考虑流速空间相关性的简支梁桥洪水作用可靠度分析

摘要

我国西南山区桥梁易遭受洪水侵袭。在山区公路桥梁中应用广泛的简支桥梁水毁严重，目前对洪水作用下桥梁结构的可靠度研究较少。渠道中沿桥梁跨度方向各点流速具有一定的空间相关性，现有研究尚未考虑流速这种特性对洪水作用下桥梁可靠度的影响。事实上，如果忽略流速这种特性，分析结果与真实值可能存在较大的误差，与实际不符。因此，对洪水作用下的简支桥梁进行可靠度分析，并考虑流速空间相关性的影响，具有重要的工程价值。本文由水槽试验数据分析明渠流流速空间相关性，根据渠道中洪水流速分布特点计算了洪水对桥梁作用力。依据桥梁水毁资料，提出了简支桥梁洪水作用下三种典型失效模式并建立相应的功能函数。以一座两跨混凝土简支桥梁为例，用中心点法模拟了流速沿桥梁跨度方向的一维随机场，研究了流速空间相关性对洪水作用下桥梁可靠度的影响。
　　本研究主要内容包括：①流速具有空间相关性，随着距离的增大，相关系数减小；流速相关函数可采用指数余弦型进行拟合。②简支梁桥三种典型失效模式的可靠指标均随洪水流速增大而减小；桥墩支座处可靠指标小于桥台支座处可靠指标；可靠指标随着相对淹没深度h*的增大而减小，但减小速率不同：当*1?h?2.5，可靠指标减小较快；当h*2.5后，各失效模式的可靠指标趋于恒定。此时，三种失效模式中，上部结构倾覆破坏可靠指标最大，支座滑动破坏可靠指标最小，即最易发生桥墩支座滑动破坏。③考虑流速空间相关性时，可靠指标随流速增大而减小，与不考虑流速空间相关性时一致；流速空间相关性对可靠指标影响较显著,不考虑流速空间相关性时可靠指标偏保守；随着流速相关距离增大，可靠指标减小，但减小幅度越来越小，当相对相关尺度(相关距离与桥梁跨度之比)大于2/35后，对可靠指标的影响趋于恒定。

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主要符号表

1 绪 论

1.1研究背景

1.2研究现状

1.3研究意义和研究内容

2 流速空间相关性分析

2.1概述

2.2河道流速空间分布特性

2.3 流速空间相关性分析

2.4中心点法随机场离散

2.5本章小结

3 洪水对桥梁作用力分析

3.1概述

3.2洪水对简支桥梁作用力分析

3.3本章小结

4 简支桥梁洪水作用下典型失效模式

4.1概述

4.2可靠度分析的基本原理

4.3桥梁板式橡胶支座简介

4.4支座滑动破坏

4.5支座剪切破坏

4.6上部结构倾覆破坏

4.7本章小结

5 简支桥梁受洪水作用可靠度分析

5.1概述

5.2工程算例模型概况

5.3荷载效应和抗力参数统计

5.4蒙特卡洛法计算桥梁可靠度

5.5不考虑流速空间相关性的桥梁可靠度分析

5.6考虑流速空间相关性的桥梁可靠度分析

5.7本章小结

6 结论和展望

6.1本文主要结论

6.2本文创新点

6.3今后研究展望

致谢

参考文献