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吊杆是中下承式拱桥最重要的受力构件,易遭受腐蚀损伤和疲劳累积损伤,极限情况下甚至发生突然破断,威胁结构安全。本文以实际工程为依据,依托于江西省景德镇市瓷都大桥,结合大量的文献资料以及国内外的相关研究成果,通过对工程的现场监测和数值模拟分析相结合的方法,对瓷都大桥采用加劲钢管纵梁进行加固后,建立ANSYS有限元分析模型,围绕吊杆损伤与破断展开研究。本文主要研究内容及成果如下:(1)基于吊杆损伤机理和吊杆损伤过程中拉力与拉应力演变理论,将吊杆损伤模拟成为吊杆有效截面积的减少(断丝数的增加),分析了吊杆损伤后吊杆系统内力重分布的总体趋势,同时研究一根或多根吊杆损伤时全桥吊杆系统拉力的重分布规律。(2)讨论了模拟吊杆破断的各种方法的优劣,并从中选取较为合理的非线性动力模拟方法,通过建立ANSYS有限元模型,开展了综合的参数分析,即对吊杆断裂的持续时间、断裂位置、断裂吊杆数量以及断裂顺序等对结构不同构件的DAF值和DCR的值的影响进行了研究。(3)由于吊杆断裂只对同向相邻吊杆产生比较显著的影响,且吊杆抵抗损伤的能力大小依次为:S7#>S4#>S1#,因此分别选取S1#吊杆和S7#吊杆进行破损安全分析。同时,以新吊杆更换后的加固桥梁为基础,建立了限元分析模型,选取S6#、S7#和S8#吊杆分步断裂的工况进行吊杆连锁破断分析,并与原吊杆分析数据对比,探究吊杆更换前后的破断安全性能。

关键词：拱桥吊杆劣化损伤断索安全性评估非线性动力分析

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基于概率的网络层次桥梁最优维护决策研究

基于概率的网络层次桥梁最优维护决策研究

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作者：吴丽湖南大学

学位级别：硕士

在我国,大量的桥梁面临着老化、破损以及性能衰减等方面的问题,而对劣化桥梁结构的状态的评估和预测,以及各种维护措施的选择变得愈发的重要。对于路网中桥梁的维修加固,如何利用有限的资金确定一个最优的维修加固策略,从而使得网络的... 详细信息

在我国,大量的桥梁面临着老化、破损以及性能衰减等方面的问题,而对劣化桥梁结构的状态的评估和预测,以及各种维护措施的选择变得愈发的重要。对于路网中桥梁的维修加固,如何利用有限的资金确定一个最优的维修加固策略,从而使得网络的性能最优,同时也能保证单座桥梁自身处于一个可靠的水平,是桥梁维护管理需要解决的一个重要问题。本文基于可靠性分析和优化算法分别对单座桥梁和桥梁网络的最优维护决策进行了研究,主要做了以下工作： (1)依据钢筋锈蚀、混凝土强度退化、车辆荷载的时变性等因素,分别对桥梁的承载能力极限状态和正常使用极限状态的时变可靠度指标进行计算。通过分析各种维修与加固方法对桥梁承载能力以及最大裂缝宽度的影响,运用JC法编制了在各种维护措施作用下的桥梁时变可靠度计算程序。 (2)建立了在满足桥梁目标可靠度指标的前提下,维护成本最优的多准则维护决策模型。运用遗传算法对桥梁的维护策略进行优化,编制相应的程序,计算得到了中山市民众沥大桥的钢筋混凝土T梁在寿命周期内的最优维护管理策略及其维护成本。 (3)简要介绍了图论及网络的基本概念,建立了桥梁网络模型。依据我国实际的交通路网状况,对桥梁网络性能可靠性评价方面的三个指标进行了研究：桥梁网络连通可靠指标、用户满意度可靠指标和关键桥梁性能的可靠指标。 (4)通过对桥梁网络中各座桥梁承载能力极限状态下的时变可靠度分析和网络中各路段的设计小时交通量的年增长量的计算,来预测桥梁网络的这三个可靠度指标随时间变化的趋势。建立了中山市部分区域的桥梁网络模型,并运用桥梁网络概率评定方法对其性能进行了评定。 (5)应用多目标优化和动态规划的基本理论,对桥梁网络的最优维护决策模型进行分析,运用多目标优化问题的遗传算法编制中山市部分区域桥梁网络最优维护决策的程序,得到了该网络桥梁30年内的动态最优维护策略。

关键词：时变可靠度分析桥梁的劣化桥梁网络网络的可靠性分析最优维护策略维护成本遗传算法

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带双支撑索结构张力测试研究

带双支撑索结构张力测试研究

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作者：黄雨忠湖南大学

学位级别：硕士

既有索结构体系，如斜拉桥拉索、拱桥系杆、预应力体外束，由于设置有阻尼器或多中间支撑等复杂边界条件，难以应用传统的弦振动理论进行张力测试。针对国内既有斜拉索在塔梁两端一般均设有阻尼器的情形，本文对带双中间支撑索结构张力... 详细信息

既有索结构体系，如斜拉桥拉索、拱桥系杆、预应力体外束，由于设置有阻尼器或多中间支撑等复杂边界条件，难以应用传统的弦振动理论进行张力测试。针对国内既有斜拉索在塔梁两端一般均设有阻尼器的情形，本文对带双中间支撑索结构张力识别进行了相关研究。主要内容如下:(1)运用解析法(不考虑抗弯刚度)，对两种带双阻尼器拉索振动模型进行频率方程的构建，给出了两种频率方程的求解方法(近似法、迭代法)，得到拉索频率特征值的无量纲形式及索力的显示表达式。(2)对粘滞型阻尼器、HDR剪切型阻尼器和HDR压缩型阻尼器进行了模型化，运用解析法分别研究了其阻尼器参数、支撑刚度、阻尼器位置对拉索振动特性的影响，并对近似解的误差进行了分析及规律的总结。(3)动力刚度矩阵法，从有限单元法的理论出发，拉索被中间支撑分为单个单元，单元之间在支撑位置进行连接。对于固结索、铰接索的总体刚度矩阵的获得，也是基于中间支撑位置两侧的单元刚度矩阵的贡献，根据变形协调关系进行组装。(4)针对5种常见的拉索振动模型采用动力刚度矩阵法进行了频率方程的构建，并采用PSO粒子群算法及迭代法进行频率方程的求解。动力刚度矩阵法对于抗弯刚度、边界条件、支撑情况这3个因素能够比较全面地考虑。(5)结合ANSYS及经典文献对两种方法的精度进行了分析和探讨，并以八里湖大桥和海印大桥的动力测试实验为实例分析，采用测试结果对以上两种方法进行验证。

关键词：振动频率法双阻尼器解析法动力刚度矩阵法实例分析

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基于数字图像相关的混凝土结构裂缝区域形变识别与重构

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作者：寇宇航湖南大学

学位级别：硕士

形变测试一般包括位移与应变两类测试场景。对于木材、岩石或混凝土等材料试件,在承载过程中产生的开裂是一项重要观测内容。传统单点位移及应变测试手段难以实现全场的测量,数字图像相关(Digital image correlation,DIC)技术以其非接... 详细信息

形变测试一般包括位移与应变两类测试场景。对于木材、岩石或混凝土等材料试件,在承载过程中产生的开裂是一项重要观测内容。传统单点位移及应变测试手段难以实现全场的测量,数字图像相关(Digital image correlation,DIC)技术以其非接触、全场位移与应变测试的优点被越来越多地应用于土木工程领域。标准DIC技术实施时一般要求位移连续,对于在承载过程中产生开裂的试件,标准DIC一般存在计算失真的问题。传统DIC存在裂缝处位移场识别失效的问题,本文对标准DIC算法进行改进,构建了一套针对开裂结构的DIC形变测试系统,实现了裂缝区域位移场与应变场的精确重构。提升了DIC技术在土木工程领域的应用范围。主要内容及结论如下:(1)提出了一种基于标准DIC技术的混凝土结构裂缝开展全局识别与重构方法。通过设置裂缝识别阈值,在DIC位移场中识别表征开裂位置的位移突变点,对开裂位置两侧位移向量作差得到裂缝水平缝宽,再通过局部最小二乘法拟合裂缝开展走向,换算得到开裂处实际宽度。针对图像噪声问题,通过模拟试验验证了位移场降噪的必要性;采用均方根误差、信噪比与平滑度指标量化分析了不同降噪方法的去噪效果。针对实际工程中最优裂缝识别阈值的选取问题,引入信息熵与相关系数,基于缝宽分布熵值曲线与识别损失相关系数曲线提出了最优阈值的确定方法,最后通过超高性能混凝土加固混凝土梁加载试验进行了验证。本文方法实现了混凝土结构裂缝开展过程的自动测量与可视化展示,缝宽测量误差在0.01mm以内,满足工程要求。(2)提出了基于像素级ZNCC系数分布图的DIC纹理失真像素剔除算法(Texture distortion pixel elimination algorithm of DICbased on pixel level ZNCC coefficient map,DPE-DIC)。以整像素匹配得到的ZNCC系数生成像素级ZNCC系数分布图,作为失真像素剔除的依据。提出了基于局部极值的固定步长失真像素剔除策略,避免了考虑散斑质量与裂缝宽度等因素时带来的ZNCC阈值设置困难问题。针对距裂缝过近的目标点IC-GN亚像素迭代无法正确收敛的问题,提出了主子集自适应扩充策略,保证了各目标点的正确收敛。开展了模拟竖向裂缝试验与45°斜裂缝试验,与标准DIC算法相比,在裂缝区域的位移场计算精度提升明显,平均偏差为0.0126与0.0211像素。(3)提出了一种基于局部径向基函数(Local radial basis function,LRBF)的结构应变场计算方法。引入局部径向基函数,克服了常规径向基函数由于全场节点数过多带来的拟合刚度矩阵奇异的问题。对全场目标点逐个建立局部计算域,通过预计算拟合刚度矩阵,使得每个目标点仅需进行一次系数矩阵的计算即可实现应变的计算,减少了计算成本。通过数值实验确定了局部径向基函数形状参数的取值范围。模拟试验分析表明:对于高梯度应变,LRBF的平均偏差与均方根误差均小于PLS算法。模型试验试件的应变场计算结果对比表明:LRBF算法不存在过拟合效应,在裂缝等位移梯度较大区域具有更高的精度。上述算法克服了标准DIC的连续性假设,提升了其在土木工程领域的适用性,为结构裂缝区域提供了一套完整的非接触、高精度全场形变测试解决方案,实现了加载过程中裂缝形态的全局识别与重构、任意裂缝处宽度的计算、裂缝区域的高精度位移场及应变场重构。

关键词：数字图像相关裂缝识别裂缝重构位移场应变场径向基函数降噪

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