在役桥梁钢结构损伤检测与安全评估相关方法的研究

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随着桥梁工程的不断发展,在役桥梁钢结构的损伤检测以及安全评估问题引起了人们的关注。传统的桥梁检测评估方法结合现场检查、损伤探测、荷载试验以及理论计算,但由于钢结构和混凝土结构在材料特性,构件尺寸,设计方法上存在着差异,传统方法对桥梁钢结构的安全评估中存在着局限,有待改进和发展。本文总结了现行桥梁检测评估方法的主要流程,并结合工程实例指出其中安全评估方法的局限性以及不足,在此基础上对现行方法进行了三个层次的发展。对于工程实例中出现的静载测试数据的缺乏与行车荷载的影响两个问题,本文阐述了工程检测概况以及问题产生的原因,采用有限元建模分析以及理论推导的方法进行了探讨并提出了解决方案,这部分可以视为对现行方法的补充。现行方法中桥梁评估模型采用设计模型,存在局限。本文探讨了依据静载试验数据,采用最优化方法来实现桥梁计算模型的修正,包括模型修正的目的,面向工程实际的参数分组技术,最优化问题的建立,优化算法的选择以及模型修正的步骤等,这部分可以视为对现行方法的改进。荷载试验的繁琐以及不便使得现行方法使用往往受到限制。本文从最简单的损伤工况—单损伤,以及最简单的结构—简支钢桥—入手,探讨了基于动力特性的在役简支钢桥损伤识别及简化安全评估方法。对于单损伤工况,本文采用桥梁工程检测中最易获得的动力参数—自振频率来推导安全评估方法;对于更一般化的多损伤情况,本文发展了柔度曲率指标,提出了只采用桥梁一阶模态实现损伤位置和程度推定的方法,此外还探讨了基于应变监测的在役简支钢桥损伤后应力状态推定方法,并和桥梁安全评估指标相联系,这部分可视为对现有方法的简化创新。本文提出的一系列方法,通过几个工程以及数值模拟算例验证了其对现有的方法是良好的补充和发展,不仅能解决实际工程中出现的桥梁安全评估障碍,而且能实现较为全面彻底的桥梁安全评定以及加固方案比较,还为一定条件下在役简支钢桥的简化安全评定提供了一套可行的程序。但本文提出的方法还需要在相关试验或是实际工程中的进一步验证和改进。
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