桥梁结构设计论文范文参考关于桥梁结构设计的优秀论文范文【10篇】

桥梁结构设计论文范文参考关于桥梁结构设计的优秀论文范文【10篇】 桥梁工程作为公路工程的枢纽,在国民经济中占有重要的地位,其安全性与经济性不合理将造成社会财富的巨大浪费和国有资产的大量损失,车辆荷载是影响公路桥梁结构安全性和使用性的重要因素之一.随着运输需求和汽车工业的不断发展,车辆超载现象日趋严峻,近年来出现了多起重车压垮桥梁的事故,引起了社会各界广泛的关注.为了解我国近年公路桥梁汽车荷载的情况,并为公路桥梁荷载标准的制定提供依据,本论文依托西部交通建设科技项目“桥梁设计荷载与安全鉴定荷载研究”所开展的全国范围内的汽车荷载调研,并基于调研成果进行的汽车荷载的深入研究,明确了我国汽车荷载标准的适应性,建立了公路桥梁汽车荷载标准制定方法.对荷载组合系数进行了研究.基于实测车辆统计数据,对桥梁汽车荷载离心力进行了研究. 本文首先针对我国公路桥梁汽车荷载存在的突出问题,结合国内外公路桥梁汽车荷载规范及其研究进展情况,在调查研究分析我国公路桥梁车辆荷载特性、运营状况、和消化、借鉴、吸收国内外已有的科研成果和应用技术成果的基础上,研究提出四种计算公路桥梁汽车荷载标准值的方法：规范环比法、概率统计法、历史经验法和法律法规法.规范环比法是参照国外规范,对比各国的荷载模式以及荷载标准的确定方法,通过对比分析研究,用来确定我国公路桥梁荷载标准,结合我国实际情况,用以以满足我国交通运输发展的要求；概率统计法认为汽车荷载为随机变量,在大量实测的基础上对实际汽车荷载进行数理统计分析,用以确定荷载标准值；历史经验法是在调查我国公路桥梁汽车荷载标准的制定历程的基础上,通过对实际交通运营情况进行的调查,在荷载标准中充分考虑并实际车型载重情况的方法；法律法规法以交通运输管理政策、法规为基础,用来确定汽车设计荷载.使用上述四种方法将荷载标准值加载于选取的样本桥梁上,计算四种方法所得到的荷载效应,并对荷载效应进行了对比分析,对现行规范的适应性进行了分析评价. 其次,本文中以中小跨径梁桥为对象,评价了我国荷载基本组合的分项系数及其组合效应在国际中的地位,研究了分项系数的取值方法.选取我国常见的中小跨径梁桥为样本,结合国外公路桥梁的荷载标准及分项系数,通过分析比较,确定了我国汽车荷载分项系数取值及组合效应在国际上的合理位置.在实测车辆数据的基础上对荷载进行了数理统计分析,得到了新的统计参数.通过给定恒载效应的分项系数,分别运用林德的0.75线性分离法、一般分离法、抗力最小二乘法、可靠指标最小二乘法研究了新的汽车荷载效应的分项系数取值,并对比了各个方法所得结果.在以上大量工作基础上,基于“校准法”对结构重要性系数的取值进行了研究,给出了一级和*构件的建议取值. 最后通过对实测车辆数据的统计,确定了实际车辆荷载的各项统计参数,对国内外车辆离心力规范标准值进行了对比研究.基于车辆的各项统计参数,完善了随机车流模拟程序,运用离心力计算公式,使用MATLAB编制了随机车流下汽车荷载离心力理论值的模拟程序.根据不同半径下的离心力理论数值及其统计参数,得到了汽车荷载离心力概率分布函数,根据可靠度理论,计算得到不同半径下基于实测车流的汽车荷载离心力标准值.对基于实测数据的汽车荷载离心力的标准值与我国规范离心力标准值进行了对比分析,结果表明现行规范离心力与实际车辆统计离心力标准值在一定程度上的不相适应.提出了新的汽荷载离心力标准值的取值方法. 本文研究方法和结论对新一轮的公路桥梁荷载规范制定具有参考价值. 桥梁耐久性差、服务寿命短及全寿命经济性指标差等问题已成为世界性难题.我国正处于桥梁等基础设施建设的高峰时期,大量的待建桥梁面临着如何确保全寿命周期的耐久、安全和经济的严峻问题,关于桥梁耐久性问题的研究有十分紧迫和现实的意义.本文主要研究混凝土桥梁的耐久性问题,进行的主要工作有： 1、提出对桥梁构件进行耐久性等级分类的原则和方法,首次给出了桥梁典型构件的耐久性设置标准及维修养护特征；初步提出了不同使用条件下我国桥梁构件设计使用寿命的建议值. 随着我国综合国力的增长,国家在基础建设中的投入越来越大,近几年我国公路、铁路得到了跨越式的发展,作为公路和铁路交通网重要连接枢纽的桥梁也获得了前所未有的发展,我国已成为名副其实的桥梁大国.桥梁建成以后,交通荷载、人和环境因素的影响,材料的逐渐腐蚀老化和结构损伤的积累,将使桥梁的健康状况和承载能力随着时间的推移而逐渐降低,从而产生各种各样的病害,如果维护管理不当,不仅影响行车安全,而且会大幅度降低桥梁的设计使用寿命,因此,做好桥梁结构健康监测和安全状况评估,为桥梁安全运营、日常养护和科学管理提供科学依据,预防和减少灾害事故的发生,意义重大. 桥梁健康监测是对桥梁结构的无损检测,评价桥梁结构的使用状态,为桥梁的营运与管理提供依据和指导,从被相关学者提出至今,已经经历了一个较长的发展过程,其相关检测技术、数据处理方法和结构状况评估理论也不断完善,特别是光纤传感技术的出现,推动了桥梁健康监测的发展和进步.但是,在桥梁结构关键参量的检测技术、系统无缝集成技术、监测系统的工程实现方法以及结构状况评估的专家系统等直接影响系统功效的核心问题上还存在诸多的不足,致使系统的实用性、可用性较差.本论文以荆岳大桥结构健康监测系统的实施为背景,利用光纤智能材料与结构的技术优点,结合大桥的结构特点,研究了健康监测系统的构建.通过结构的危险性分析,确定了危及桥梁安全的关键参量,研究了其关键参量的检测技术与工程实现方法.基于光纤传输网络技术,实现了荆岳大桥多参数、大容量监测参量传感网络的设计与实现,以及对以光纤传感技术为主,传统检测技术为辅的系统无缝集成,保证了桥梁安全信息的实时采集、传输、存储与分析处理.桥梁健康状况评估系统的建立和C/S、B/S混合软件体系结构的编写,实现了完整、实用、操作性强的桥梁结构长期健康监测系统. 本文从事的主要研究工作如下： 1、阐述桥梁结构健康监测的意义,对桥梁健康监测国内外研究发展和现状进行总结,说明亟待解决的问题.结合荆岳大桥的结构特点,构建大桥结构健康监测系统,并对其监测项目组成、信号传输网络、计算机系统和应用系统的结构进行规划, 2、本研究在分析既有光纤光栅振动传感器结构和原理的基础上,提出了一种新型的光纤光栅振动传感器,并对其结构、检测原理进行了研究, 3、本研究利用光纤传感的技术优势,研制了一种预应力索索力损失在线监测的方法,可用于量化评价预应力混凝土连续梁桥运营期预应力损失大小,实际工程应用效果检验了设计方案的可行性, 4、斜拉索是斜拉桥的关键承载构件和病害易发构件,开展索力检测技术研究,对评估桥梁承载能力,分析其病害程度,制定维护保养决策有着重要的意义.本研究把光纤传感技术与制索工艺相结合,研究了一种内置光纤传感器的智能索索力检测方法,实现了缆索索力的在线监测, 5、在桥梁危险性分析的基础上,构建了以光纤传感技术为主的荆岳大桥结构健康全监测系统,系统检测项目涵盖桥梁荷载,结构静力响应,结构动力特性等与桥梁安全有关的多种信息,同时研究了保证大型监测系统多参量,多功能的软硬件系统集成技术,设计实现了功能完整的结构长期健康监测系统,并归纳总结了系统的工程实施关键技术, 6、阐述了阈值设定的意义和重要性,通过建模仿真计算了各监测参量的阈值,结合实采数据及分析展示了实现的主要软件功能,面向荆岳桥,设计了使用可变权的层次分析法对结构安全进行评价. 对高速铁路桥梁结构,由于列车运行速度高,加之桥梁结构本身长期在环境侵蚀、材料老化和其上列车荷载的疲劳效应等因素的共同作用下,将不可避免地导致结构的损伤累积和抗力衰减,这必然影响结构的正常使用,从而导致抵抗自然灾害、甚至正常环境作用的能力下降,而且有的构件损伤可能扩展很快,极端情况下引发灾难性的突发事故.为保证高速铁路桥梁结构的安全性、适用性与耐久性,本文以满足高速铁路大型桥梁结构特点的健康监测系统及基于监测数据的高速铁路大型桥梁结构状态评估为中心展开研究工作,主要研究内容如下： 1、收集国内外相关领域的研究成果,对健康监测发展过程、高速铁路的发展状况及现有的桥梁状态评估现状进行了系统阐述. 2、对国内外高速铁路大跨度桥梁的建设情况进行了系统的总结,定义了高速铁路桥梁结构“健康指标”的概念,针对不同的桥型,其结构特点及健康指标体系存在一定差异,显示了不同桥型指标体系的差异性；其后阐述了今后高速铁路大型桥梁结构桥式发展趋势；最后在高速铁路大型桥梁健康监测中,必须对高速铁路大跨度桥梁易损特性作充分的了解,找出易损部位,故选取代表性的京沪高速铁路大跨度桥梁南京大胜关长江大桥作为分析示例,在现有的研究方法与理论的基础上,对其进行详细的静动力分析,一方面找出桥梁结构在各种荷载组合作用下最容易发生损伤的部位,对其正常使用状态下的易损性进行分析；另一方面对高速铁路大跨度桥梁结构的健康指标,如自振频率、振幅、加速度及挠跨比等有量的认识. 3、高速铁路桥梁结构健康监测系统应以动力监测为主,重点关注桥梁上部结构的下挠变形和下部结构基础的沉降.由于高速铁路桥梁结构本身自振频率低(一般在1Hz以下),需选择灵敏度高、低频响应好及动力性能量测范围宽的传感器类型以测试低频振动,一般要求低频响应达到0.1Hz甚至0.01Hz.且高速列车通过桥梁时,易引起高频振动,故传感器也应具有较高的采样频率.对比分析后提出了适合高速铁路桥梁结构健康监测系统的传感元件,并结合高速铁路桥梁的特点对各传感器的主要技术指标提出了具体要求. 4、对传感器的布置问题进行了系统的研究.将以基于模态振型观测性(方法A)和基于损伤识别性(方法B)两种目的的传感器布置方法分开进行,并根据基于模态振型的Fisher信息阵Q和基于损伤灵敏度的Fisher信息阵QS两矩阵各自的特点和适用的准则,建立了同时适用的双控目标函数(信息阵迹值最大的同时,系数矩阵条件数最小)；针对基于损伤可识别性与基于模态振型观测性的传感器布置的结果的不一致性,将两种方法赋予不同的权重系数(方法A赋予0.4,方法B赋予0.6).并将剩余待选自由度对本布置方式的作用以百分比的形式表示出,这样所求得的结果是两类信息的叠加,既考虑了未损伤结构每个自由度包含的振型信息,又考虑了每个自由度对损伤的灵敏度信息.整个过程可称为“自由度加权信息法”.以南京大胜关长江大桥为工程实例,运用本文的自由度信息加权法对该桥加速度传感器进行布置,布置结果与该桥的数值分析结果比较吻合,验证了本文方法的正确性.同时,针对高速铁路桥梁结构健康监测的特点,选用符合精度要求的传感器,对该桥进行监测点的总体布置. 5、结合我国铁路桥涵设计基本规范、铁路桥梁检定规范、高速铁路设计规范(试行)等,以及日本铁道结构设计标准、欧洲规范,EUROCODE,等,介绍国内外有关高速铁路桥梁动力指标的限值标准,并将我国普速与高速铁路桥梁结构各动力指标限值进行对比分析,对两者之间存在的差异进行了详细分析.同时也对国内外高速铁路桥梁结构动力指标进行对比,两者指标类型与对应限值量值均相近,体现了国内外规范的接轨.最后对已建成的高速铁路大跨度桥梁结构的动力参数进行总结,并对相应的横竖向刚度限值和车辆参数限值标准进行初探. 6、对公路桥梁、普速铁路桥梁、高速铁路桥梁状态评估的内容进行了对比分析.根据高速铁路大跨度桥梁结构状态评估的特点,建立相应的评估指标体系.由于高速铁路大跨度桥梁结构某些指标的正常值通常值或安全限值是的,导致直接用监测参数进行评定比较困难.基于此,以各监测参数的变化量为基准进行评定.在平稳随机过程和近似正态分布的假定下,依据置信度和置信区间的概念,将高速铁路大跨度桥梁的结构状态划分不同等级,各级以健康置信区间来定量控制,并定性地描述桥梁各等级的使用状态,做到了定性与定量的统一,对桥梁结构的状态等级的划分提供了一种参考方法.用不确定层次分析法、同时引入集值统计和重心决策理论求解各评估指标权重；采用区间可拓评价理论建立高速铁路大跨度桥梁结构状态评估模型,并给出了具体评估流程.最后以重庆菜园坝长江大桥为例,进行评估监测分析. 不同于其他土木结构,公路桥梁结构在运营期间主要荷载形式是移动车辆荷载,且车辆振动与桥梁振动将会相互影响,即车辆桥梁耦合振动.回顾大量桥梁发生的重大事故中,40%的桥梁破坏是由于移动车辆振动所致,主要表现为动力损伤等破坏形式.因此,公路桥梁除应满足静力强度要求外,还应具有良好的动力工作性能,以保证车辆通过桥梁时桥梁的安全性及行人与车辆的舒适性.不管在桥梁动力设计还是动载试验中,都将涉及到相应的桥梁结构的动力性能的研究.而目前对于桥梁结构振动响应的评定成果主要集中于铁路桥梁方面.实际上,对于公路桥梁结构来说,移动车辆荷载是其主要形式,也是引起结构动力损伤的主要因素.因此,本文针对移动车辆荷载作用下公路梁式桥动力性能的设计与评价方法不足的问题,展开了相关研究.基于模态综合法,结合大型通用商业有限元软件ANSYS与MATLAB各自的优势,编制了用于车辆桥梁耦合振动分析的程序VBCVA与行人及行车舒适性评价的程序VCE,并通过与ANSYS以及既有文献的计算结果对比验证了自编程序的正确性与有效性.从桥梁结构动力特性、动力响应以及行人与行车舒适性的角度,提出了以桥梁自振频率、冲击系数、桥梁振动加速度以及车辆振动加速度作为移动车辆荷载作用下桥梁结构动力性能指标.同时,结合理论推导与数值模拟,给出了中小跨径等截面连续梁桥的自振频率估算公式,补充了现行规范对桥梁自振频率估算的规定.另外,对不同部位以及不同响应对应冲击系数之间的差别进行了讨论,指出挠度冲击系数最大、弯矩冲击系数次之、剪力冲击系数最小,因此,作为设计指标可选择较为保守的挠度冲击系数,但作为评价指标应将挠度冲击系数与弯矩冲击系数分别考虑.将车辆假设为常量力、简谐力、弹簧质量块等简化模型,识别出了影响桥梁动力响应的主要参数及其影响规律,最终提出了基于简化模型的桥梁动力性能设计方法.不计桥梁阻尼的车辆桥梁振动简化模型理论推导表明,影响桥梁冲击系数的主要参数有三个,分别是:车辆桥梁质量比、扰动频率与桥梁频率之比、以及车辆频率与桥梁频率之比.在不同速度情况下,冲击系数均随着阻尼比的增大而减小,且其斜率基本相等.针对桥梁结构安全性,分别以桥梁冲击系数与振动加速度作为动力响应指标,结合传统方法(单因子法)与正交试验法,研究了影响桥梁动力响应的主要因素及其各自的影响规律,正交试验法的采用,使得不同因素之间的相互影响得以充分考虑.简支梁桥的正交试验表明,不管是桥梁冲击系数还是振动加速度,桥面不平整度与其他因素的交互作用最为明显,尤其是桥面不平整度与桥梁跨径的交互作用.连续梁桥的正交试验表明,不管是桥梁冲击系数还是振动加速度,桥面不平整度、桥梁主跨跨径、桥梁边中跨比与桥梁跨数之间的交互作用较为明显.另外,指出运用桥梁结构基频单一参数表示的冲击系数表达式是存在一定的缺陷的,尤其是在桥梁结构自振频率位于2Hz4Hz范围.分别选择典型