文档介绍：湖南大学
博士学位论文
混凝土斜拉桥施工期的时变可靠性研究
姓名:刘扬
申请学位级别:博士
专业:结构工程
指导教师:尚守平
20050401
摘要
混凝土桥梁结构的生命全过程可分为施工期、使用期、老化期三个阶段,现
行规范主要针对正常使用阶段,对施工期的可靠性研究还很少。近年来调查分析
表明,结构施工期的平均风险高于使用期。
论文研究了混凝土斜拉桥施工期构件抗力的概率模型、施工期荷载的调查统
计、时变可靠度分析以及施工期体系可靠度计算等问题,主要工作内容包括以下
几个方面:
1. 针对混凝土斜拉桥采用的高强混凝土,在施工现场进行高强混凝土早龄期力
学性质的试验研究,分析了早龄期轴心抗压强度和弹性模量的截口概率分布
类型,对试验数据进行非线性最小二乘回归分析,基于随机过程理论建立了
混凝土早龄期轴心抗压强度和弹性模量的平均值和变异系数的历时变化模
型,并根据试验结果,提出了早龄期混凝土轴心抗压强度和弹性模量的关系
式。
2. 考虑抗力的随机性和时变性,采用非平稳随机过程模型来描述混凝土斜拉桥
构件施工期抗力,获得了混凝土斜拉桥构件施工期抗力的平均值函数和标准
差函数,并且分别采用离散采样法和假定抗力服从独立增量过程的连续函数
法计算了早期抗力的自相关函数,同时对影响斜拉桥构件抗力的各变量进行
了参数敏感性分析。
3. 针对混凝土斜拉桥的施工特点,对各施工工序的主梁活荷载进行分类并进行
现场调查,获得了一批现场数据,分析了施工期活荷载的分布规律,基于工
序时间域获得了施工期活荷载的均值函数和标准差函数。
4. 基于施工控制的参数反馈识别技术,对反映荷载效应的斜拉桥主梁参数如容
重、刚度等物性参数进行了实时识别,分析了该参数在施工过程中的波动规
律。针对现行规范中大跨度桥梁施工质量评定缺乏反映结构荷载效应的评价
指标的问题,提出了反映结构荷载效应的斜拉桥施工期新的施工质量评价指
标——等效容重波动率和等效弹性模量波动率。并且分别采用控制图和工序
能力指数进行施工质量评价,在控制图法中建立了分别考虑等效弹性模量和
等效容重的一元质量控制图和考虑两者相关性的二元质量控制图。同时,根
据工序能力指数提出了等效弹性模量波动率和等效容重波动率的建议评价标
准。
5. 在混凝土斜拉桥这一类复杂结构的可靠度计算中,极限状态函数一般是隐式
函数,本文提出了一种高效的改进虚拟中间变量法,直接在标准正态空间内
重构极限状态函数,可以对施工期斜拉桥结构的失效曲面进行高精度重构,
I
显著地提高了拟合精度和运算效率,具有很大的优越性,并通过实例验证了
这种算法的高效性和精确性。
6. 将可靠度分析模块与施工控制分析程序相结合,提出了混凝土斜拉桥施工期
的时变可靠度的实用计算方法,该方法可以直接利用现有的施工控制分析程
序,将结构的力学分析和可靠性评价两部分合理统一。同时,基于结构可靠
度的一次二阶矩法原理,分析了施工阶段斜拉桥时变可靠度的主要参数的敏
感性,在此基础上可以明确斜拉桥施工过程中应重点控制的施工参数,以提
高施工质量控制的主动性。
7. 采用改进的β约界法限制分枝规模,寻找并识别对结构体系可靠度起主导作
用的主要失效模式,考虑各主要失效模式间的相关性对施工期斜拉桥的时变
体系可靠度进行了合理分析。
主题词:混凝土斜拉桥;施工期;时变可靠度;概率模型;抗力;荷载
II
Abstract
The life cycle of concrete bridges consists of three periods, ., construction
period, service life and degradation process. The failure probability of cable-stayed
bridges during construction is higher than that during service life. However, the
existing codes provide no uniform safety requirement for bridges during
construction and nearly all of the existing literature is not particularly surprising
since