异形钢管混凝土系杆拱桥吊杆可靠度研究

摘要

我国自改革开放以来一直处于交通基础建设大力发展时期，大量桥梁需要建设，系杆拱桥在桥梁建设中备受青睐。尤其是近十几年来，我国修建了一大批大跨径的系杆拱桥。然而在快速建设过程中，不可避免存在一些安全性问题。吊杆作为系杆拱桥的重要的传力构件，能否正常工作关系到整个系杆拱桥的安全。近年来围绕吊杆失效发生了许多桥梁事故和大量的吊杆更换案例表明吊杆的可靠性研究是十分迫切和必要的。本文以瀛洲大桥为研究对象，在已有相关研究成果的基础上，研究了该桥在车流荷载作用的吊杆疲劳可靠度问题。主要研究过程和成果如下:
　　(1)建立了瀛洲大桥的有限元模型，根据疲劳分析的需要，建模过程中对桥梁结构做了适当的简化。用模态试验和吊杆索力测试的结果与模型计算结果进行比较，验证了模型的精确性，结果表明该简化模型可以满足疲劳分析的精度需求。
　　(2)对瀛洲大桥的交通流资料进行统计，获得该桥的荷载谱，采用蒙特卡罗方法建立瀛洲大桥的车流的数学模型，并使用MATLAB软件进行编程，完成实现交通流在计算机上的模拟，获得该桥的交通流加载数据。
　　(3)将模拟的交通流加载通过程序接口加载到瀛洲大桥的有限元模型进行计算，从结果文件提取吊杆应力时程并采用雨流法循环计数。对垂直吊杆和斜吊杆分别在应力变化、应力幅变化和循环次数三个方面进行分析。分析结果表明，斜吊杆比垂直吊杆的受力更为不利，而且在相同的交通流荷载条件，应力幅循环次数因为吊杆的位置和布置方式而各不相同。
　　(4)基于累积损伤理论推导出了可用于瀛洲桥吊杆可靠度计算方法，采用模拟等方法获得所需变量后，计算了吊杆有无腐蚀两种条件下的可靠度，根据计算结果得出主要结论为:斜吊杆的可靠度指标要低于垂直吊杆，且更早进入大概率失效;处于刚度变化位置的斜吊杆的可靠度指标最低，是需要重点关注的危险吊杆;腐蚀情况下吊杆的可靠度指标比未腐蚀的吊杆有明显的降幅，并且可靠度指标的下降速率腐蚀随着时间的延长而增大。
　　(5)本文还根据威布尔分布概率理论给出了另一种吊杆疲劳可靠度的计算方法并采用该方法计算吊杆可靠度，结果表明该方法同样可以用来分析吊杆疲劳可靠性，虽然计算结果较为保守但是计算简便，仍不失为一种较好的分析方法。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 系杆拱桥可靠性研究现状

1．3 吊杆(索)可靠性研究现状

1．3．1 缆索承载力可靠性研究现状

1．3．2 缆索疲劳可靠性研究现状

1．4 论文工程背景

1．5 本文的研究内容

参考文献

第二章 瀛洲大桥建模及动静力分析

2．1 瀛洲大桥有限元模型建立

2．1．1 主拱的模拟

2．1．2 吊杆的模拟

2．1．3 桥面系的模拟

2．1．4 拱脚三角区的模拟

2．2 瀛洲大桥动力特性分析

2．2．1 有限元模型动力特性计算

2．2．2 瀛洲大桥模态试验

2．3 荷载作用下吊杆索力分析

2．3．1 吊杆索力测试

2．3．2 恒载作用下吊杆索力分析

2．3．3 车辆荷载作用下吊杆索力分析

本章小结

参考文献

第三章 基于蒙特卡罗法的交通流模拟和吊杆应力时程分析

3．1 公路桥梁荷载谱研究现状

3．2 瀛洲大桥交通流统计分析

3．2．1 车辆类型的调查与分布

3．2．2 车重统计分析

3．3 基于蒙特卡罗的车流模拟

3．3．1 蒙特卡罗理论介绍

3．3．2 交通流数学概率模型

3．3．3 借助MATLAB平台的瀛洲大桥随机车流程序

3．4 吊杆应力时程分析

3．4．1 雨流计数法原理

3．4．2 随机车流下的吊杆应力时程分析

本章小结

参考文献

第四章 吊杆疲劳可靠度分析

4．1 结构可靠度理论介绍

4．1．1 结构的可靠度

4．1．2 可靠度的极限状态方程

4．1．3 结构的可靠概率和失效概率

4．1．4 结构的可靠指标

4．1．5 可靠度计算方法

4．2 基于累积损伤法则的疲劳可靠度

4．2．1 Miner线性累积损伤法则与极限状态方程

4．2．2 吊杆疲劳可靠度计算参数获取

4．2．3 未考虑腐蚀的吊杆可靠度计算

4．2．4 考虑腐蚀的吊杆可靠度计算

4．3 基于威布尔分布概率的疲劳可靠度

4．3．1 威布尔分布及可靠度计算方法

4．3．2 威布尔分布吊杆疲劳可靠度计算

本章小结

参考文献

第五章 总结和展望

5．1 总结

5．2 展望

攻读硕士学位期间的研究成果

致谢