平行鋼絲斜拉索全壽命安全評(píng)定方法的研究

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1、國(guó)內(nèi)圖書分類號(hào)：U441學(xué)校代碼：10213國(guó)際圖書分類號(hào)：624.2密級(jí)：公開工學(xué)博士學(xué)位論文平行鋼絲斜拉索全壽命安全評(píng)定方法研究博士研究生：蘭成明導(dǎo)師：李惠教授申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)博士學(xué)科、專業(yè)：土木工程、防災(zāi)減災(zāi)工程及防護(hù)工程所在單位：土木工程學(xué)院答辯日期：2009年3月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)ClassifiedIndex:U441U.D.C.:624.2DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringSTUDYONLIFE-CYCLESAFETYASSESSMENTMETHODSFORPARALLELWIRESTAYC

2、ABLECandidate:ChengmingLANSupervisor:Prof.HuiLIAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringSpeciality:DisasterMitigationandPreventionEngineeringandProtectionEngineeringAffiliation:SchoolofCivilEngineeringDataofDefence:March,2009Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology摘要

3、摘要斜拉橋是大跨度橋梁的主要橋型，斜拉索是斜拉橋最關(guān)鍵的受力構(gòu)件之一，起著牽一發(fā)動(dòng)全身的重要作用，但斜拉索易遭受腐蝕損傷和疲勞累積損傷，嚴(yán)重威脅著斜拉橋服役安全。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)是保障大型橋梁服役安全的有效手段之一，基于健康監(jiān)測(cè)的橋梁結(jié)構(gòu)安全評(píng)定理論和全壽命設(shè)計(jì)理論是近年來土木工程領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和前沿問題。本文充分利用健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)和實(shí)際服役的斜拉索，系統(tǒng)研究基于健康監(jiān)測(cè)的橋梁車輛荷載模型、斜拉橋拉索車輛荷載效應(yīng)模型、腐蝕拉索力學(xué)和疲勞性能及平行鋼絲拉索全壽命安全評(píng)定方法。本文的主要研究?jī)?nèi)容包括：首先，根據(jù)Hasofer-Lind可靠指標(biāo)的幾何意義，建立可靠指

4、標(biāo)的優(yōu)化模型，提出采用計(jì)算效率高的粒子群優(yōu)化算法(PSO)對(duì)可靠指標(biāo)優(yōu)化模型進(jìn)行求解，研究?jī)?yōu)化過程中隨機(jī)變量候選解的統(tǒng)計(jì)特性，提出基于可靠度指標(biāo)的隨機(jī)變量敏感性分析的“相對(duì)收斂率法”，并采用優(yōu)化策略組保證相對(duì)收斂率的一致性。與傳統(tǒng)隨機(jī)變量敏感性分析方法計(jì)算結(jié)果比較表明，本文方法能求解更復(fù)雜的優(yōu)化問題。其次，結(jié)合山東濱州黃河公路大橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)測(cè)車輛荷載數(shù)據(jù)，根據(jù)輕型車輛與重型車輛不同的出現(xiàn)概率、不同的分布參數(shù)，建立一般高速公路橋梁車輛荷載的概率分布分析模型；根據(jù)車輛荷載的概率分布研究一般運(yùn)行狀態(tài)下車輛荷載的極值分布及其參數(shù)；基于線性累積損傷理論建立高速公路橋梁疲勞荷

5、載譜，根據(jù)高速公路服務(wù)交通量、服務(wù)水平和通行能力，采用Logistic模型建立交通流量預(yù)測(cè)模型，并采用健康監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)Logistic模型、進(jìn)而對(duì)橋梁疲勞荷載譜車流量進(jìn)行更新。形成系統(tǒng)的基于健康監(jiān)測(cè)技術(shù)的高速公路橋梁車輛荷載建模方法和車輛荷載模型，為橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及服役期內(nèi)安全評(píng)定奠定基礎(chǔ)。第三，利用國(guó)內(nèi)某斜拉橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中智能拉索實(shí)測(cè)的拉索荷載效應(yīng)數(shù)據(jù)，建立斜拉索荷載效應(yīng)的概率分布和極值分布及其參數(shù)，提出基于Bayes理論的荷載效應(yīng)概率分布更新方法；建立智能拉索等效疲勞荷載效應(yīng)分析方法，分析智能拉索疲勞累積損傷發(fā)展規(guī)律；分析長(zhǎng)索和短索荷載效應(yīng)及其極值、以及疲勞累積損

6、傷的特點(diǎn)。第四，對(duì)國(guó)內(nèi)某斜拉橋換下服役18年的腐蝕斜拉索的腐蝕程度、力學(xué)性能、疲勞性能進(jìn)行系統(tǒng)的試驗(yàn)研究。研究斜拉索鋼絲的均勻腐蝕程度和點(diǎn)蝕程-I-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文度及其概率分布；研究腐蝕對(duì)鋼絲彈性模量、屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度、極限應(yīng)變、延伸率、反復(fù)彎曲性能的影響，建立腐蝕鋼絲應(yīng)力－應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系模型及其模型特征點(diǎn)的概率分布模型，研究腐蝕拉索的荷載－應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系；研究腐蝕鋼絲及拉索的疲勞壽命，揭示腐蝕對(duì)鋼絲和拉索疲勞壽命的影響。第五，利用各種鋼絲強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)和智能拉索現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用纖維束強(qiáng)度模型，研究平行鋼絲斜拉索安全評(píng)定方法。研究新的、未腐蝕和腐蝕三種鋼

7、絲和拉索的強(qiáng)度概率分布參數(shù)及拉索承載力可靠度，分析拉索長(zhǎng)度和鋼絲數(shù)量對(duì)拉索強(qiáng)度的影響規(guī)律，揭示腐蝕導(dǎo)致鋼絲截面減小和相關(guān)長(zhǎng)度減小從而降低拉索強(qiáng)度的機(jī)理，采用PSO方法進(jìn)行基于拉索可靠度的參數(shù)敏感性分析。利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析腐蝕鋼絲疲勞壽命概率分布參數(shù)和中值S-N曲線及不同保證率下的腐蝕鋼絲P-S-N曲線；建立基于累積損傷理論的拉索疲勞壽命分析方法，研究長(zhǎng)度效應(yīng)、拉索S-N曲線參數(shù)、拉索內(nèi)鋼絲數(shù)、鋼絲疲勞壽命變異性及鋼絲應(yīng)力不均勻性對(duì)拉索疲勞壽命的影響；統(tǒng)計(jì)分析不同斷絲率腐蝕拉索中值S-N曲線，建議拉索終止壽命的斷絲率標(biāo)準(zhǔn)；建立基于疲勞極限狀態(tài)的拉索