为了表明ASVR算法在实际工程中的应用，选取主跨为420m的预应力混凝土斜拉桥为工程背景。图4.19CNA34拉索失效前后CNA33索力响应面图4.20斜拉桥的3层失效树斜拉索在运营期会出现抗力随时间的增长而退化的现象，锈蚀和疲劳是拉索抗力退化并导致拉索强度失效的主要因素。图4.21斜拉索锈蚀和疲劳对可靠度影响ECBA34表示北塔岸侧34号斜拉索失效事件；ECBA33为条件概率事件，表示北塔岸侧34号斜拉索失效后33号斜拉索失效事件。......
2023-09-19
双塔混凝土斜拉桥主梁可靠指标分析
【摘要】：双塔混凝土斜拉桥最大悬臂状态结构如图3.19所示，索塔结构尺寸如图3.20所示。该有限元模型主要是由梁单元和杆单元建立，索塔与主梁均为梁单元，斜拉索为杆单元，此外，桥墩与墩基础均为梁单元。图3.24CBA34断索后的主梁可靠指标由图3.24可知，当CBA34＃斜拉索失效后，塔梁交界处的主梁GBJ1和跨中主梁GBJ34的可靠指标最低，其可靠指标分别为βGBJ1＝6.34，βGBJ34＝6.17。
某斜拉桥的跨径布置为210+420+210（m），结构体系为刚构体系，双塔混凝土π型主梁结构。主梁为C60混凝土材料，主塔为C50混凝土材料，斜拉索为钢绞线。主梁与斜拉索均为34对，桥面宽度30m，双向六车道，按照公路-Ⅰ级汽车荷载设计。双塔混凝土斜拉桥最大悬臂状态结构如图3.19所示，索塔结构尺寸如图3.20所示。
主梁为三向预应力混凝土双肋结构，梁高3m，主肋宽1.8m，顶板厚0.28m，小纵肋高1m，宽0.6m，梁顶设置纵坡2%。索塔为H型索塔截面，分为上塔柱、下塔柱和中塔柱三种类型。该斜拉桥结构具有独特的特点：
（1）主梁与索塔在交界处固结，主梁0号块即承受正弯矩和负弯矩，也承受大量的轴力作用，所以0号埠结构尺寸较为复杂；
（2）主梁纵肋每侧均为2个，主梁共计34号块，共4种截面：0号块截面、边跨实心截面、变宽截面和标准截面；
图3.19 某斜拉桥桥型布置及构件编号图（单位：cm）
图3.20 索塔结构示意图
（3）主梁每个梁段的自重较大，且横向宽度长达30m，施工过程中需要大量的机械设备和施工技术方案；
（4）索塔锚固区采用钢锚箱结构，锚固段设置有纵桥向预应力钢筋，每个阶段的斜拉索张拉对该锚固段的影响较大；
（5）索塔与主梁同步施工，结构受力体系转换的控制精度要求较高，主梁的弯曲和索塔的轴力是监测的重点内容。
根据该斜拉桥的设计图纸和施工方案，采用Midas软件模拟了该斜拉桥施工全过程的有限元模型，如图3.21所示。该有限元模型主要是由梁单元和杆单元建立，索塔与主梁均为梁单元，斜拉索为杆单元，此外，桥墩与墩基础均为梁单元。索塔与桥墩底部固结，主梁交界墩处仅约束竖向位移，桥墩与主梁采用弹性连接，索塔、主梁与斜拉索之间采用刚性连接。
图3.21 康博大桥施工控制有限元模型
关键失效位置编号如图3.22所示，主梁单元编号为GBA1-GBA34、GBJ1-GBJ34、GNJ1-GNJ34、GNA1-GNA34，拉索单元编号为CBA1-CBA34、CBJ1-CBJ34、CNJ1-CNJ34、CNA1-CNA34，索塔单元编号为T1-T6。钢绞线的屈服强度σb＝1 860MPa。运营期的汽车荷载简化为中跨的均布荷载。随机变量统计参数如表3.5所示。
图3.22 某斜拉桥桥型布置及构件编号图（单位：cm）
表3.5 某斜拉桥随机变量的统计参数表
针对该斜拉桥具有隐式功能函数问题，采用上述方法，首先要识别其主要失效模式和失效路径。朱劲松等［11］的研究结果表明，与主梁和索塔等构件相比，斜拉索具有较低的可靠指标，因此首先对斜拉索的可靠指标进行一次可靠度分析，分析结果如图3.23所示。
图3.23 斜拉索可靠指标
由图3.23可知，可靠指标较低的斜拉索编号为CBA34和CBA33，其可靠指标分别为βCBA34＝4.84，βCBA33＝5.02，其响应面函数表达式分别为：
上式的相关系数为ρCBA34-CBA33＝0.93，其失效模式为高级相关，因此选择CBA34为失效路径的第一层。在进行第二级失效路径搜索时，删除CBA34斜拉索，然后根据主梁和索塔的内力变化构建失效树，第二级失效路径构建时主梁可靠指标如图3.24所示。
图3.24 CBA34断索后的主梁可靠指标
由图3.24可知，当CBA34＃斜拉索失效后，塔梁交界处的主梁GBJ1和跨中主梁GBJ34的可靠指标最低，其可靠指标分别为βGBJ1＝6.34，βGBJ34＝6.17。因此，筛选这两个单元为候选失效单元。由于GBJ1＃主梁为负弯矩失效，而GBJ34＃为正弯矩失效，因此这两个失效模式的相关性为低级相关。选取GBJ34＃主梁的弯曲失效为代表失效模式。由此构建出的GBJ34＃主梁弯曲失效的响应面函数表达式为：
由计算结果可知：斜拉索尾索的可靠指标与结构体系可靠较为接近，斜拉索的安全性直接影响到斜拉桥结构体系的安全性，因此在运营期应对斜拉索进行定期的检测和安全评估。基于体系可靠度水平建立适于某斜拉桥的安全评估方法，对影响某斜拉桥可靠度水平的结构和荷载参数进行敏感分析，建立起混凝土弹性模量、轴心抗压强度、汽车荷载和风荷载的概率模型。通过主控制平台实现对某斜拉桥的体系可靠度分析，并进行评估分级，提出构件及结构体系优化设计建议。
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2023-09-19
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2023-08-28
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2023-09-19
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2023-09-19
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2023-08-26
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