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桥梁基于失效包络图理论的可视化安全评估

作　者: 马少春
导　师: 鲍鹏
学　校: 河南大学
专　业: 结构工程
关键词: 桥梁结构 有限元 失效评估杆元 失效接近度 失效包络图 安全余度
分类号: U441
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 45次
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内容摘要


本文利用ANSYS有限元软件建立了许沟特大桥数值模型,对其在不同工况下进行了计算。对桥梁结构所承受的弯矩、轴力、位移等内力和所产生的变形进行研究与分析,了解了其工作状态情况,找出了某种状态作用下结构的最危险点以及较薄弱环节。比如许沟特大桥的拱顶及拱脚等部位。这一发现可以为工程结构的进一步研究提供必要依据,了解该结构具体哪些部位或者结构哪些具体构件是该结构较危险部分,在工程结构设计施工及工程管理、维护、加固过程中应着重关注。文章通过利用失效包络图理论,推导并得出了桥梁结构直杆系及拱杆系在内力的作用下的各层次可视化安全评估新模式。主要包括:①结构直杆系失效准则、失效接近度、安全余度、可视包络图等;②结构拱杆系失效准则、失效接近度、安全余度、可视包络图等。由于在多种荷载作用下,其内力组合相对较为复杂,工作状态可视点在包络图中的大体布置也较为分散。这种情况对桥梁结构的安全性能影响较大。而工作状态可视点会无限地靠近包络图的边界表面或棱边界限,这就会直接威胁到桥梁结构的安全性和耐久性。所以,作者也试图通过对桥梁结构工作状态可视图的分析,直观地找出八面体失效包络图区域内,各点工作状态所对应坐标内的可视群点具体的分布规律。这样能够最终实现对桥梁结构的可视化安全评估,为桥梁工程的科学管理与制定最优维护方案提供必要参考。在文章末尾,针对桥梁结构的可视化安全评估,做了一些展望。在尽可能采用监测与静动结合的评估方法的同时,还指出了桥梁结构有限元建模、网格的划分、边界条件约束以及科学的安全评估等过程应特别注意的问题;对于可视化安全评估,也应综合考虑各种因素(如剪力、扭矩、平动转动位移、刚度等)对结构状态评估的影响。最后文章进一步提出了可以尝试从桥梁工程能量角度(如外力势能的变化率)来描述各杆件在结构中所处的重要性,即角色问题等,从而更好地实现对桥梁结构的可视化安全评估。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章 绪论  10-26
  1.1 工程背景及选题意义  10-14
  1.2 桥梁工程健康监测及安全评估国内外研究现状  14-19
    1.2.1 桥梁工程健康监测研究现状  14-17
    1.2.2 桥梁工程安全评估研究现状  17-19
  1.3 本文研究内容、方法及技术路线  19-26
    1.3.1 本文研究内容  19-21
    1.3.2 研究方法及技术路线  21-26
第二章 有限元法基本原理  26-34
  2.1 概论  26
  2.2 有限元法的发展历程  26-27
  2.3 有限元法分析的基本步骤  27-28
    2.3.1 结构的离散化  27-28
    2.3.2 单元分析、集成及求解节点位移  28
    2.3.3 通过模型节点位移计算模型单元的应变与应力  28
  2.4 有限元网格划分指导思想、方法及质量评估  28-30
    2.4.1 有限元网格划分的指导思想  28-29
    2.4.2 网格划分的基本方法  29-30
    2.4.3 网格质量评估  30
  2.5 有限元法在工程上的应用  30-31
  2.6 ANSYS 简介  31-34
第三章 连霍高速公路许沟特大桥有限元模型的建立  34-46
  3.1 引言  34
  3.2 许沟特大桥工程概况  34-37
    3.2.1 许沟特大桥工程地质情况  35
    3.2.2 许沟特大桥所处地区气候环境情况  35
    3.2.3 许沟特大桥技术指标情况  35-36
    3.2.4 许沟特大桥主要材料情况  36-37
  3.3 许沟特大桥有限元模型的建立  37-45
    3.3.1 许沟特大桥有限元模型  37
    3.3.2 许沟特大桥梁理论基本假定  37-38
    3.3.3 许沟特大桥单元类型的选择  38-41
    3.3.4 许沟特大桥模型材料属性参数  41
    3.3.5 许沟特大桥模型网格划分  41-42
    3.3.6 许沟特大桥荷载计算  42-45
  3.4 本章小结  45-46
第四章 许沟特大桥数值分析  46-62
  4.1 概述  46
  4.2 许沟特大桥有限元结果分析  46-60
    4.2.1 许沟特大桥各工况工作状态弯矩极值云图结果分析  47-51
    4.2.2 许沟特大桥各工况工作状态轴力图结果分析  51-54
    4.2.3 许沟特大桥各工况工作状态Y 方向及Z 方向位移图结果分析  54-60
  4.3 工程建议  60-62
第五章 许沟特大桥可视化安全评估  62-84
  5.1 概况  62
  5.2 桥梁工程失效包络图理论基础  62-69
    5.2.1 桥梁工程截面失效包络图理论  62-65
    5.2.2 桥梁工程杆元及结构失效包络图理论  65-69
  5.3 许沟特大桥安全评估可视图结果分析  69-84
    5.3.1 许沟特大桥结构构件直杆系可视图结果分析  70-76
    5.3.2 许沟特大桥结构构件拱杆系可视图结果分析  76-84
第六章 结论与展望  84-88
  6.1 结论  84-85
  6.2 展望  85-88
参考文献  88-93
攻读硕士学位期间发表论文及参与项目情况  93-94
致谢  94-96

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 桥涵工程 > 结构原理、结构力学
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