本文關鍵詞：基于正分析模型修正的橋梁安全評定若干關鍵問題研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《哈爾濱工業(yè)大學》 2013年

基于正分析模型修正的橋梁安全評定若干關鍵問題研究

張石磊  

【摘要】：隨著經濟的發(fā)展，我國建設了大量的橋梁，它們架設在神州大地的各個重要交通樞紐之上，為經濟的健康發(fā)展提供了重大的推動作用。但是眾多已建橋梁缺乏合理的維修養(yǎng)護，加之它們所處的復雜環(huán)境和頻繁穿梭的車流，，導致許多已建橋梁出現(xiàn)了不同程度的損壞。為此，就需要對它們進行安全評定以便給予及時的修繕。 雖然現(xiàn)在已經研究了很多橋梁安全評定方法，但是在橋梁安全評定領域還有很多問題需要深入研究。例如：因為實測數據不足、實測指標對損傷不敏感等原因導致反問題定解條件不足、模型修正結果非唯一，所以難以完全準確的獲得橋梁力學模型來評估橋梁性能；對于大跨度橋梁，當考慮多個車輛荷載在橋面二維動態(tài)移動時，確定最不利加載位置所需考慮的工況組合將變得極多，所以此時難以高效的確定安全評定所需的最不利加載位置及最不利內力；雖有一些方法利用可靠度指標等物理量預測結構的壽命，但是多數安全評定方法沒有很好的建立全面反映結構性態(tài)隨時間演化規(guī)律的模型庫，這導致難以有效預測結構未來短期內的各項安全性態(tài)指標。 針對以上問題，本文研究了一種基于正分析模型修正的橋梁安全評定方法。具體研究內容如下： 首先，提出了一種考慮主次因素的分步均勻設計正分析模型參數修正方法。模型修正是利用激勵和響應反演系統(tǒng)的一種反問題，現(xiàn)有方法多數是從反分析角度解決模型修正問題，所以避免不了定解條件不足導致結果不唯一的問題。本文從正分析角度、利用先驗知識建立完備模型庫，通過匹配響應的方式找出最接近實測響應的模型作為模型修正的結果，這就解決了定解條件不足的問題。但是，正分析方法成功的前提是建立反映待求問題全部特性的完備模型庫，這無疑是困難的。為此，本文利用均勻設計安排一定數量有代表性的參數試驗方案來訓練神經網絡，使其具備完備模型參數庫的功能，來解決上述問題。 通過研究發(fā)現(xiàn)：均勻設計可以近似滿足完備性的要求，但是由于均勻設計追求均勻性、而放棄了正交性，使得均勻設計抽樣方案的樣本數過少，導致神經網絡訓練不充分，所以本文提出因素重排列擴展均勻設計方案的方法；同時，本文利用模糊層次分析法評選了九種識別指標的優(yōu)劣，結果顯示位移、一階振型和基頻是優(yōu)良的識別指標，它們的權重分別為0.134、0.124和0.122；最后，為了能夠切實修正大型復雜結構，基于一個實際鋼桁架模型修正過程中的教訓和經驗，總結了一種考慮主次因素的分步均勻設計正分析模型參數修正方法。 其次，研究了一種從試驗設計角度求解最不利加載位置的方法�，F(xiàn)在求解最不利加載位置的方法主要是動態(tài)規(guī)劃法，對于橋梁平面模型，它是令車輛荷載沿內力影響線逐步移動求極值來得到最不利加載位置的。但是當考慮多個車輛荷載沿橋面二維動態(tài)移動時，確定最不利加載位置所需考慮的工況組合將變得極多，此時動態(tài)規(guī)劃法的計算工作量會變得很大。因此，在已有平面桿系模型內力影響線和包絡線研究的基礎上，本文拓展了以上方法使它能夠解決橋梁空間桿系模型內力影響面和包絡圖的計算問題，并以此為基礎，提出從試驗設計的角度求解最不利加載位置，即利用均勻設計安排加載因素組合試驗、采用回歸分析建立加載因素與內力極值之間的函數關系、基于網格篩選法快速確定橋梁最不利加載位置。結果顯示：在較少次均勻設計試驗計算之后，本文方法結果與精確解之間的偏差為1.95%，即本文方法是可行和有效的。 最后，提出了一種基于正分析模型修正的橋梁安全評定方法。針對現(xiàn)有多數研究沒有很好的建立全面反映結構性態(tài)隨時間演化規(guī)律的模型庫的問題，本文提出了一套由正分析模型修正建立多時刻的結構健康檔案、考慮橋梁性態(tài)隨時間演化的規(guī)律、以多個時刻結構的健康檔案為基礎、評估橋梁當前承載能力和預測未來短期內性態(tài)水平的安全評定方法。通過一座大跨度拱橋的安全評定分析，驗證了本文方法的可行性和有效性。計算結果顯示：對于本文拱橋結構，多個時刻修正模型的最大響應誤差為4.521%，而預測模型的最大響應誤差為7.6%，即通過正分析模型修正和基于神經網絡的時間序列預測準確的建立了反映結構性態(tài)隨時間演化規(guī)律的健康檔案，并給出了合理的性態(tài)評定結果。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：U447
【目錄】：

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