1. 研究目的与意义（文献综述）
| 目的:大学生毕业论文是高等教育锻炼学生综合运用所学理论知识和技能来解决实际问题能力的重要环节之一，是衡量毕业生是否达到相应能力层次的重要标准，所以我将努力完成毕业论文。在本次毕业论文中,我将通过对水下桥墩剩余寿命理论的研究，了解水下桥墩的损坏类型，进一步分析影响水下桥墩寿命的因素，为水下桥墩的损伤修复保养提供理论以及技术指标提供支持，同时对水下桥墩的安全性做出评估。 意义 ：单对我个人而言，毕业论文是我在学校的最后一次实践学习环节，是进一步加深对所学知识的理解、拓宽知识范围的重要步骤，亦是为将来走上工作岗位，更好更快的胜任工作需求提前打好基础；就这个理论来说，研究水下桥墩剩余寿命，能够找出影响桥墩损伤的因素及其分布的规律，综合考虑这些因素，摸索出一套系统科学的评估方法，为现有桥墩的使用寿命进行评估。不仅能够对现有桥墩的安全性进行较为精确的评估，还可以为桥墩的维修养护提供相关的技术指导方案，同时对未来在建的水下桥墩结构的建造也有指导意义。 现状分析：随着我国经济的快速发展，各城市的城市交通量也越来越大，同时水下桥墩结构也越来越广泛的运用在城市交通的各个方面，每年国家用在养护维修水下桥墩结构方面的费用支出十分的庞大。车辆在桥梁结构上行驶时伴随着车辆和桥梁之间的相互作用，进而传递给桥墩结构，其机理非常复杂。车辆对桥墩的作用力是一个时变力，车辆由于桥面不平激励而产生振动的同时也受到桥梁振动的影响。随着桥梁结构向着跨度越来越大、质量越来越轻、刚度越来越小的方向发展，交通量不断持续的增大，这使得桥墩结构在车辆动力荷载作用下的安全性引起了广泛的重视。所以，桥墩结构在车辆动载作用下的冲击系数时车—桥--—墩之间相互作用问题的一个重要桥墩的剩余使用寿命除了车辆动载外，还与其自身的建造材料和桥体结构有关。桥墩的建造材料和桥体结构属于内部因素，在研究是仅作为附加考虑的因素。除了以上的因素外，船只撞击和地震等偶然因素也不可忽视。在桥墩的使用寿命研究中，地震和船只撞击对桥墩的损伤程度是很强烈的。因此研究时要考虑桥梁所在地域地震的发生频率和震级，桥墩间的最小通航间距，船只撞击的频率。影响桥墩的剩余使用寿命的因素还有一个不能忽略的主要因素--——水流作用。水流对桥墩的影响主要是在水对桥墩的冲刷作用，具体表现为水的流速和水压两个方面对桥墩的累积作用。随着社会经济的高速发展，我国每年都在建造各种各样的桥墩结构，同时现有桥墩的损伤修复也在不停地进行着。所以对水下桥墩结构的剩余使用寿命的研究就显得十分的必要且非常迫切。近些年，国内外对水下桥墩结构剩余使用寿命的研究只是停留在单一的外部因素作用（例如车辆荷载、水流、船只撞击等）对水下桥墩的影响，然而相对于桥墩所处的复杂环境而言，这些研究是远远不够的，我们需要一套系统科学的方案去探究桥墩在复杂环境下的剩余使用寿命。所以本次研究是探索在各种外部因素的共同作用下水下桥墩结构的剩余使用寿命值，进一步为水下桥墩结构的修复保养提出可行性方案及对现有桥墩的剩余使用寿命年限进行可靠性预测。 |
2. 研究的基本内容与方案
| 1.基本内容 毕业论文题目：水下桥墩剩余寿命评估 毕业论文阶段的主要工作内容如下： 1．水下桥墩剩余使用寿命理论概述； 水下桥墩剩余寿命理论是指水下桥墩结构在车辆活荷载、水流、 船只撞击、气候等外部因素的作用影响下桥墩结构受损后剩余的安全 使用时间。通过研究桥墩结构在各种因素作用下的受损程度进而评估 出水下桥墩在安全使用前提下的剩余安全使用年限。桥墩的剩余使用 寿命除了与自身的建造材料、配筋率和桥体结构有关以外，还与所处 环境的水下填埋深度、水的流速、交通量以及船只撞击的程度、地震 等有关。 2．桥墩剩余寿命研究现状及其实用计算理论； 现今桥墩剩余寿命的研究只是停留在一个单一因素影响的水平 上，随着社会经济发展，各城市的城市交通量也越来越大，同时水下 桥墩结构也越来越广泛的使用在城市交通的各个方面。桥墩所处的环 境也越来越复杂，从单一的层面上来研究是远远不够的，所以就需要 一套系统科学的研究方法来综合评价桥梁的剩余使用寿命。个人认为 桥墩剩余使用寿命的实用计算理论应该在考虑其自身的建造材料的前 提下，兼顾桥墩所处水流的深度、流速、船只撞击、地震以及桥面车 辆荷载作用的综合作用的一套系统科学的计算理论,主要是在Miner线 性疲劳损伤积累理论的基础上，利用ANSYS有限元软件，将车辆荷 载、船只撞击、地震等因素转化成应力作用加载在桥墩结构上，根据 得出的应力历程和应力谱计算出桥墩结构的累积损伤，进而评估桥墩 结构的剩余使用寿命。 3．水下桥墩疲劳荷载分析与模拟； 利用ANSYS计算软件，按照一定的比例尺寸模拟出一个圆柱型桥 墩，按照相关的设计规范先进行配筋设计，将桥墩所处环境的水流作 用、车辆荷载作用、地震等作用转化为具体的应力作用在ANSYS有限 元软件上模拟加载在桥墩上，得出应力幅与时间的图像，在查阅相关 的资料，找出桥墩结构建造材料的疲劳强度——寿命曲线，再根据曲 线计算出桥墩的累积损伤疲劳程度。 4．影响桥墩剩余寿命的随机变量及其概率分布； 收集查阅相关的文献资料，找出影响桥梁剩余寿命的随机变量， 然后对收集到的随机变量进行概率分布评估，将随机变量对应与某一 分布模型规律，进而找出各个随机变量的分布规律。 5．考虑冲刷的桥墩结构剩余寿命评估与实例分析。 在考虑冲刷因素的情况下，对某个特定的桥墩进行ANSYS实体建 模分析，利用所得数据和现有规范进行对比分析，再联系桥墩所处的 现实环境综合考虑，对桥墩的剩余使用寿命进行系统科学的评估。 2．技术方案及措施 1．收集相关资料 通过图书馆资料借阅、网上查询等方式，收集水下桥墩相关的规范、标准和专业期刊等来了解水下现行的主要施工技术方法、工序流程、控制内容等。收集某一桥梁上某时间段的交通量，查询相关规范，将其转换为对应于桥梁的活荷载。查找水下桥墩的疲劳荷载种类及其计算理论。查找影响桥墩剩余寿命的其它随机变量和其概率分布。 2．Miner线性疲劳累积损伤理论 若构建在某恒幅交变应力范围S作用下，循环破坏的寿命为N，则可以定义其在经受n次循环时的损伤为D=n/N，若n=0时，则D=0，若n=N时，则D=1,此时构件完全破坏。若构件在应力范围Si作用下经受ni次循环的损伤为Di=niNi，则在K个应力范围Si作用下，各经受ni次循环则可定义其总损伤为 D=n=1KDi=n=1KniNi 破坏准则为D=niNi=1， 若设计寿命的时间为Td，时间Td内的损伤为D，则疲劳寿命为Tf=TdD。 3．材料的疲劳强度——寿命曲线 在疲劳试验机上对试件加载不同的作用强度σi，则其循环作用Ni次试件破坏，绘出让作用强度σi为纵坐标，循环作用次数Ni为横坐标的函数曲线图，称为材料的疲劳强度寿命曲线图。 3.流程图
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3. 研究计划与安排
| 1． 1-3周，完成外文文献的阅读与翻译，收集、整理桥墩结构特点、受力特性、病害检查、剩余寿命评估方面的资料，并撰写开题报告； 2． 4-5周，研究桥墩疲劳与剩余寿命评估理论，阐述剩余寿命评估的技术思路和流程； 3． 6-8周，基于概率可靠度理论进行桥墩疲劳应力谱模拟计算； 4． 9-13周，在应力历程和应力谱-——计算的基础上，采用Miner线性疲劳累计损伤累积理论来计算评估桥墩关键部位的剩余寿命； 5． 13-14周，完成剩余寿命计算及其结果分析； |
4. 参考文献（12篇以上）
| [1].王新敏.ANSYS工程结构数值分析[M].北京：人民交通出版社,2009. [2].张明.结构可靠度分析――方法与程序[M].北京：科学出版社,2009. [3].张伟.结构可靠性理论与应用[M].北京：科学出版社,2009. [4].赵国藩.贡金鑫.赵尚传. 我国土木工程结构可靠性研究的一些进展[J].大连理工大学学报.2000.40(3):253-258. [5].GB50010-2010,混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010. [6].JTGD60-2002,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].北京：人民交通出版社，2004. [7].GB50068-2001,建筑结构可靠度设计统一标准[S].北京:中国建筑工出版社,2001. [8] Prediction of the Local Scour at the Bridge SquarePier Using a 3D Numerical Model，Open Journal of Applied Sciences, 2014, 4,34-42. [9] RSS Based Bridge Scour Measurement Using UnderwaterAcoustic Sensor Networks, PrabhatDahal, Dongming Peng, Yaoqing (Lamar) Yang, Hamid Sharif, Received July 2013. [10] 许华东. 车辆作用下桥梁冲击系数分析, 重庆, 2013/01/02. [11] 高速铁路圆端形空心桥墩抗震性能试验研究，工程力学期刊， 2014/3. [12] 基于长期监测的特重车交通荷载特性及动态过桥分析, 中国公路学 报, 第27卷第2期. [13] 桥墩防车辆撞击研究综述, 陈林，肖岩，公路交通科技，第29卷第8 期， [14] 葛继平，魏红一， 王志强，循环荷载作用下预制拼装桥墩抗震性能分析， 上海.同济大学学报(自然科学版) 2000.9 |
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