连续刚构桥施工期墩身稳定性及其可靠性研究

摘要

近年来预应力混凝土结构刚构桥应用广泛，刚构桥施工期结构墩身失稳失效概率随施工步骤而变化，由于刚构桥施工期结构失效概率要大于统一标准规定的服役期失效概率，因此研究连续刚构桥梁施工期体系可靠性具有重要的意义。本文以炎汝高速公路三十三标的黑垅大桥作为现实工程背景，对高墩大跨刚构桥施工过程中的最大悬臂阶段与成桥阶段进行墩身稳定性和可靠性研究，本文具体工作如下:
　　(1)按照我国现行规范界定的工程结构的承载力极限状态与正常使用极限状态方程，论述了工程结构可靠度的基础概念与工程结构系统可靠度的分析方法，通过计算分析的工程结构可靠指标，比对了一次二阶矩方法(FOSM)与响应面方法(RSM)的计算精度。
　　(2)对工程结构系统的失效模式进行了探讨，简要的介绍了结构串联系统、结构并联系统和结构串-并联系统。分析了宽界限方法和窄界限方法的上下界和概率网络估算技术方法等工程结构的可靠性评估方法的优缺点。
　　(3)叙述了工程结构第一类与第二类稳定问题的基本理论，提出现实工程结构稳定问题大多数为第二类稳定问题，使用大型有限元分析软件Midas/Civil对黑垅大桥创建最高悬臂阶段和成桥阶段的空间有限元模型来进行黑垅大桥的稳定性分析，同时工况考虑了风荷载效应、挂篮跌落和日照温差效应等荷载的影响，得出各荷载工况下对桥梁稳定性的影响情况。
　　(4)按照高墩大跨刚构桥不同施工过程抗力和荷载的相关性，创建高墩大跨刚构桥基于随机过程模型在失稳失效形式下的功能函数，论述了桥梁结构失效模式的寻找和体系可靠度的计算过程，探讨了工程结构抗力、恒载和活载施工过程荷载作用随机性，由实桥模型的计算分析表明了该方式能够有效分析连续刚构桥悬臂施工过程墩身可靠性，分析结果对实际工程结构的可靠性分析有一定的研究参考意义。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 连续刚构桥概述

1．2．1 国内外刚构桥的发展

1．2．2 连续刚构桥的特点和趋势

1．3 工程结构可靠度理论研究

1．3．1 工程结构可靠度发展历史

1．3．2 桥梁结构施工期可靠度

1．4 本文主要研究内容

第二章 工程结构可靠度计算方法

2．1 工程结构可靠指标

2．2 一次二阶矩法

2．2．1 中心点法

2．2．2 验算点法

2．3 Monte Carlo法

2．3．1 Monte Carlo模拟的直接抽样法

2．3．2 Monte Carlo模拟的重要抽样法

2．3．3 Monte Carlo模拟的方向抽样法

2．4 响应面法

2．5 算例分析

2．6 本章小结

第三章 工程结构体系可靠性方法研究

3．1 工程结构体系及可靠度

3．2 工程结构体系失效概率

3．2．1 宽界限法

3．2．2 窄界限法

3．3 串联和并联体系结构失效概率的计算

3．4 本章小结

第四章 工程结构稳定分析理论

4．1 稳定问题的判别

4．2 两类稳定问题

4．2．1 第一类稳定问题

4．2．2 第二类稳定问题

4．3 工程结构稳定性评价指标和判别准则

4．3．1 工程结构稳定性评价指标

4．3．1 工程结构稳定性判别准则

4．4 本章小结

第五章 工程结构有限元模型

5．1 工程概况

5．2 有限元模型

5．2．1 有限元模型的建立

5．2．2 有限元模型的结果分析

5．3 黑垅大桥施工期稳定性分析

5．3．1 施工期最大悬臂状态稳定性分析

5．3．2 成桥稳定性分析

5．4 黑垅大桥施工期墩身稳定可靠性研究

5．4．1 主要失效模式的选取

5．4．2 黑垅大桥墩身稳定可靠度结果分析

5．5 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

一 攻读学位期间发表论文

二 研究生学习期间参加的课题项目