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多种因素作用下的拱桥吊杆体系时变可靠度研究

欧俊杰  
【摘要】:吊杆作为中、下承式拱桥中非常关键的传力构件,起到了将拱肋和桥面板相连接的作用,吊杆发生破坏将会对整个拱桥结构的安全造成严重影响,这类拱桥需要格外注意吊杆的安全性和可靠性。目前,大多数相关研究主要对腐蚀和车辆荷载作用下的吊杆体系时变可靠度进行了分析,而对于考虑其他作用对吊杆体系时变可靠度的研究较少,尤其是从温度作用造成吊杆产生弯曲现象造成吊杆承载能力下降的角度分析更是少之又少。因此本文结合了腐蚀、车辆荷载和温度荷载三者对吊杆体系时变可靠度问题进行详尽的研究,挖掘温度变化内在规律,总结了这三者对吊杆体系时变可靠度的影响。论文主要完成的工作具体如下:(1)对吊杆的损伤原因进行分析讨论,确定影响吊杆服役寿命的主要因素。基于吊杆的S-N曲线对吊杆的疲劳性能进行分析,得到了是否考虑腐蚀情况下的1860MPa级钢绞线型吊杆的S-N曲线,推导出吊杆在不同弯曲角度下的S-N曲线。(2)基于车辆荷载统计规律,确定了忽略车辆之间影响的应力幅值和应力幅循环次数分布规律的求解办法。论述了对于混凝土结构或钢-混凝土结构采用日平均气温作为有效温度更为合理,利用某气象站统计数据进行分析,证明了各季节的日平均气温正态分布拟合程度良好。(3)基于累积损伤法则、可靠度理论以及体系可靠度理论,得到了吊杆体系时变可靠度相关的功能函数,进一步考虑温度变化作用下对方程加以修正,得到了具有普适性的温度修正时变可靠度方程。(4)基于平南三桥算例模型,对不同失效模式下的吊杆体系时变可靠度进行计算对比。对桥址温度分布规律进行分析,证明了温度荷载对吊杆的疲劳寿命的影响不可忽略。通过对吊杆时变可靠度分析,发现了考虑温度荷载作用下短吊杆的服役寿命下降了5.13%,其余吊杆可以忽略此影响。同时发现了考虑温度荷载之后,最危险吊杆由次短吊杆变成了短吊杆,因此在分析拱桥最危险吊杆时,务必要考虑温度荷载的影响作用。


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