基于長期監(jiān)測數據的大跨橋梁環(huán)境作用模型及其效應研究.pdf

1、大跨橋梁結構的狀態(tài)評估對于其安全運營具有重要意義，是目前土木工程領域的研究熱點。結構健康監(jiān)測系統(tǒng)在國內外一些大型橋梁上的成功實施為全面深入理解橋梁結構在服役期的安全狀態(tài)及性能退化規(guī)律提供了良好的平臺。隨著實時監(jiān)測數據的不斷積累，如何有效地處理和分析監(jiān)測數據，建立環(huán)境作用、車輛荷載等服役期荷載與橋梁結構狀態(tài)輸出之間的關系并探求結構在外部荷載作用下的響應機理、提升橋梁設計水平和分析技術是目前橋梁結構健康監(jiān)測領域的重要問題。
　　 本

2、文以潤揚大橋懸索橋為研究對象，圍繞大跨橋梁環(huán)境作用及其效應這個主題，基于結構健康監(jiān)測系統(tǒng)獲取的長期實時環(huán)境監(jiān)測數據，準確地建立了包括溫度作用和風荷載在內的環(huán)境作用的長期統(tǒng)計模型，系統(tǒng)地研究了環(huán)境作用下大跨橋梁結構的整體響應，并進一步深入分析了環(huán)境作用下大跨橋梁結構的局部響應，主要內容包括:
　　 (1)詳細地研究了潤揚大橋懸索橋扁平鋼箱梁溫度作用的特性。基于長期實測數據，分析了扁平鋼箱梁溫度和溫差的時變規(guī)律，建立了高斯混合分布和

3、聯合分布分別對扁平鋼箱梁的溫度和溫差的統(tǒng)計特性進行準確描述，預測了潤揚大橋懸索橋設計基準期內的溫差極值并與Eurocode1進行了對比，總結了扁平鋼箱梁橫截面的橫向溫差模式，提出了扁平鋼箱梁全壽命溫度場模擬的數值逆變換抽樣方法，模擬了潤揚大橋懸索橋扁平鋼箱梁為期五年的溫度場。研究結果表明，建立的概率密度函數能準確描述扁平鋼箱梁溫度和溫差的統(tǒng)計規(guī)律，數值逆變換抽樣方法可準確模擬扁平鋼箱梁的溫度場。
　　 (2)詳細地研究了潤揚大橋

4、懸索橋橋址區(qū)的日常風特性?；陂L期實測數據，得到了塔頂風場和主梁跨中風場的平均風速、平均風向、風速沿高度變化規(guī)律、湍流度、陣風因子、湍流積分尺度、脈動風功率譜密度、風場空間相關性等日常風特征參數及其統(tǒng)計規(guī)律，對比了塔頂風場參數和主梁跨中風場參數的相關性和差異性，分析了風場特征參數之間以及風場特征參數不同分量之間的相關性，并將分析結果與該地區(qū)的臺風特性和相關規(guī)范進行了對比，最后總結了用于結構狀態(tài)評估的日常風功率譜密度函數。研究結果表明，實

5、測日常風特性與臺風特性及規(guī)范推薦結果相差較大，總結的功率譜密度函數可準確反映日常風的脈動能量分布。
　　 (3)詳細地研究了環(huán)境作用下大跨橋梁結構的整體響應。針對環(huán)境作用下大跨橋梁結構整體響應的特點，以抖振響應為主要研究對象，采用大型數值分析軟件和大型有限元分析軟件，實現了從隨機風場模擬、全橋有限元模型建立到考慮氣動自激力影響的大跨度橋梁抖振響應非線性時域分析的程序化方法，在此基礎上討論了基于實測譜和規(guī)范譜的模擬風荷載作用下大跨

6、橋梁結構抖振響應的差異，分析了實測日常風和實測臺風荷載作用下大跨橋梁結構抖振響應的區(qū)別，并進一步研究了溫度變化對懸索橋動力特性和抖振響應的影響。研究結果表明，環(huán)境作用參數對大跨橋梁結構的整體響應有顯著的影響。
　　 (4)詳細地研究了環(huán)境作用對大跨懸索橋扁平鋼箱梁局部應力響應和長期疲勞性能的影響。以扁平鋼箱梁正交異性橋面板的頂板—U型肋對接和U型肋對接兩類典型焊接細節(jié)為研究對象，建立了扁平鋼箱梁節(jié)段局部精細有限元模型并分析了車輛

7、荷載、溫度作用以及溫差作用下焊接細節(jié)的應力特征，建立了全橋多尺度有限元模型并分析了日常風荷載和臺風荷載下焊接細節(jié)的應力特征，總結了國內外規(guī)范推薦的疲勞評估方法的特點并指出其對大跨懸索橋扁平鋼箱梁焊接細節(jié)的適用性，選取Eurocode規(guī)范的疲勞評估方法深入分析了溫度、日常風和臺風引起的焊接細節(jié)疲勞累積損傷，討論了外部作用的變異性對焊接細節(jié)疲勞性能的影響。研究結果表明，建立的有限元模型能對環(huán)境作用下焊接細節(jié)的應力進行準確模擬，環(huán)境作用對扁平