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基于静动力有限元模型修正的既有钢筋混凝土拱桥承载能力评估

作　者: 谢瑞杰
导　师: 任伟新
学　校: 中南大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 钢砼拱桥静动载试验 ANSYS 模型修正承载力评估
分类号: U441
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

桥梁工程是关系到国家经济、民生的重要基础交通设施。为了保障交通设施的安全、通畅,最大限度的利用现有资源,须对既有桥梁的现实工作状况做出科学的评估,以了解桥梁的实际工作状态,包括损伤状况,实际现有承载能力,甚至使用寿命等信息。本文介绍了一种基于静动力有限元模型修正的既有桥梁承载能力评估方法,并成功应用于一座既有钢筋混凝土拱桥。并且证明这种方法不仅可以对桥梁承载能力做出全面的评估,而且可以对桥梁未来承载能力进行预测和分析,有较好的推广前景。本文以湖南衡阳某钢筋混凝土系杆拱桥为背景,进行基于静动力有限元模型修正的桥梁承载能力评估。论文的主要工作如下：1.进行桥梁现场静载试验,利用车辆加载,测量了三种试验工况下系梁、拱肋、桥面等测点的位移；进行现场环境振动试验,测量了该桥的竖向、扭转动力特性,以及吊索恒载下的索力。并与初始有限元模型计算结果进行对比分析。2.选择影响结构力学特性的参数：弹模、密度、约束等,进行参数灵敏度分析,并选取灵敏度较大的参数作为待修正参数。3.以初始有限元模型和实测值在频率、位移等指标上的残差建立目标函数。选用加权组合目标函数和目标函数规划法对结构进行有限元模型修正,得到反映桥梁实际工作状况的有限元模型。4.以桥梁实际工作模型为基础,验算了该桥在恒载和活载状况下各构件关键截面的安全评估系数,验证了桥梁的安全性能。并通过吊索面积折减和车辆超载分析,研究了该桥未来在损伤状况和应对车辆超载时的结构反应,对其承载能力进行了预测。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-9
第一章绪论  9-21
  1.1 课题的提出及研究意义  9-10
  1.2 既有桥梁评估的概念  10-11
    1.2.1 桥梁评估的内容  10-11
    1.2.2 桥梁评估的步骤  11
  1.3 桥梁评估的方法及研究现状  11-18
    1.3.1 既有桥梁承载能力评估主要方法及研究现状  11-13
    1.3.2 桥梁技术状态评估的理论和发展  13-15
    1.3.3 基于有限元模型修正的桥梁承载能力评估  15-17
    1.3.4 基于有限元模型修正的桥梁承载能力评估的必要性  17-18
  1.4 当前存在的问题以及本文的主要工作  18-21
    1.4.1 基于有限元模型修正的桥梁承载能力评估存在的问题  18
    1.4.2 本文的主要工作  18-21
第二章既有钢筋混凝土拱桥病害  21-29
  2.1 工程背景  21-22
  2.2 既有钢筋混凝土拱桥常见病害  22-27
    2.2.1 钢筋混凝土拱桥外观检查  22-23
    2.2.2 混凝土强度检测  23-24
    2.2.3 混凝土炭化深度检测  24-25
    2.2.4 钢筋锈蚀检测  25-27
    2.2.5 外观检测结果  27
  2.3 桥梁病害在有限元模型修正中的模拟  27-29
第三章既有钢筋混凝土拱桥静动载试验  29-42
  3.1 引言  29
  3.2 钢筋混凝土拱桥静载试验  29-33
    3.2.1 静载试验测试项目  29-30
    3.2.2 试验材料及设备  30
    3.2.3 静载试验测点布置  30-32
    3.2.4 加载工况  32
    3.2.5 静载试验加载过程控制  32-33
    3.2.6 静载试验结果分析  33
  3.3 钢筋混凝土拱桥动载试验  33-41
    3.3.1 动载试验目的  33-34
    3.3.2 动载仪器设备  34
    3.3.3 测点布置  34-35
    3.3.4 测试项目  35
    3.3.5 测试数据处理方法及结果  35-41
  3.4 本章小结  41-42
第四章钢筋混凝土拱桥实际工作模型的建立  42-67
  4.1 引言  42
  4.2 有限元模型修正的过程  42-44
  4.3 优化原理的数学模型  44-47
    4.3.1 优化原理的数学模型  44-45
    4.3.2 常用的非线性优化解法  45-47
  4.4 钢筋混凝土拱桥参数选择与参数分析  47-49
    4.4.1 待修正参数选择  47-48
    4.4.2 参数灵敏度分析  48-49
  4.5 目标函数选择与多目标优化方法  49-53
    4.5.1 目标函数构造与选择  49-51
    4.5.2 多目标优化方法  51-52
    4.5.3 状态变量与振型匹配  52-53
  4.6 有限元模型修正结果  53-62
    4.6.1 采用加权组合法构造目标函数的修正结果  53-58
    4.6.2 目标规划法修正结果分析  58-62
  4.7 修正后模型与实测数据的相关性  62-65
    4.7.1 两种修正方法评述  62
    4.7.2 采用加权目标函数法修正后结果与实测值的相关性分析  62-65
  4.8 本章小结  65-67
第五章既有钢筋混凝土拱桥承载能力评估  67-88
  5.1 引言  67-69
  5.2 结构恒载下安全性能评估  69-72
    5.2.1 结构构件在恒载作用下内力及评估  69-70
    5.2.2 吊索安全系数  70-72
  5.3 结构构件活载下承载能力评估、预测  72-86
    5.3.1 活荷载作用下各构件截面承载能力评估  72-75
    5.3.2 活荷载作用下各吊索承载能力评估  75-78
    5.3.3 考虑吊索锈蚀面积折减后结构承载能力  78-83
    5.3.4 结构承载活载的极限状态  83-86
  5.4 本章小结  86-88
第六章结论与展望  88-92
  6.1 本文主要工作及结论  88-90
  6.2 论文展望  90-92
参考文献  92-95
致谢  95-96
攻读学位期间主要的研究成果  96

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