隨機(jī)車流下懸索橋加勁梁動(dòng)力響應(yīng)概率模型與可靠度研究.pdf

1、公路橋梁在運(yùn)營期承受大量車輛荷載的反復(fù)作用，隨著車流量和載重量的增加，車載下既有橋梁在的安全問題日益突出。車流量、結(jié)構(gòu)參數(shù)和失效模式等諸多因素的不確定性致使橋梁在運(yùn)營期的安全性不免為概率問題。大跨度懸索橋的柔性加勁梁在車載下易出現(xiàn)位移超限失效和構(gòu)造細(xì)節(jié)疲勞累積損傷失效，基于結(jié)構(gòu)動(dòng)力可靠度與疲勞可靠度理論可分別評(píng)估上述兩種失效模式下的安全水平。
　　本文結(jié)合國家“973”項(xiàng)目“特大跨橋梁安全性設(shè)計(jì)與評(píng)定的基礎(chǔ)理論研究(2015CB0

2、57700)”和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“車輛超載與氯鹽侵蝕復(fù)合作用下鋼筋砼梁橋的疲勞時(shí)變可靠度分析(51378081)”，主要研究基于高速公路橋梁WIM(動(dòng)態(tài)稱重)系統(tǒng)的隨機(jī)車流模型，以及隨機(jī)車流作用下懸索橋加勁梁的動(dòng)力響應(yīng)（位移和疲勞應(yīng)力）的概率特征，圍繞結(jié)構(gòu)可靠度研究中的兩個(gè)失效準(zhǔn)則（首超破壞和疲勞破壞）研究全橋整體模型中的加勁梁位移首超動(dòng)力可靠度和加勁梁局部模型中的焊接細(xì)節(jié)疲勞可靠度。具體研究?jī)?nèi)容有:
　　(1)研究了基于WI

3、M系統(tǒng)的隨機(jī)車流模擬方法。建立了某高速公路車流的車型、軸重、車距、車速和車道等參數(shù)的概率模型，在MATLAB的GUI平臺(tái)編制了隨機(jī)車流模擬軟件，分別生成了稀疏和密集運(yùn)行狀態(tài)下的隨機(jī)車流樣本，預(yù)測(cè)了交通量增長(zhǎng)系數(shù)。
　　(2)為了準(zhǔn)確和快速得出車流荷載下大跨橋梁動(dòng)力響應(yīng)時(shí)程數(shù)據(jù)，提出了基于有限元的簡(jiǎn)化分析方法。以ANSYS通用有限元程序?yàn)槠脚_(tái)，充分發(fā)揮其對(duì)車輛和橋梁的簡(jiǎn)化模擬能力以及瞬態(tài)分析的后處理功能，相關(guān)算例表明了該方法的可行性

4、和準(zhǔn)確性。
　　(3)基于跨越理論建立了隨機(jī)車流作用下懸索橋加勁梁的位移響應(yīng)的極值概率模型。研究了車輛和車流參數(shù)對(duì)車載下懸索橋加勁梁位移響應(yīng)的影響，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明隨機(jī)車流下懸索橋位移響應(yīng)為非嚴(yán)格高斯平穩(wěn)隨機(jī)過程，基于Rice公式預(yù)測(cè)了加勁梁在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的位移極值。
　　(4)基于位移首超準(zhǔn)則評(píng)估了隨機(jī)車流下懸索橋加勁梁的動(dòng)力可靠度。討論了Possion假定和Markov假定對(duì)界限跨越率的影響，揭示了車輛運(yùn)行狀態(tài)和加勁梁的參數(shù)

5、變化對(duì)動(dòng)力可靠指標(biāo)的影響規(guī)律，參數(shù)分析表明主纜剛度退化和密集運(yùn)行車輛是導(dǎo)致加勁梁位移首超失效的重要因素。
　　(5)將典型疲勞車輛改進(jìn)為隨機(jī)車流模型，結(jié)合高斯混合模型建立了運(yùn)營期內(nèi)懸索橋鋼箱梁關(guān)鍵細(xì)節(jié)疲勞應(yīng)力和疲勞損傷概率模型。針對(duì)隨機(jī)車流作用下有限分析的耗時(shí)過長(zhǎng)問題，提出了基于UD-SVR(均勻設(shè)計(jì)-支向量回歸)聯(lián)合算法的隨機(jī)車流下鋼箱梁細(xì)節(jié)疲勞應(yīng)力分析方法。
　　(6)研究了考慮車流參數(shù)以及交通量和車重增長(zhǎng)系數(shù)的鋼箱梁橋