大跨鐵路鋼桁拱橋結(jié)構(gòu)服役狀態(tài)監(jiān)測與安全評價(jià)方法研究.pdf

1、大跨鐵路鋼桁拱橋在運(yùn)營期間的服役性能優(yōu)劣直接關(guān)系到高速列車行駛的安全問題。如何利用在實(shí)際服役環(huán)境中的監(jiān)測數(shù)據(jù)對鋼桁拱橋服役性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和安全評價(jià)，仍是高速鐵路橋梁領(lǐng)域面臨的一大挑戰(zhàn)。本文以南京大勝關(guān)長江大橋的邊榀鋼桁拱架為研究對象，基于桿件截面溫度場、列車荷載參數(shù)、桿件軸向應(yīng)變和支座縱向位移的長期監(jiān)測數(shù)據(jù)，深入研究在溫度場和列車荷載作用下大跨鋼桁拱橋服役性能的安全評價(jià)方法，創(chuàng)新性地提出了桿件截面溫差標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算方法、支座縱向靜位移的

2、三維數(shù)學(xué)模型建立方法、支座老化識別及其實(shí)時(shí)監(jiān)控方法等。本文的主要研究工作和取得成果如下:
　　1.鋼桁拱橋溫度場與列車荷載長期監(jiān)測與分析。基于大勝關(guān)長江大橋溫度場和列車荷載參數(shù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，深入研究鋼桁拱架上弦桿、斜腹桿、下弦桿和橋面弦桿的截面溫差的時(shí)變監(jiān)測規(guī)律，建立桿件截面溫差的概率統(tǒng)計(jì)模型并計(jì)算其標(biāo)準(zhǔn)值，詳細(xì)考察列車荷載加載位置、車廂節(jié)數(shù)和行駛速度在實(shí)際運(yùn)營環(huán)境中的時(shí)變監(jiān)測規(guī)律。
　　2.溫度場與列車荷載下桁架軸向應(yīng)變的長期

3、監(jiān)測與分析。深入研究桁架上弦桿、斜腹桿、下弦桿和橋面弦桿的軸向靜應(yīng)變和軸向動應(yīng)變的時(shí)變監(jiān)測規(guī)律，揭示這四類桿件的夜晚均勻溫度和白天梯度溫度對軸向靜應(yīng)變的影響規(guī)律并建立軸向靜應(yīng)變與溫度場之間的數(shù)學(xué)模型。詳細(xì)考察上弦桿、斜腹桿、下弦桿和橋面弦桿的動力荷載系數(shù)的時(shí)變規(guī)律和空間分布規(guī)律，明確列車荷載加載位置、車廂數(shù)量和行駛速度對桁架各桿件軸向動應(yīng)變的影響規(guī)律。
　　3.溫度場與列車荷載下支座縱向位移的長期監(jiān)測與分析。詳細(xì)分析支座縱向靜位移

4、和小振幅動位移累積值的時(shí)變監(jiān)測規(guī)律，在此基礎(chǔ)上深入研究支座縱向靜位移與結(jié)構(gòu)整體溫度、弦桿之間溫差的相關(guān)特性以及各支座縱向靜位移之間的空間相關(guān)特性，建立主梁縱向靜位移隨位置、時(shí)間變化的多元線性回歸數(shù)學(xué)模型。詳細(xì)考察列車次數(shù)對支座動位移累積行程的影響，深入研究單次列車作用下支座動位移累積值的概率統(tǒng)計(jì)特性，最終對多次列車作用下的支座累積行程進(jìn)行蒙特卡洛模擬和驗(yàn)證。
　　4.基于監(jiān)測數(shù)據(jù)的鋼桁拱橋服役性能安全評價(jià)方法。基于靜應(yīng)變殘差對鋼桁

5、拱橋的靜力性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，基于靜應(yīng)變標(biāo)準(zhǔn)值對鋼桁拱橋在設(shè)計(jì)使用壽命內(nèi)的靜力性能極限狀態(tài)進(jìn)行安全評價(jià);計(jì)算實(shí)測動力荷載系數(shù)值大于規(guī)范規(guī)定值的失效概率，提出通過跟蹤失效概率的時(shí)變趨勢來對鋼桁拱橋的動力性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，利用動力荷載系數(shù)的概率統(tǒng)計(jì)模型計(jì)算其標(biāo)準(zhǔn)值并與各國規(guī)范設(shè)計(jì)值進(jìn)行對比;基于支座縱向靜位移數(shù)學(xué)模型提出支座老化識別及其實(shí)時(shí)監(jiān)控方法，計(jì)算支座小振幅動位移累積行程達(dá)到磨損上限的失效概率，以此來判斷支座在設(shè)計(jì)使用壽命內(nèi)是否會達(dá)到磨