基于时间序列分析的桥梁刚性吊杆疲劳损伤研究

发布时间：2020-10-20 23:18

　　 目前国内外已经发生多起因吊杆疲劳断裂导致桥梁倒塌或失稳的重大事故,因此非常有必要在桥梁服役期间开展对其吊杆等构件的疲劳损伤研究。而随着中国经济的发展,居民机动车保有量在不断增长,桥梁的各类构件所承受的荷载也在随之变化,因此在分析吊杆的疲劳损伤时不能仅依据现有的健康监测数据来确定结果,还需要考虑构件疲劳损伤相关指标的变化趋势。本文主要工作内容包括:(1)介绍了时间序列的概念、常用模型和特征函数,探究了将时间序列和吊杆疲劳分析相结合的可能性,以期对现有疲劳损伤度计算和疲劳寿命评估方法进行改进,阐述了时序模型的构建过程以及其回归算法中最小二乘法的扩展应用;(2)基于Miner线性准则和天圆大桥吊杆细节对应的S-N曲线提出了吊杆的疲劳累积损伤度计算方法,运用雨流计数法对实测得到的吊杆动应变进行处理后得到疲劳应力谱,计算出了吊杆的每日疲劳等效应力幅和每日疲劳损伤度,并对应力幅的分布特性及其与疲劳损伤度的相关性作出了研究,最终发现中承拱桥的边吊杆和次边吊杆对于疲劳应力循环的响应过程及变化规律相似,但幅度不一,边吊杆的最高循环周数对应应力幅Ah、循环周数降幅最大对应应力幅Ad、等效疲劳应力幅Seq均大于次边吊杆。另外发现对吊杆疲劳损伤起主要贡献作用的是低循环次数高应力幅值的应力循环,这类应力循环带来的损伤度往往比高循环次数低应力幅值的应力循环要高出3-8倍;(3)根据计算得到的吊杆每日等效疲劳应力幅和每日疲劳损伤度数据建立ARMA回归模型,确保模型通过残差检验后推导出吊杆每日疲劳等效应力幅和每日疲劳损伤度的变化规律,并预测未来100天的数值表现出略微上升的趋势,预测值与实测值相对比误差均保持在10%以内,预测效果良好。最终运用仅基于现有数据、考虑车辆荷载增长因素、基于ARMA模型预测数据三种方法计算出了天圆大桥吊杆的剩余疲劳寿命,三种方法得到的边吊杆剩余疲劳寿命远小于次边吊杆和跨中吊杆,在桥梁的运营维护阶段需要格外重视边吊杆的疲劳损伤情况。本文探究了高低幅值应力幅对桥梁吊杆损伤度的贡献区别,并结合时间序列理论分析了吊杆疲劳趋势,为桥梁构件的疲劳问题提供了一定的指导和依据。
【学位单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U441.4
【部分图文】：

天圆大桥全景照

????Ｃ）结构断面图??图１．２天圆大桥总体布置示意图（单位：ｃｍ）??天圆大桥主要构件包括主梁、拱肋、吊杆和下部结构，吊杆部分的结构特点??如下。??主桥吊杆为刚性吊杆，截面形式为变截面矩形，吊杆为６ｍ间距连续排列。??吊杆上端铰接于拱肋的耳板，锚固方式为销铰式；吊杆下端通过关节轴承、螺杆、??螺母连接于主梁。吊杆的底缘截面为１．２ｍ＊０．?５ｍ矩形，顶缘截面为０．?７ｍ＊０．?５ｍ??矩形。吊杆壁厚８ｍｍ，在其两端锚头处厚度加至１２ｍｍ。??图１．?３天圆大桥吊杆实景图??１２??

螺母连接于主梁。吊杆的底缘截面为１．２ｍ＊０．?５ｍ矩形，顶缘截面为０．?７ｍ＊０．?５ｍ??矩形。吊杆壁厚８ｍｍ，在其两端锚头处厚度加至１２ｍｍ。??图１．?３天圆大桥吊杆实景图??１２??
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本文编号：2849297