悬索桥预应力锚固系统时变可靠度研究

发布时间：2017-04-07 12:13

  本文关键词：悬索桥预应力锚固系统时变可靠度研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：悬索桥的锚固系统是整座桥梁的安全所系,其可靠度水平直接关系桥梁的安全状态。国内悬索桥预应力锚固系统应用较为广泛,传统上采用灌注水泥砂浆进行防护,近年来又发明了可更换预应力锚固系统,采用灌注油脂进行防护,是技术上的进步。然而对于这种锚固系统的实际腐蚀状况以及设计基准期内的可靠性如何,很少见有报道及研究。本文尝试应用可靠度理论,对预应力锚固系统考虑腐蚀因素的可靠性做了初步研究,主要工作内容如下：通过对影响钢绞线腐蚀因素的研究,基于已有的实验研究结果建立了预应力钢绞线力学时变模型；介绍目前时变可靠度理论研究中常用的几种方法,分别编制了相应算法的程序,并对各方法的计算结果进行了比较分析,讨论了各算法的适用性；对锚固系统的失效模式进行分析,基于预应力钢绞线的力学性能退化模型建立了锚固系统时变抗力模型,基于资料统计及有限元计算结果建立了荷载效应模型,进而建立锚固系统功能函数表达式。通过计算了锚固系统的时变可靠度指标评估设计基准期内锚固系统的可靠性。分析了锚固系统的时变风险率,并对功能函数各随机变量的参数敏感性进行了分析。计算主缆索股在腐蚀损伤情况下的可靠度指标,并与其相应的安全系数进行比较,讨论了采用传统安全系数法设计的主缆在寿命期内的可靠性。建立基于时变可靠度的锚固系统检修决策模型,基于后期检修总费用最小的目标及可靠度指标限值的约束条件对检修决策进行了优化。该优化算法利用事件树模型考虑了所有维修的可能性,考虑检查的精度以及后期检修费用的折现。利用该算法对不同条件下的检修决策优化结果进行了讨论。研究结果表明,悬索桥的预应力锚固系统可靠性对腐蚀较为敏感,在设计基准期内的可靠度指标退化较快。对随机变量的参数敏感性分析表明锚固系统可靠性的降低主要由于预应力筋的腐蚀导致性能退化。对主缆索股的可靠度分析表明,采用传统安全系数法设计的主缆具有较高的可靠性,尽管索股的腐蚀损伤会导致可靠度指标降低,但是对于极限承载能力状态的可靠度指标而言仍然在大多数情况下满足要求。锚固系统检修决策方案的优化结果依赖于检查的精度以及失效损伤在后期管理总费用中所占的比例,以及预应力筋的腐蚀速率,因此需要建立相应的监测机制,以监测预应力筋的腐蚀状态,为剩余服役基准期内的可靠度评定以及检修方案的决策提供依据。
【关键词】：悬索桥 预应力锚固系统 时变可靠度 腐蚀 抗力退化 检修策略优化
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U448.25
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 课题背景及研究意义11-15
• 1.1.1 锚固系统可靠性问题的提出11-14
• 1.1.2 研究意义14-15
• 1.2 时变可靠度理论研究进展15-17
• 1.2.1 结构时变可靠度的基本概念15-16
• 1.2.2 结构时变可靠度的研究进展16-17
• 1.3 论文主要研究内容17-19
• 第2章 桥梁结构抗力模型与荷载模型19-36
• 2.1 引言19
• 2.2 抗力的随机过程模型19-22
• 2.2.1 退化函数模型19-20
• 2.2.2 独立增量过程模型20-22
• 2.3 钢绞线腐蚀模型22-31
• 2.3.1 钢绞线腐蚀机理22-23
• 2.3.2 影响腐蚀的因素23-25
• 2.3.3 腐蚀钢绞线的力学性能时变模型25-31
• 2.4 桥梁结构时变荷载模型31-33
• 2.4.1 恒载作用概率模型31
• 2.4.2 车辆荷载概率模型31-33
• 2.5 既有结构可靠度评定的荷载标准33-35
• 2.5.1 现役结构评估的确定性荷载标准33-34
• 2.5.2 现役结构评估的随机荷载标准34-35
• 2.6 本章小结35-36
• 第3章 退化结构的时变可靠度分析方法36-53
• 3.1 引言36
• 3.2 时间综合法36-37
• 3.3 时间离散法37-38
• 3.4 时间离散—综合法38-41
• 3.5 首次穿越概率法41-44
• 3.6 算例一44-49
• 3.6.1 利用时间综合法计算构件的时变可靠度45-46
• 3.6.2 利用时间离散法计算构件时变可靠度46-47
• 3.6.3 利用时间离散综合法计算构件时变可靠度47
• 3.6.4 利用首次穿越概率法计算构件时变可靠度47-48
• 3.6.5 算法比较48-49
• 3.7 算例二49-52
• 3.7.1 利用时间综合法计算构件的时变可靠度49-50
• 3.7.2 利用时间离散法计算构件时变可靠度50
• 3.7.3 利用时间离散综合法计算构件时变可靠度50
• 3.7.4 利用首次穿越概率法计算构件时变可靠度50-51
• 3.7.5 算法比较51-52
• 3.8 本章小结52-53
• 第4章 预应力锚固系统的时变可靠度53-84
• 4.1 引言53-54
• 4.2 预应力锚固系统抗力时变模型54-62
• 4.2.1 锚固系统承载力极限状态55-56
• 4.2.2 锚固钢束的时变抗力56-57
• 4.2.3 锚固钢束抗力的分布57-61
• 4.2.4 抗力参数敏感性分析61-62
• 4.3 荷载效应62-67
• 4.3.1 恒载效应62
• 4.3.2 车辆荷载效应62-64
• 4.3.3 温度效应64-66
• 4.3.4 风荷载效应66-67
• 4.4 锚固钢束时变可靠度计算67-69
• 4.5 结构风险率69-71
• 4.6 参数敏感性分析71-74
• 4.6.1 随机变量重要性灵敏度指标71-72
• 4.6.2 随机变量分布参数的灵敏度指标72-74
• 4.7 锚固系统可靠度74-79
• 4.7.1 抗力及荷载参数75-79
• 4.7.2 锚固体系的时变可靠度79
• 4.8 主缆索股可靠度79-83
• 4.9 本章小结83-84
• 第5章 基于时变可靠度的锚固系统检修策略84-97
• 5.1 引言84
• 5.2 预应力锚固系统的检查及更换84-85
• 5.3 基于抗力先验分布的结构检修制度优化85-90
• 5.3.1 结构检查85-86
• 5.3.2 结构维修86
• 5.3.3 检查/维修制度事件树分析86-90
• 5.3.4 检查/维修总费用90
• 5.3.5 检查/维修制度的优化90
• 5.4 预应力锚固系统的检修制度优化90-96
• 5.4.1 满足正常使用及更换操作安全的预应力束设计90-91
• 5.4.2 预应力束锚固力监测与更换预警值91-92
• 5.4.3 预应力束锚固力的时变可靠度92-93
• 5.4.4 预应力束的检修制度优化93-96
• 5.5 本章小结96-97
• 结论与展望97-99
• 参考文献99-103
• 致谢103-104
• 攻读硕士学位期间参与的科研实践项目104

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