【摘要】：隨著我國公路大件運輸事業(yè)的日趨繁榮,公路橋梁的安全運行受到了越來越大的挑戰(zhàn),如何建立一套快速有效的大件運輸公路橋梁安全評估方法就此提上日程,而對大件運輸中公路橋梁動力響應及可靠度的研究是橋梁結構安全評估的基礎。本文對低速行駛大件運輸車輛作用下橋梁結構的動力響應及可靠度進行了相關研究,主要工作及結論如下：(1)采用廣義虛功原理和空間有限元法分別建立了超多自由度大件運輸車輛和橋梁結構的振動模型,引入改進的擬靜力法即β-θ法對車輛的振動微分方程進行求解,利用車輪和橋面的位移協(xié)調(diào)條件實現(xiàn)振動的耦合,基于APDL語言利用ANSYS中的多點重啟動功能實現(xiàn)了車-橋耦合振動的求解。(2)對大件運輸中橋梁結構的動力響應進行了實橋試驗和理論對比分析,并采用正交試驗和支持向量回歸機v-SVR進行了參數(shù)反演。橋梁結構動力響應的實橋試驗結果和理論分析結果吻合較好。正交試驗和支持向量回歸機v-SVR的結合明顯提高了參數(shù)反演的效率,基于v-SVR預測模型的精度能夠滿足工程需要。當大件運輸車輛以6.2km/h的低速通過橋面不平度為B級的簡支板橋時,其實測沖擊系數(shù)仍然達到0.119,不可忽略,在對大件過橋進行安全評估時,即使運輸車輛以低速通過,也應考慮車輛荷載的沖擊作用。在滿足交通安全的前提下,不應過度限制運輸車輛的速度,對橋面進行平整度處理是降低車輛沖擊效應的有效方法。(3)采用傳遞矩陣法推導了國際平整度指數(shù)IRI的計算公式并對國際平整度指數(shù)與車輛行駛速度的關系進行了分析。基于Wiener-Khintchine定理,本章從理論上建立了國際平整度指數(shù)IRI與路面功率譜密度PSD之間的關系,并利用三角級數(shù)法推導出適用于大件運輸?shù)退傩旭倵l件下的一維路面和二維路面重構公式。(4)利用正交試驗法識別出大件運輸中影響橋梁結構沖擊系數(shù)的主要因素,即混凝土彈性模量、橋面平整度等級、車輛行駛速度和結構瑞利阻尼常數(shù)。通過對車-橋耦合作用力各組分的分析,揭示了橋梁結構沖擊系數(shù)的產(chǎn)生機制�；炷翉椥阅Ａ亢徒Y構瑞利阻尼常數(shù)主要影響橋梁結構的動力特性,是影響橋梁結構沖擊系數(shù)的內(nèi)因；橋面平整度等級和車輛行駛速度主要影響車-橋耦合作用力,是影響橋梁結構沖擊系數(shù)的外因。(5)橋面不平度的分布形式對沖擊系數(shù)的影響較大,利用基于國際平整度指數(shù)IRI的橋面不平度重構公式和對沖擊系數(shù)概率性的研究,推導得到了基于IR工的沖擊系數(shù)擬合公式。隨著國際平整度指數(shù)IRI的增大,即橋面狀況的變差,橋梁結構的沖擊系數(shù)呈直線增長。(6)考慮大件運輸?shù)退偻ㄐ泻蜆蛄航Y構抗力退化的特點,采用基于Matlab優(yōu)化工具箱的結構可靠度計算方法,建立了橋梁結構抗力、恒載效應和活載效應的概率分布模型,在對抗力衰減函數(shù)分析的基礎上提出了較為實用和可靠的大件運輸公路橋梁時變可靠度分析方法。大件運輸考慮沖擊系數(shù)后,橋梁結構的可靠度會下降,隨著IRI的增大,結構可靠度指標逐漸變小。結構加固會明顯提高大件運輸中公路橋梁的可靠度,增設彈性支承方法對于橋梁結構可靠度的影響與彈性支承的剛度密切相關。(7)提出了大件運輸中公路橋梁的實用可靠度評估方法和流程框圖,根據(jù)不同的評估階段和不同需要可以采用不同的流程和步驟對橋梁結構的可靠性進行評估并提出安全通行建議。
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：U441.3

【參考文獻】

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本文編號：2548663