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高速公路桥梁结构体系可靠性评估

李广慧  
【摘要】:本报告是在和英国萨利大学(University of Surrey)的合作科研项目:“桥梁结构的高等可靠性评估”的基础上完成的,该项目得到英国高速公路管理局(Highways Agency)的赞助,一共包括两个阶段的工作: 1.参考体系可靠度在近岸结构中的发展,研究在桥梁结构中应用的可行性; 2.利用响应面方法(Response Surface Method)和非线性有限元分析,发展桥梁结构的体系可靠性评估方法。 本报告的内容主要汇报的是第二阶段的工作,主要介绍了叠合桥梁结构的体系可靠性评估方法。而且,从英国高速公路管理局提供的桥梁数据库中选取了一个单跨简支桥梁和一个三跨连续桥梁,分别进行了算例分析。 本项目的主要贡献在于,发展了叠合桥梁结构的体系可靠度评估方法,与传统的构件可靠度评估相比,结果更具合理性和可靠性,因此具有特别重要的意义。本项目提出的方法是将响应面方法和非线性有限元分析结合起来,首先在试验设计的基础上应用通用的非线性有限元分析程序对结构体系进行极限分析,然后利用响应面方法推求结构体系承载力的响应面,最后利用可靠度分析程序计算桥梁结构的体系可靠度水平。 初步的预分析结果表明,中心复合旋转设计方法可以满足本项目的精度要求,而且具有相当高的工作效率,所以该试验设计方法被采用。在项目的开始阶段,一个关键的任务是确定叠合桥梁结构的分析模型和模型参数,初始分析证明,三维的梁单元和壳单元可以很好地满足应用要求。通过对试验桥梁结构进行模拟仿真分析,观察了桥梁结构的失效模式,并建立了结构倒塌的准则。 报告的第三部分介绍了结构参数的灵敏性分析。灵敏性分析的主要目的是确定影响结构承载力的主要结构参数,尽管影响结构承载力的因素很多,但是由于计算工作量的关系,只有这些主要参数才被用于结构的体系可靠性分析。在结构参数的灵敏性分析中,主要对三个结构强度参数和三个结构几何参数进行了分析,分析结果表明,桥梁的体系承载力对三个结构强度参数最为敏感,因而被应用于以后的结构可靠性分析中。 由于桥梁设计规范中没有荷载的统计参数,无法直接进行可靠性分析,因此必须进行加载模型和荷载统计参数的研究。在交通研究实验室提供的公路车辆载荷调查数据基础上,本项目进行了分析,得到了最经常出现的重载卡车以及它们的载重统计数据。建议的荷载模型考虑了两辆重载卡车同时顺序行驶在同一车道上和并排行驶在两个车道上两种情况。 在算例分析部分,首先研究了单跨简支叠合梁桥,考虑了重载卡车在桥梁纵向和横向的不同布置。通过对五种荷载工况的极限体系承载力的确定性分析,两种荷载工况被选取用于试验设计和体系可靠性分析。在算例分析中,考虑了桥梁


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