基于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的公路鋼橋疲勞可靠度評(píng)估方法研究.pdf

1、鋼橋構(gòu)件在長(zhǎng)期、反復(fù)的車輛荷載作用下，常出現(xiàn)疲勞損傷并逐步累積，并往往會(huì)在沒(méi)有明顯征兆的情況下引發(fā)斷裂破壞。隨著鋼橋服役年限和交通運(yùn)輸量的增長(zhǎng)，鋼橋的疲勞破壞問(wèn)題已逐漸得到橋梁管理部門和國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。本文基于橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)大跨鋼橋的疲勞可靠度評(píng)估方法進(jìn)行了探討，并進(jìn)行了算例分析，完成的主要工作如下：
　　 (1)介紹了疲勞可靠度分析中的一些基本理論與方法，并對(duì)現(xiàn)有方法的適用性進(jìn)行了討論。
　　 (2)介

2、紹了基于S-N曲線和應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的疲勞可靠度分析方法，并利用對(duì)數(shù)正態(tài)概率密度函數(shù)對(duì)實(shí)測(cè)的有效應(yīng)力幅分布進(jìn)行了擬合，以考慮等效應(yīng)力幅的不確定性。結(jié)合美國(guó)AASHTO規(guī)范中相關(guān)細(xì)節(jié)分類規(guī)定，建立了各類連接細(xì)節(jié)的疲勞可靠度計(jì)算公式，并考慮了交通量增長(zhǎng)的影響。采用該方法，對(duì)美國(guó)紐約Throgs Neck橋引橋關(guān)鍵細(xì)節(jié)進(jìn)行了疲勞可靠度評(píng)估。分析結(jié)果表明，所研究的幾個(gè)細(xì)節(jié)均具有較高的疲勞可靠度，但這些細(xì)節(jié)的疲勞可靠度指標(biāo)隨其服役年限的增加下降較快，

3、尤其是車流量增長(zhǎng)較大時(shí)，下降尤為明顯。
　　 (3)提出了基于線彈性斷裂力學(xué)(LEFM)和應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的疲勞可靠度評(píng)估方法。盡管基于S-N曲線的疲勞分析方法簡(jiǎn)單易行，但該方法通常無(wú)法考慮既有的缺陷情況，而這些缺陷(開裂)信息有時(shí)可以通過(guò)檢測(cè)手段獲得。為此，本文以美國(guó)匹茲堡Fort Duquesne橋中的若干關(guān)鍵連接細(xì)節(jié)為對(duì)象，對(duì)基于LEFM和應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的疲勞可靠度分析方法進(jìn)行了探討。針對(duì)背襯條(backing bar)中的初始

4、缺陷，采用斷裂力學(xué)方法，將其轉(zhuǎn)化為表面裂紋，并通過(guò)裂紋的擴(kuò)展計(jì)算該細(xì)節(jié)的剩余疲勞壽命。分析結(jié)果表明，由于背襯條細(xì)節(jié)的應(yīng)力幅較小，并且有效應(yīng)力循環(huán)的次數(shù)也較低，故該細(xì)節(jié)在其服役年限內(nèi)發(fā)生疲勞破壞的概率極低；而對(duì)于橋墩-基礎(chǔ)的焊接細(xì)節(jié)，計(jì)算中發(fā)現(xiàn)其疲勞可靠度指標(biāo)已低于目標(biāo)可靠度，故應(yīng)及時(shí)采取加固措施以保證該橋的通行安全。
　　 (4)考慮到橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的成本較高以及應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置的局限性，本文結(jié)合車輛的動(dòng)態(tài)稱重?cái)?shù)據(jù)(WIM)，提出

5、了一種基于概率有限元分析的疲勞可靠度評(píng)估方法。根據(jù)實(shí)測(cè)的WIM數(shù)據(jù)，對(duì)車輛荷載進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，建立了車輛類型、橫向分布、軸重、軸距的概率分布模型。利用有限元分析軟件ANSYS建立了Throgs Neck橋引橋的數(shù)值模型，并根據(jù)實(shí)測(cè)應(yīng)力數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行了校核。在此基礎(chǔ)上，編制概率有限元程序，通過(guò)抽樣、加載和有限元分析，提取關(guān)鍵部位在隨機(jī)車輛荷載作用下的應(yīng)力幅，并據(jù)此進(jìn)行疲勞可靠度評(píng)估。該方法為復(fù)雜鋼橋細(xì)節(jié)的精細(xì)化疲勞評(píng)估提供了一種可行的分析