大跨度纜索承重橋梁纜索損傷識別及可靠度研究

近年來，世界各地相繼興建了許多大跨度纜索承重橋梁，這些橋梁投資巨大，不僅是交通運輸線上的關鍵設施，而且，因為外形美觀，有些已成為當?shù)氐臉酥拘越ㄖ?。但由于長期承受恒載、活載與疲勞荷載作用，并暴露于風雨、潮濕與污染的大氣環(huán)境中，大跨度纜索承重橋梁的纜索系統(tǒng)極易遭受疲勞與腐蝕破壞，使纜索的實際使用壽命大大低于設計壽命。作為纜索承重橋梁的主要受力構件，纜索的安全性和耐久性對橋梁的正常使用和整體安全極為重要,一旦纜索產生損傷會使其承載能力降低或喪失,甚至導致橋梁垮塌。 相對于纜索承重橋梁的建造速度和規(guī)模，纜索損傷的研究還相對滯后，至今還沒有形成關于纜索損傷識別、纜索損傷可靠度研究、纜索損傷后橋梁體系可靠性研究等方面的統(tǒng)一標準。因此，在發(fā)揮纜索構件在橋梁工程中優(yōu)勢的同時，如何準確了解纜索的健康狀況，采用何種手段對其損傷加以有效識別，如何快速的對損傷纜索的可靠度以及纜索損傷后橋梁結構的整體可靠性進行評價，并及時準確的提出合理、有效的維修加固措施等己經(jīng)成為橋梁工程技術界亟待解決的問題。 本項目采用理論分析、數(shù)值計算、試驗研究和實際工程應用相結合的研究方法，依托目前世界上最先進的無線傳感器Imote2 節(jié)點，實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動化采集、遠距離傳輸和智能化處理，基于無線傳感技術建立了橋梁狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，并逐步建立可用于纜索損傷識別以及橋梁結構可靠度分析所需參數(shù)的數(shù)據(jù)庫；提出了基于kriging 模型的纜索損傷識別方法盡可能準確的識別纜索損傷位置及損傷程度；提出了kriging改進響應面法計算評估損傷纜索的可靠度，通過敏感性分析掌握參數(shù)對纜索損傷的影響；最后基于隨機有限元法建立了纜索損傷后全橋體系可靠度研究方法，評估纜索損傷后對橋梁承載力的影響及全橋的安全可靠性，提出切實可行的維修加固方案，確保橋梁繼續(xù)安全運營。項目成果可為纜索承重橋梁及時調整或更換受損纜索提供依據(jù)，為橋梁可靠性評估提供依據(jù)，具有重要的理論意義和工程應用價值，且對于實現(xiàn)纜索壽命最大化、保證交通安全，也具有很高的經(jīng)濟效益和社會效益。 2100433B

針對纜索承重橋梁發(fā)展中纜索損傷識別及其可靠性評估研究不足的問題，采用理論分析、數(shù)值計算、試驗研究和實際工程應用相結合的研究方法，利用先進的無線傳感技術建立橋梁狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動化采集、遠距離傳輸和智能化處理，逐步建立可用于纜索損傷識別及橋梁結構可靠度分析所需參數(shù)的數(shù)據(jù)庫；提出基于kriging模型的纜索損傷識別方法，準確識別纜索損傷位置及損傷程度；提出新穎的改進響應面法計算評估損傷纜索的可靠度，通過敏感性分析以掌握參數(shù)對纜索損傷的影響；最后基于隨機有限元法建立纜索損傷后全橋體系可靠度研究方法，評估纜索損傷后對橋梁承載力的影響及全橋的安全可靠性，提出切實可行的維修加固方案，確保橋梁繼續(xù)安全運營。項目成果可為纜索承重橋梁及時調整或更換受損纜索提供依據(jù)，為橋梁可靠性評估提供依據(jù)，具有重要的理論意義和工程應用價值，且對于實現(xiàn)纜索壽命最大化、保證交通安全，也具有很高的經(jīng)濟效益和社會效益。

本書共7章，首先，系統(tǒng)總結了多塔纜索承重橋梁的技術演變；其次，通過對多塔斜拉橋、多塔懸索橋結構體系與力學行為的研究，闡述了多塔纜索承重橋梁的特殊性和設計的關鍵技術；*后，分別介紹了多塔斜拉橋和多塔懸索橋的工程實踐。本書是系統(tǒng)研究多塔纜索承重橋梁的著作，理論推導邏輯嚴密，析理細致，文筆流暢，可讀性強，極具參考性和啟發(fā)性。

在一般動力學、材料力學、一般有限元理論、構件試驗的基礎上，充分結合超大跨度纜索承重橋梁的特點，在滿足工程精度要求的前提下，研究在強地震動場作用下超大跨度纜索承重橋梁地震破壞機制、地震破壞過程精細化數(shù)值模擬的可靠和高效的理論和方法，并研制相應的核心計算軟件模塊，為超大跨度纜索承重橋梁的抗震安全分析、抗震安全技術與措施的研究、建立相應的抗震設計準則提供有力的實用工具。重點解決的關鍵科學問題：（1）超大跨度纜索承重橋梁的關鍵連接構件的力學模型和參數(shù)的確定方法，建立專用的有限單元；（2）研究鋼護筒與樁組合構件的力學模型和超大規(guī)模橋梁基礎與土地震相互作用的集成非線性力學模型；（3）建立穩(wěn)定、高效的鋼筋混凝土非線性半彌散單元的力學模型和插值函數(shù)（3）提出或改進超大跨度纜索承重橋梁抗震振動阻尼模型及參數(shù)的確定方法；（4）在強地震動場作用下，橋梁結構的動力學方程的表達形式與可靠、高效的數(shù)值求解算法。 2100433B

高宗余1964年生，1985年西南交通大學鐵道橋梁專業(yè)畢業(yè)，2007年華中科技大學橋梁與隧道工程專業(yè)畢業(yè)，獲工學博士學位。中鐵大橋勘測設計院集團有限公司總工程師，教授級高級工程師，全國工程勘察設計大師，全國杰出專業(yè)技術人才，全國優(yōu)秀科技工作者，詹天佑鐵道科學技術獎大獎獲得者，百千萬人才*人選，享受國務院政府特殊津貼專家，中國土木工程學會橋梁及結構工程分會副理事長。長期從事大跨度橋梁工程設計和科研工作，主要研究方向是纜索承重橋、高速鐵路橋、跨海大橋等的總體設計。主持設計了武漢天興洲大橋、武漢二七長江大橋、鸚鵡洲長江大橋、福州青洲閩江大橋、鄭州黃河公鐵兩用橋、上海東海大橋（主航道橋及外海段）、杭州灣大橋（水中區(qū)及灘涂區(qū)引橋）等多座大橋。先后榮獲國家科技進步獎6項，全國優(yōu)秀設計金獎1項、銀獎1項。