但是由于对斜拉桥主要结构构件的受力特性、损伤原因和机理,尤其是斜拉索损伤机理及其损伤对全桥结构静动力性能的影响、斜拉索的疲劳应力和疲劳可靠性评价等等诸多问题仍没有得到彻底解决,这都直接影响或阻碍了斜拉桥结构健康监测技术的进一步发展。本文以润扬长江公路大桥斜拉桥为工程背景,围绕着大跨斜拉桥结构健康监测系统中尚未解决的关键技术和存在的主要问题进行了研究。主要内容有:(1)分析了斜拉桥的索塔、主梁和拉索等主要结构构件的作用和受力特点,对引起斜拉索损伤的主要原因进行了总结,并介绍了造成斜拉索疲劳损伤的主要振动型式,对危害严重的风雨激振产生的条件和机理进行了探讨;在此基础上,对造成拉索损伤的非线性振动特性进行研究,建立了小垂度拉索在平面内发生横向振动的非线性振动方程,通过数值方法求解析解,得到拉索的非线性振动特性。(2)运用环境激励法对润扬大桥斜拉桥索塔、主梁和索力进行了现场动力检测,为大桥的健康监测、诊断和各种灾害影响下的损伤预测和损伤评估提供了原始的指纹数据。(3)根据斜拉桥主要结构构件的动力实测结果,以基于动态特性的灵敏度分析理论对斜拉桥有限元模型进行修正,建立了全桥结构精细有限元模型,其模态分析结果与现场动力实测结果符合度好。(4)分析了斜拉索损伤对斜拉桥结构静力和动力性能影响的特征。选取弹性模量为损伤变量,模拟斜拉索的损伤,分析了不同拉索损伤下及同一拉索不同损伤程度下的主梁线形、拉索索力的静力变化特征和全桥结构的动力变化特征。根据拉索损伤对全桥结构的静力和动力性能影响的特征,提出了在斜拉桥结构健康监测系统中实现拉索损伤监测的具体方案。(5)制作了1:60缩尺比的润扬大桥斜拉桥试验模型,模型主跨6.78m,边跨2.73m,全长12.64m。在斜拉桥模型上实测了拉索在各种损伤工况下的索力、主梁线形、动力特性及其变化规律,通过与理论研究结果的对比分析,得到拉索损伤对斜拉桥结构静力和动力性能的影响规律,提出了拉索损伤的静力和动力监测策略。(6)基于灰色系统理论建立了广义应力和广义强度的灰色可靠度模型,推导出灰色可靠指标,并运用模糊数学的模糊评判理论,得到正态概率分布下水平截集的最优水平值,实现对广义应力和广义强度的白化处理;利用推导出的灰色可靠指标,完成了对润扬大桥斜拉桥拉索在主要荷载组合下的疲劳可靠性评价、拉索损伤后的疲劳可靠性评价;并利用设计目标可靠指标,求得拉索损伤的临界应力值。
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 桥梁结构健康监测技术的研究与进展
1.2.1 国外桥梁结构健康监测技术的研究现状
1.2.2 国内桥梁结构健康监测技术的研究现状
1.2.3 桥梁结构健康监测技术有待解决的问题
1.3 本文的选题背景和主要工作
1.3.1 选题背景
1.3.2 背景工程介绍
1.3.3 本文的主要研究内容
第二章 拉索的损伤与机理
2.1 斜拉桥的结构特点与受力分析
2.1.1 斜拉桥的发展
2.1.2 斜拉桥的结构特点
2.2 引起斜拉桥结构损伤的主要荷载因素
2.3 斜拉索损伤的主要因素及其机理
2.3.1 引起斜拉索损伤的主要因素
2.3.2 斜拉索的主要振动型式
2.3.3 斜拉索的风雨激振及其机理
2.3.4 斜拉索的非线性振动
2.3.4.1 拉索A13 的非线性分析
2.3.4.2 拉索A7 的非线性分析
2.3.4.3 拉索J1 的非线性分析
2.3.4.4 拉索J13 的非线性分析
2.4 本章小结
第三章 润扬大桥斜拉桥主要结构构件的现场动力实测
3.1 索塔动力特性实测
3.1.1 测试方案及过程
3.1.1.1 测点布置
3.1.1.2 主要设备仪器
3.1.1.3 数据采集
3.1.2 数据处理和分析
3.1.2.1 测试数据的时域分析
3.1.2.2 测试数据的频域分析
3.1.2.3 测试数据的模态分析
3.2 主梁动力特性实测
3.3 拉索索力的实测
3.3.1 测试理论
3.3.2 索力测试结果分析
3.4 本章小结
第四章 基于动态特性灵敏度分析的斜拉桥有限元模型修正
4.1 斜拉桥有限元模型的建立
4.2 基于动态特性灵敏度分析的斜拉桥有限元模型修正理论
4.3 斜拉桥索塔模型的修正
4.3.1 模型误差分析
4.3.2 模型参数灵敏度分析
4.3.3 索塔模型修正
4.4 斜拉索参数灵敏度分析
4.5 全桥结构有限元模型分析
4.6 本章小结
第五章 拉索损伤的斜拉桥结构静动力性能分析
5.1 斜拉索损伤变量的选取
5.2 斜拉桥结构静力分析
5.3 拉索损伤下斜拉桥结构静力性能分析
5.3.1 不同拉索损伤下主梁线形的变化
5.3.2 不同拉索损伤下索力的变化
5.3.3 拉索不同损伤程度下全桥结构静力分析
5.4 拉索损伤下斜拉桥结构动力性能分析
5.4.1 不同拉索损伤下全桥结构动力分析
5.4.2 拉索不同损伤程度下全桥结构动力分析
5.5 拉索损伤的监测方案
5.5.1 拉索索力的监测方案
5.5.2 拉索振动的监测方案
5.5.3 主梁线形的监测方案
5.5.4 主梁振动的监测方案
5.6 本章小结
第六章 拉索损伤的斜拉桥模型试验
6.1 斜拉桥试验模型的设计和制作
6.1.1 模型设计原则
6.1.2 模型尺寸
6.2 拉索损伤对斜拉桥模型静力性能的影响
6.2.1 拉索损伤对索力的影响
6.2.1.1 边跨拉索损伤对索力的影响
6.2.1.2 中跨拉索损伤对索力的影响
6.2.2 拉索损伤对桥面线形的影响
6.2.3 理论研究与试验结果的对比分析
6.2.4 拉索损伤的静力监测策略
6.3 拉索损伤对斜拉桥模型动力性能的影响
6.3.1 边跨拉索对称损伤下斜拉桥模型的动力特性影响
6.3.2 中跨拉索对称损伤下斜拉桥模型的动力特性影响
6.3.3 拉索不对称损伤下斜拉桥模型的动力特性影响
6.3.4 理论研究与试验结果的对比分析
6.3.5 拉索损伤的模态曲率识别
6.3.6 拉索损伤的动力监测策略
6.4 本章小结
第七章 基于灰色系统理论的拉索损伤可靠性评估
7.1 影响斜拉桥结构可靠性的不确定性因素
7.2 斜拉桥结构的可靠度设计
7.3 基于灰色系统理论的灰色可靠度和失效概率
7.3.1 灰色概率
7.3.2 广义应力和广义强度的灰色可靠度模型
7.3.3 灰色可靠指标
7.4 拉索的可靠性评估
7.4.1 拉索A13 可靠度分析
7.4.2 拉索A7 可靠度分析
7.4.3 拉索A1 可靠度分析
7.4.4 拉索J13 可靠度分析
7.4.5 拉索的可靠度评价
7.5 拉索损伤后的可靠性评估
7.5.1 拉索AU13 损伤后AD13 的可靠度分析
7.5.2 拉索AU13 损伤后AU12 的可靠度分析
7.5.3 拉索JU9 损伤后JD9 的可靠度分析
7.5.4 拉索JU9 损伤后JU8 的可靠度分析
7.5.5 拉索损伤后的可靠度评价
7.6 拉索损伤的临界应力值
7.7 本章小结
第八章 总结与展望
8.1 全文总结
8.2 后续工作的展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文
致谢
发布时间: 2007-06-11
参考文献
- [1].大跨度板桁结合主梁斜拉桥极限承载力分析[D]. 韦成龙.中南大学2004
- [2].薄壁箱梁混合单元及其在斜拉桥双重非线性分析中的应用研究[D]. 江锋.中南大学2004
- [3].斜拉桥地震响应分析中的索桥耦合振动和阻尼特性研究[D]. 布占宇.浙江大学2005
- [4].斜拉桥结构体系使用安全性评估理论与方法研究[D]. 唐涛.同济大学2006
- [5].斜拉桥拉索参数振动研究[D]. 任淑琰.同济大学2007
- [6].大型斜拉桥长期健康监测系统的关键技术研究[D]. 王应军.武汉理工大学2006
- [7].磁流变阻尼器对斜拉桥拉索振动控制的理论与试验研究[D]. 禹见达.湖南大学2007
- [8].板桁结合梁斜拉桥空间结构分析与施工控制技术研究[D]. 李元松.武汉理工大学2008
- [9].斜拉桥近似解析方法研究[D]. 陈恒大.长安大学2017
- [10].斜拉桥拉索振动控制新技术研究[D]. 王修勇.中南大学2002
Abstract:da kua du xie la qiao jie gou jian kang jian ce de zui zhong mu de jiu shi tong guo dui xie la qiao zai ge chong huan jing 、he zai zuo yong xia de jie gou xing tai jin hang shi shi jian ce he yan jiu ,ping gu ji an quan xing 、kuo yong xing he nai jiu xing ,wei da qiao de yun ying guan li 、yang hu wei xiu di gong yi ju he zhi dao 。dan shi you yu dui xie la qiao zhu yao jie gou gou jian de shou li te xing 、sun shang yuan yin he ji li ,you ji shi xie la suo sun shang ji li ji ji sun shang dui quan qiao jie gou jing dong li xing neng de ying xiang 、xie la suo de pi lao ying li he pi lao ke kao xing ping jia deng deng zhu duo wen ti reng mei you de dao che de jie jue ,zhe dou zhi jie ying xiang huo zu ai le xie la qiao jie gou jian kang jian ce ji shu de jin yi bu fa zhan 。ben wen yi run yang chang jiang gong lu da qiao xie la qiao wei gong cheng bei jing ,wei rao zhao da kua xie la qiao jie gou jian kang jian ce ji tong zhong shang wei jie jue de guan jian ji shu he cun zai de zhu yao wen ti jin hang le yan jiu 。zhu yao nei rong you :(1)fen xi le xie la qiao de suo da 、zhu liang he la suo deng zhu yao jie gou gou jian de zuo yong he shou li te dian ,dui yin qi xie la suo sun shang de zhu yao yuan yin jin hang le zong jie ,bing jie shao le zao cheng xie la suo pi lao sun shang de zhu yao zhen dong xing shi ,dui wei hai yan chong de feng yu ji zhen chan sheng de tiao jian he ji li jin hang le tan tao ;zai ci ji chu shang ,dui zao cheng la suo sun shang de fei xian xing zhen dong te xing jin hang yan jiu ,jian li le xiao chui du la suo zai ping mian nei fa sheng heng xiang zhen dong de fei xian xing zhen dong fang cheng ,tong guo shu zhi fang fa qiu jie xi jie ,de dao la suo de fei xian xing zhen dong te xing 。(2)yun yong huan jing ji li fa dui run yang da qiao xie la qiao suo da 、zhu liang he suo li jin hang le xian chang dong li jian ce ,wei da qiao de jian kang jian ce 、zhen duan he ge chong zai hai ying xiang xia de sun shang yu ce he sun shang ping gu di gong le yuan shi de zhi wen shu ju 。(3)gen ju xie la qiao zhu yao jie gou gou jian de dong li shi ce jie guo ,yi ji yu dong tai te xing de ling min du fen xi li lun dui xie la qiao you xian yuan mo xing jin hang xiu zheng ,jian li le quan qiao jie gou jing xi you xian yuan mo xing ,ji mo tai fen xi jie guo yu xian chang dong li shi ce jie guo fu ge du hao 。(4)fen xi le xie la suo sun shang dui xie la qiao jie gou jing li he dong li xing neng ying xiang de te zheng 。shua qu dan xing mo liang wei sun shang bian liang ,mo ni xie la suo de sun shang ,fen xi le bu tong la suo sun shang xia ji tong yi la suo bu tong sun shang cheng du xia de zhu liang xian xing 、la suo suo li de jing li bian hua te zheng he quan qiao jie gou de dong li bian hua te zheng 。gen ju la suo sun shang dui quan qiao jie gou de jing li he dong li xing neng ying xiang de te zheng ,di chu le zai xie la qiao jie gou jian kang jian ce ji tong zhong shi xian la suo sun shang jian ce de ju ti fang an 。(5)zhi zuo le 1:60su che bi de run yang da qiao xie la qiao shi yan mo xing ,mo xing zhu kua 6.78m,bian kua 2.73m,quan chang 12.64m。zai xie la qiao mo xing shang shi ce le la suo zai ge chong sun shang gong kuang xia de suo li 、zhu liang xian xing 、dong li te xing ji ji bian hua gui lv ,tong guo yu li lun yan jiu jie guo de dui bi fen xi ,de dao la suo sun shang dui xie la qiao jie gou jing li he dong li xing neng de ying xiang gui lv ,di chu le la suo sun shang de jing li he dong li jian ce ce lve 。(6)ji yu hui se ji tong li lun jian li le an yi ying li he an yi jiang du de hui se ke kao du mo xing ,tui dao chu hui se ke kao zhi biao ,bing yun yong mo hu shu xue de mo hu ping pan li lun ,de dao zheng tai gai lv fen bu xia shui ping jie ji de zui you shui ping zhi ,shi xian dui an yi ying li he an yi jiang du de bai hua chu li ;li yong tui dao chu de hui se ke kao zhi biao ,wan cheng le dui run yang da qiao xie la qiao la suo zai zhu yao he zai zu ge xia de pi lao ke kao xing ping jia 、la suo sun shang hou de pi lao ke kao xing ping jia ;bing li yong she ji mu biao ke kao zhi biao ,qiu de la suo sun shang de lin jie ying li zhi 。
标签：健康监测论文; 安全性论文; 斜拉桥论文; 有限元模型论文; 拉索论文; 损伤论文; 静动力性能论文; 试验模型论文; 灰色理论论文; 可靠度论文;