[00795426]钢管混凝土拱桥动力模型修正及抗震能力评估方法研究

近二十几年来，钢管混凝土拱桥在中国发展迅猛，随着中国经济的高速发展，在公路、铁路和城市建设中，还将大量建造钢管混凝土拱桥，然而，当今世界范围内，地震灾害频发，因此为了评估钢管混凝土拱桥的抵抗地震能力，该项目针对钢管混凝土拱桥的力学性能特点，采用试验方法和数值方法研究了拱脚的力学性能、承载能力和抗震性能等，揭示了在地震荷载作用下拱脚的变形规律和破坏机制；研究利用现场荷载试验结果的钢管混凝土拱桥模型修正方法，提出基于进化理论和人工智能方法的模型修正新方法；确定拱肋弦杆、腹杆、吊杆、吊杆横梁和桥面纵梁等主要部分和整体的抗震能力评估指标及其权重值，建立钢管混凝土拱桥抗震能力评估指标体系；建立钢管混凝土拱桥基于模糊理论的多因素多层次抗震能力综合评估模型，提出了基于模糊理论的抗震能力评估的新方法。拱脚段模型抗震能力试验及数值分析表明，钢管混凝土轴心受压及偏心受压的极限承载力有限元计算域试验值接近，核心混凝土从弹性阶段到屈服阶段首先钢管出现屈服，然后发展到全截面屈服和失效，通过屈服过程取得相应阶段的承载能力。开展了一个在实验室钢管混凝土圆管拱的模型试验，试验得出核心混凝土出现大面积的脱空的现象，并通过振动测试对试验拱的振型及自振频率进行测试，为钢管混凝土拱肋模型修正方法提供可靠的数据。提出了钢管混凝土拱桥拱肋模型修正目标函数的构建方法，振型中的空间曲线曲率模态差和多阶自振频率相结合的方法，通过拱肋参数敏感性分析确定损伤和缺陷对拱肋受力性能进行模型修正参数分析，得出拱肋钢管和混凝土的弹性模量和混凝土脱空高度对拱肋动力性能和受力性能影响比较大。提出基于共轭梯度法的钢管混凝土拱桥模型修正方法，基于蚁群算法的拱肋模型修正方法，基于蚁群算法与共轭梯度法相结合的拱肋模型修正方法，并通过实验室拱模型和一座单圆管拱桥进行实践。研究了钢管混凝土拱桥的拱肋弦杆、腹杆、横向联系、吊杆、横梁和桥面纵梁的破坏模式，推导了各部分极限承载能力计算及延性比的计算公式。研究了钢管混凝土拱肋基于强度(变形)与延性的抗震能力评估方法。根据各部分的破坏模式给出五阶段的损伤状态，并建立各部分及钢管混凝土拱桥整桥的地震破坏评估模型。研究了基于模糊理论与层次分析法的多层次多因素地震破坏综合评估模型。通过以上的研究工作，共发表了学术论文14篇，其中SCI收录2篇，EI收录7篇，EI源期刊待收录2篇，国际会议论文3篇，优秀论文奖1篇；另外向SCI源期刊投稿3篇，正在申请专利2项。