基于不确定性量化的桥梁收缩徐变模型研究

发布时间：2021-08-19 12:05

　　目前,对于大跨径预应力梁桥,主梁长期下挠问题已经被学术界广泛关注。预应力混凝土桥梁的变形和裂缝随着时间的延续不断增加,导致其工作状态不断恶化,引起这种病害的主要原因为结构的时变效应。经研究:混凝土收缩徐变效应是影响桥梁结构时变效应中主要的原因之一,目前所用的收缩徐变预测模型对结构响应的预测存在低估或者高估的风险,因此本文以美国西北大学Bazant教授所建立的收缩徐变数据库为基础,利用残差法进行规范模型评估,并对二者的残差进行数学分析以及建立残差的数学模型;此外,利用比值法建立不确定性系数的概念,并利用其作为修正模型进行混凝土梁的长期变形。本文取得的主要研究成果有:（1）以简支梁的结构响应以及具有的高维非线性特征的橡胶混凝土抗水渗透试验为基本算例,介绍代理模型的选择方法。首先以简支梁结构响应问题为例,探究了高斯过程的学习效率随着样本容量的变化,结果表明:在样本容量很小的情况下,高斯过程依然有着良好的拟合效果。其次,以橡胶混凝土的抗水渗透试验数据为代表的高维非线性问题为例,结合传统响应面法,通过两个方法所得结果的比对表明:在小样本以及高度非线性的情况下,高斯过程比传统响应面,有更高的准确性... 

【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省

【文章页数】：106 页

【学位级别】：硕士

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Koror-Babeldaob破坏前后

西安建筑科技大学硕士学位论文2目前，对于大跨径预应力桥梁，主梁长期下挠问题已被学术界广泛关注。预应力混凝土桥梁的变形和裂缝随着时间地延续不断增加，导致其工作状态不断恶化。显然，结构响应的时变效应是这种病害的主要原因之一。时变效应是指材料性能、结构状态以及荷载随着时间的不断变化。当前，时变效应对于预应力混凝土桥梁影响的研究主要集中在：混凝土收缩徐变、预应力的长期损失评估等方面。Bazant，Vrablik等对Koror-Babeldaob桥病害的研究指出，预应力混凝土设计中收缩徐变的计算模型对于后期变形的估算至关重要[6,10]。图1.1Koror-Babeldaob破坏前后图1.2黄石长江大桥从设计方面来讲，预防这种病害最直接的方法就是合理及准确地预估桥梁的长期变形。若要准确地预测其长期变形，需要合理地估计预应力的时变损失、混凝土的收缩徐变等时变效应，其中，混凝土的徐变系数和收缩应变是计算和预测长期变形十分重要的参数，其精度需要不断地加强并且降低预测的不确定性。从上世纪开始，国内外学者们开展了大量混凝土收缩徐变试验，提出了很多种预测模型。然而收缩徐变的高度不确定性，使得长期变形的预测变得十分困难[11]。由于国内外各种计算方法都是建立在试验数据库基础上的经验公式，试验条件的局限性以及研究目标的差异，不同学者所得到的计算模型考虑的因素也不尽相同。目前，针对混凝土桥梁收缩与徐变效应和预应力损失的计算方法、计算理论较多，各种方法之间差异较大[12]，如图1.3、1.4所示，RajeevGoel[13]以Russell和Larson

西安建筑科技大学硕士学位论文172.3算例分析2.3.1简支梁结构响应分析为了检验高斯过程回归在处理小样本试验数据的高效性和准确性，本章拟用简支梁在集中力作用下的力学响应为指标进行高斯过程回归的建模。在模型中，集中力和弹性模量采用拉丁超立方采样方法从{[13kN,23kN]，[150GPa,300GPa]}抽取100个样本点，样本点如图2.4所示，以每个样本点的参数建立有限元仿真模型，简支梁有限元模型如图2.5所示。1214161820222412141618202224140160180200220240260280300320弹性模量(GPa)荷载(kN)图2.4采样样本点图2.5简支梁有限元模型在建立高斯过程回归模型时，通常使用零均值的高斯过程[73]作为先验分布，即m(x)0。对于核函数，本章中使用Matérn核函数。待核函数确定之后，将其值代入到似然函数中进行训练从而得到自适应的超参数优化值。然后，利用所得到的超参数优化值，进行回归集上的后验均值以及后验方差的计算，从而给出回归集对应响应值的预测值以及相应的具有一定置信度的区间估计。高斯过程回归的具体算法如下所示：


本文编号：3351379