考虑流速空间相关性的简支梁桥洪水作用可靠度分析

发布时间：2017-09-30 14:15

  本文关键词：考虑流速空间相关性的简支梁桥洪水作用可靠度分析

  更多相关文章： 简支梁桥 洪水 中心点法 流速空间相关性 可靠度

【摘要】：我国西南山区桥梁易遭受洪水侵袭。在山区公路桥梁中应用广泛的简支桥梁水毁严重,目前对洪水作用下桥梁结构的可靠度研究较少。渠道中沿桥梁跨度方向各点流速具有一定的空间相关性,现有研究尚未考虑流速这种特性对洪水作用下桥梁可靠度的影响。事实上,如果忽略流速这种特性,分析结果与真实值可能存在较大的误差,与实际不符。因此,对洪水作用下的简支桥梁进行可靠度分析,并考虑流速空间相关性的影响,具有重要的工程价值。本文由水槽试验数据分析明渠流流速空间相关性,根据渠道中洪水流速分布特点计算了洪水对桥梁作用力。依据桥梁水毁资料,提出了简支桥梁洪水作用下三种典型失效模式并建立相应的功能函数。以一座两跨混凝土简支桥梁为例,用中心点法模拟了流速沿桥梁跨度方向的一维随机场,研究了流速空间相关性对洪水作用下桥梁可靠度的影响。本文研究得到的主要结论如下:(1)流速具有空间相关性,随着距离的增大,相关系数减小;流速相关函数可采用指数余弦型进行拟合。(2)简支梁桥三种典型失效模式的可靠指标均随洪水流速增大而减小;桥墩支座处可靠指标小于桥台支座处可靠指标;可靠指标随着相对淹没深度*h的增大而减小,但减小速率不同:当*1?h?2.5,可靠指标减小较快;当*h?2.5后,各失效模式的可靠指标趋于恒定。此时,三种失效模式中,上部结构倾覆破坏可靠指标最大,支座滑动破坏可靠指标最小,即最易发生桥墩支座滑动破坏。(3)考虑流速空间相关性时,可靠指标随流速增大而减小,与不考虑流速空间相关性时一致;流速空间相关性对可靠指标影响较显著,不考虑流速空间相关性时可靠指标偏保守;随着流速相关距离增大,可靠指标减小,但减小幅度越来越小,当相对相关尺度(相关距离与桥梁跨度之比)大于2/35后,对可靠指标的影响趋于恒定。本文主要创新如下:(1)依据试验水槽数据分析了流速沿桥梁跨度方向的空间性关性,研究了洪水流速相关函数的类型。(2)用中心点法模拟了流速沿桥梁跨度方向的一维随机场,计算了不同相对淹没深度、不同流速相关距离等情形下的可靠指标,研究了流速空间相关性对洪水作用下桥梁可靠度的影响。
【关键词】：简支梁桥 洪水 中心点法 流速空间相关性 可靠度
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U442.35;TV122
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-12
• 主要符号表12-13
• 1 绪论13-21
• 1.1 研究背景13-15
• 1.2 研究现状15-19
• 1.2.1 明渠流流速分布规律研究现状15-16
• 1.2.2 流速空间相关性研究现状16
• 1.2.3 洪水作用力研究现状16-17
• 1.2.4 洪水作用下桥梁失效模式研究现状17-18
• 1.2.5 桥梁结构可靠度研究现状18-19
• 1.3 研究意义和研究内容19-21
• 1.3.1 研究意义19
• 1.3.2 研究内容19-21
• 2 流速空间相关性分析21-33
• 2.1 概述21
• 2.2 河道流速空间分布特性21-24
• 2.2.1 流速横向分布规律21-22
• 2.2.2 流速竖向分布规律22-23
• 2.2.3 桥梁迎水面洪水流速23-24
• 2.3 流速空间相关性分析24-31
• 2.3.1 随机场定义24-25
• 2.3.2 随机场数字特征25
• 2.3.3 随机场方差折减函数及性质25-26
• 2.3.4 方差折减函数和相关函数的关系26-27
• 2.3.5 相关距离27
• 2.3.6 求解相关距离的方法27-29
• 2.3.7 流速相关距离计算结果29-31
• 2.4 中心点法随机场离散31-32
• 2.4.1 中心点法31-32
• 2.4.2 基于Cholesky中心点法随机场模拟步骤32
• 2.5 本章小结32-33
• 3 洪水对桥梁作用力分析33-41
• 3.1 概述33
• 3.2 洪水对简支桥梁作用力分析33-39
• 3.2.1 洪水对简支桥梁作用力33-36
• 3.2.2 梁桥支座反力的计算36-39
• 3.3 本章小结39-41
• 4 简支桥梁洪水作用下典型失效模式41-51
• 4.1 概述41
• 4.2 可靠度分析的基本原理41-43
• 4.3 桥梁板式橡胶支座简介43-44
• 4.3.1 桥梁橡胶支座工作机制43-44
• 4.3.2 桥梁支座存在的问题44
• 4.4 支座滑动破坏44-46
• 4.4.1 支座滑动破坏机理44-45
• 4.4.2 支座滑动破坏功能函数45-46
• 4.5 支座剪切破坏46-48
• 4.5.1 支座剪切破坏机理46
• 4.5.2 支座剪切破坏功能函数46-48
• 4.6 上部结构倾覆破坏48-50
• 4.6.1 上部结构倾覆破坏概况48-49
• 4.6.2 上部结构倾覆破坏功能函数49-50
• 4.7 本章小结50-51
• 5 简支桥梁受洪水作用可靠度分析51-81
• 5.1 概述51
• 5.2 工程算例模型概况51-52
• 5.3 荷载效应和抗力参数统计52-53
• 5.3.1 荷载效应统计参数52
• 5.3.2 抗力统计参数52-53
• 5.4 蒙特卡洛法计算桥梁可靠度53-54
• 5.5 不考虑流速空间相关性的桥梁可靠度分析54-66
• 5.5.1 支座滑动破坏可靠度54-58
• 5.5.2 支座剪切破坏可靠度58-62
• 5.5.3 上部结构倾覆破坏可靠度62-65
• 5.5.4 三种失效模式模式可靠度比较65-66
• 5.6 考虑流速空间相关性的桥梁可靠度分析66-79
• 5.6.1 相对淹没深度对桥梁可靠度的影响67-70
• 5.6.2 相关距离对桥墩支座滑动破坏可靠度的影响70-73
• 5.6.3 相关距离对桥墩支座剪切破坏可靠度的影响73-75
• 5.6.4 相关距离对上部结构倾覆破坏可靠度的影响75-78
• 5.6.5 三种失效模式可靠指标比较78-79
• 5.7 本章小结79-81
• 6 结论和展望81-83
• 6.1 本文主要结论81
• 6.2 本文创新点81-82
• 6.3 今后研究展望82-83
• 致谢83-85
• 参考文献85-88

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本文编号：948661