地震灾害下大跨度斜拉桥全寿命系统可靠性研究

发布时间：2020-09-07 21:09

　　大跨度斜拉桥因其优美的造型和卓越的跨越能力,常作为交通枢纽被广泛应用于铁路、公路干线中,在国民经济社会发展中发挥着举足轻重的作用。我国处于环太平洋地震带和亚欧地震带之间,地震频发,地震灾害是我国面临的最主要的自然灾害。诸如大跨度斜拉桥此类重要性极高的生命线工程,设计寿命通常长达百年,在服役期内难免遭受地震灾害等强动力作用影响,结构在漫长的服役期内受到自然环境因素(如氯盐等侵蚀)影响,结构各个构件的刚度、强度等较服役初期会发生不同程度的退化,进而结构各构件的抗震性能也随之减弱。同时,作为高次超静定结构,斜拉桥某一构件的破坏并不意味着整体结构的失效,结构系统可靠性一直都是学者们研究的热点和难点,因此,考虑结构材料等的时变特性来研究大跨度斜拉桥在全寿命服役期内遭受地震灾害的系统可靠性问题显得重要而迫切。针对以上问题,论文的研究内容如下:(1)针对目前结构可靠度分析方法普遍存在的计算繁琐和精度不够的局限与不足,基于降维原理和随机有限元理论提出了实际工程结构可靠度分析的乘子降维法,该方法与有限元分析相结合,可以快速准确地获得结构响应的分数阶矩,进而结合最大熵原理得到结构响应的概率密度函数,巧妙地避开了随机参数联合概率密度函数难以得到的难题,同时尽可能少的调用有限元分析次数,从而大幅度减小计算时间。(2)基于OpenSees开源有限元平台,建立斜拉桥三维有限元模型,归纳列出了桥梁建模相关的不确定性参数。然后考虑斜拉桥桥址处的实际场地情况,采用三角级数法,人工合成相位随机的30条地震动来考虑地震动的随机性。同时,归纳总结了斜拉桥此类结构的常见失效模式以及各个构件在地震灾害下的极限状态方程,为后面可靠性分析奠定基础。(3)生成了考虑结构自身及地震动不确定性的斜拉桥非线性时程分析样本,采用OpenSees批处理程序进行大量数值计算,从而获得结构非线性地震响应及其任意阶矩,之后采用最大熵原理获取感兴趣响应的概率密度函数,进而得到各个构件的失效概率以及可靠度指标。考虑构件之间的相关性,采用条件边缘概率乘积法(PCM)获得斜拉桥在地震灾害下的体系失效概率,而不仅仅局限于构件的失效概率。(4)阐述了氯离子在混凝土构件中的扩散及腐蚀机理,给出了桥墩、塔的时变概率模型、橡胶支座的性能退化模型以及腐蚀环境下斜拉索全寿命腐蚀曲线及其参数;结合这一系列时变模型,确定了 20年、45年、70年、90年以及100年五个服役关键时间节点下的斜拉桥非线性时程分析的样本。采用OpenSees批处理程序进行大量数值计算,获取感兴趣响应的概率密度函数,进而得到各个构件的失效概率以及可靠度指标。分析了总结了斜拉桥各个构件之间相关系数的时变特性以及时变规律。采用改进的条件边缘概率乘积法(PCM方法)得到各个服役时间节点下的斜拉桥系统的失效概率,对斜拉桥全寿命内的失效概率的时变特性进行了总结。
【学位单位】：西南交通大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U448.27
【部分图文】：

长江大桥,苏通长江大桥,斜拉桥,代表性

图１－２沪通长江大桥逡逑－２１0１－１－２

自然因素,系统可靠性研究,地震活动,安全性

占据的特殊重要的地位，以及出现的几次惨重的地震灾害的教训，对这些重大工程，必逡逑须进行合理的抗桞设防，保证其在服役期内能够安全可靠运营＞邋是每一个结构工程师逡逑的不懈追求。图１－３给出了我国主要的地震带分布。逡逑（３）斜拉桥强震灾变机理及系统可靠性研究意义深远逡逑

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