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

1、大跨鐵路鋼桁拱橋在運(yùn)營(yíng)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(wèn)題。如何利用在實(shí)際服役環(huán)境中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)鋼桁拱橋服役性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和安全評(píng)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(zhǎng)江大橋的邊榀鋼桁拱架為研究對(duì)象，基于桿件截面溫度場(chǎng)、列車荷載參數(shù)、桿件軸向應(yīng)變和支座縱向位移的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，深入研究在溫度場(chǎng)和列車荷載作用下大跨鋼桁拱橋服役性能的安全評(píng)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(shí)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(chǎng)與列車荷載長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)與分析?；诖髣訇P(guān)長(zhǎng)江大橋溫度場(chǎng)和列車荷載參數(shù)監(jiān)測(cè)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(cè)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(yíng)環(huán)境中的時(shí)變監(jiān)測(cè)規(guī)律。
　　2.溫度場(chǎng)與列車荷載下桁架軸向應(yīng)變的長(zhǎng)期

3、監(jiān)測(cè)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(dòng)應(yīng)變的時(shí)變監(jiān)測(cè)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(duì)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(chǎng)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(dòng)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(duì)桁架各桿件軸向動(dòng)應(yīng)變的影響規(guī)律。
　　3.溫度場(chǎng)與列車荷載下支座縱向位移的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)與分析。詳細(xì)分析支座縱向靜位移

4、和小振幅動(dòng)位移累積值的時(shí)變監(jiān)測(cè)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(duì)支座動(dòng)位移累積行程的影響，深入研究單次列車作用下支座動(dòng)位移累積值的概率統(tǒng)計(jì)特性，最終對(duì)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(cè)數(shù)據(jù)的鋼桁拱橋服役性能安全評(píng)價(jià)方法?；陟o應(yīng)變殘差對(duì)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(duì)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(píng)價(jià);計(jì)算實(shí)測(cè)動(dòng)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(guò)跟蹤失效概率的時(shí)變趨勢(shì)來(lái)對(duì)鋼桁拱橋的動(dòng)力性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，利用動(dòng)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(guó)規(guī)范設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)比;基于支座縱向靜位移數(shù)學(xué)模型提出支座老化識(shí)別及其實(shí)時(shí)監(jiān)控方法，計(jì)算支座小振幅動(dòng)位移累積行程達(dá)到磨損上限的失效概率，以此來(lái)判斷支座在設(shè)計(jì)使用壽命內(nèi)是否會(huì)達(dá)到磨