大跨度缆索承重桥梁缆索损伤识别及可靠度研究结题摘要

近年来，世界各地相继兴建了许多大跨度缆索承重桥梁，这些桥梁投资巨大，不仅是交通运输线上的关键设施，而且，因为外形美观，有些已成为当地的标志性建筑。但由于长期承受恒载、活载与疲劳荷载作用，并暴露于风雨、潮湿与污染的大气环境中，大跨度缆索承重桥梁的缆索系统极易遭受疲劳与腐蚀破坏，使缆索的实际使用寿命大大低于设计寿命。作为缆索承重桥梁的主要受力构件，缆索的安全性和耐久性对桥梁的正常使用和整体安全极为重要,一旦缆索产生损伤会使其承载能力降低或丧失,甚至导致桥梁垮塌。 相对于缆索承重桥梁的建造速度和规模，缆索损伤的研究还相对滞后，至今还没有形成关于缆索损伤识别、缆索损伤可靠度研究、缆索损伤后桥梁体系可靠性研究等方面的统一标准。因此，在发挥缆索构件在桥梁工程中优势的同时，如何准确了解缆索的健康状况，采用何种手段对其损伤加以有效识别，如何快速的对损伤缆索的可靠度以及缆索损伤后桥梁结构的整体可靠性进行评价，并及时准确的提出合理、有效的维修加固措施等己经成为桥梁工程技术界亟待解决的问题。 本项目采用理论分析、数值计算、试验研究和实际工程应用相结合的研究方法，依托目前世界上最先进的无线传感器Imote2 节点，实现数据自动化采集、远距离传输和智能化处理，基于无线传感技术建立了桥梁状态监测系统，并逐步建立可用于缆索损伤识别以及桥梁结构可靠度分析所需参数的数据库；提出了基于kriging 模型的缆索损伤识别方法尽可能准确的识别缆索损伤位置及损伤程度；提出了kriging改进响应面法计算评估损伤缆索的可靠度，通过敏感性分析掌握参数对缆索损伤的影响；最后基于随机有限元法建立了缆索损伤后全桥体系可靠度研究方法，评估缆索损伤后对桥梁承载力的影响及全桥的安全可靠性，提出切实可行的维修加固方案，确保桥梁继续安全运营。项目成果可为缆索承重桥梁及时调整或更换受损缆索提供依据，为桥梁可靠性评估提供依据，具有重要的理论意义和工程应用价值，且对于实现缆索寿命最大化、保证交通安全，也具有很高的经济效益和社会效益。 2100433B

针对缆索承重桥梁发展中缆索损伤识别及其可靠性评估研究不足的问题，采用理论分析、数值计算、试验研究和实际工程应用相结合的研究方法，利用先进的无线传感技术建立桥梁状态监测系统，实现数据自动化采集、远距离传输和智能化处理，逐步建立可用于缆索损伤识别及桥梁结构可靠度分析所需参数的数据库；提出基于kriging模型的缆索损伤识别方法，准确识别缆索损伤位置及损伤程度；提出新颖的改进响应面法计算评估损伤缆索的可靠度，通过敏感性分析以掌握参数对缆索损伤的影响；最后基于随机有限元法建立缆索损伤后全桥体系可靠度研究方法，评估缆索损伤后对桥梁承载力的影响及全桥的安全可靠性，提出切实可行的维修加固方案，确保桥梁继续安全运营。项目成果可为缆索承重桥梁及时调整或更换受损缆索提供依据，为桥梁可靠性评估提供依据，具有重要的理论意义和工程应用价值，且对于实现缆索寿命最大化、保证交通安全，也具有很高的经济效益和社会效益。

本书共7章，首先，系统总结了多塔缆索承重桥梁的技术演变；其次，通过对多塔斜拉桥、多塔悬索桥结构体系与力学行为的研究，阐述了多塔缆索承重桥梁的特殊性和设计的关键技术；*后，分别介绍了多塔斜拉桥和多塔悬索桥的工程实践。本书是系统研究多塔缆索承重桥梁的著作，理论推导逻辑严密，析理细致，文笔流畅，可读性强，极具参考性和启发性。

在一般动力学、材料力学、一般有限元理论、构件试验的基础上，充分结合超大跨度缆索承重桥梁的特点，在满足工程精度要求的前提下，研究在强地震动场作用下超大跨度缆索承重桥梁地震破坏机制、地震破坏过程精细化数值模拟的可靠和高效的理论和方法，并研制相应的核心计算软件模块，为超大跨度缆索承重桥梁的抗震安全分析、抗震安全技术与措施的研究、建立相应的抗震设计准则提供有力的实用工具。重点解决的关键科学问题：（1）超大跨度缆索承重桥梁的关键连接构件的力学模型和参数的确定方法，建立专用的有限单元；（2）研究钢护筒与桩组合构件的力学模型和超大规模桥梁基础与土地震相互作用的集成非线性力学模型；（3）建立稳定、高效的钢筋混凝土非线性半弥散单元的力学模型和插值函数（3）提出或改进超大跨度缆索承重桥梁抗震振动阻尼模型及参数的确定方法；（4）在强地震动场作用下，桥梁结构的动力学方程的表达形式与可靠、高效的数值求解算法。 2100433B

高宗余1964年生，1985年西南交通大学铁道桥梁专业毕业，2007年华中科技大学桥梁与隧道工程专业毕业，获工学博士学位。中铁大桥勘测设计院集团有限公司总工程师，教授级高级工程师，全国工程勘察设计大师，全国杰出专业技术人才，全国优秀科技工作者，詹天佑铁道科学技术奖大奖获得者，百千万人才*人选，享受国务院政府特殊津贴专家，中国土木工程学会桥梁及结构工程分会副理事长。长期从事大跨度桥梁工程设计和科研工作，主要研究方向是缆索承重桥、高速铁路桥、跨海大桥等的总体设计。主持设计了武汉天兴洲大桥、武汉二七长江大桥、鹦鹉洲长江大桥、福州青洲闽江大桥、郑州黄河公铁两用桥、上海东海大桥（主航道桥及外海段）、杭州湾大桥（水中区及滩涂区引桥）等多座大桥。先后荣获国家科技进步奖6项，全国优秀设计金奖1项、银奖1项。