平行鋼絲斜拉索全壽命安全評定方法研究.pdf

1、斜拉橋是大跨度橋梁的主要橋型，斜拉索是斜拉橋最關鍵的受力構件之一，起著牽一發(fā)動全身的重要作用，但斜拉索易遭受腐蝕損傷和疲勞累積損傷，嚴重威脅著斜拉橋服役安全。結構健康監(jiān)測技術是保障大型橋梁服役安全的有效手段之一，基于健康監(jiān)測的橋梁結構安全評定理論和全壽命設計理論是近年來土木工程領域研究的熱點和前沿問題。本文充分利用健康監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測的數(shù)據(jù)和實際服役的斜拉索，系統(tǒng)研究基于健康監(jiān)測的橋梁車輛荷載模型、斜拉橋拉索車輛荷載效應模型、腐蝕拉索力學和

2、疲勞性能及平行鋼絲拉索全壽命安全評定方法。
　　本文的主要研究內(nèi)容包括：
　　首先，根據(jù)Hasofer-Lind可靠指標的幾何意義，建立可靠指標的優(yōu)化模型，提出采用計算效率高的粒子群優(yōu)化算法(PSO)對可靠指標優(yōu)化模型進行求解，研究優(yōu)化過程中隨機變量候選解的統(tǒng)計特性，提出基于可靠度指標的隨機變量敏感性分析的“相對收斂率法”，并采用優(yōu)化策略組保證相對收斂率的一致性。與傳統(tǒng)隨機變量敏感性分析方法計算結果比較表明，本文方法能求解更

3、復雜的優(yōu)化問題。
　　其次，結合山東濱州黃河公路大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)實測車輛荷載數(shù)據(jù)，根據(jù)輕型車輛與重型車輛不同的出現(xiàn)概率、不同的分布參數(shù)，建立一般高速公路橋梁車輛荷載的概率分布分析模型；根據(jù)車輛荷載的概率分布研究一般運行狀態(tài)下車輛荷載的極值分布及其參數(shù)；基于線性累積損傷理論建立高速公路橋梁疲勞荷載譜，根據(jù)高速公路服務交通量、服務水平和通行能力，采用Logistic模型建立交通流量預測模型，并采用健康監(jiān)測數(shù)據(jù)對Logistic模型、進

4、而對橋梁疲勞荷載譜車流量進行更新。形成系統(tǒng)的基于健康監(jiān)測技術的高速公路橋梁車輛荷載建模方法和車輛荷載模型，為橋梁結構的設計及服役期內(nèi)安全評定奠定基礎。
　　第三，利用國內(nèi)某斜拉橋健康監(jiān)測系統(tǒng)中智能拉索實測的拉索荷載效應數(shù)據(jù)，建立斜拉索荷載效應的概率分布和極值分布及其參數(shù)，提出基于Bayes理論的荷載效應概率分布更新方法；建立智能拉索等效疲勞荷載效應分析方法，分析智能拉索疲勞累積損傷發(fā)展規(guī)律；分析長索和短索荷載效應及其極值、以及疲勞

5、累積損傷的特點。
　　第四，對國內(nèi)某斜拉橋換下服役18年的腐蝕斜拉索的腐蝕程度、力學性能、疲勞性能進行系統(tǒng)的試驗研究。研究斜拉索鋼絲的均勻腐蝕程度和點蝕程度及其概率分布；研究腐蝕對鋼絲彈性模量、屈服強度、極限強度、極限應變、延伸率、反復彎曲性能的影響，建立腐蝕鋼絲應力－應變本構關系模型及其模型特征點的概率分布模型，研究腐蝕拉索的荷載－應變本構關系；研究腐蝕鋼絲及拉索的疲勞壽命，揭示腐蝕對鋼絲和拉索疲勞壽命的影響。
　　第五，

6、利用各種鋼絲強度試驗數(shù)據(jù)和智能拉索現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用纖維束強度模型，研究平行鋼絲斜拉索安全評定方法。研究新的、未腐蝕和腐蝕三種鋼絲和拉索的強度概率分布參數(shù)及拉索承載力可靠度，分析拉索長度和鋼絲數(shù)量對拉索強度的影響規(guī)律，揭示腐蝕導致鋼絲截面減小和相關長度減小從而降低拉索強度的機理，采用PSO方法進行基于拉索可靠度的參數(shù)敏感性分析。利用試驗數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析腐蝕鋼絲疲勞壽命概率分布參數(shù)和中值S-N曲線及不同保證率下的腐蝕鋼絲P-S-N曲線；建立

7、基于累積損傷理論的拉索疲勞壽命分析方法，研究長度效應、拉索S-N曲線參數(shù)、拉索內(nèi)鋼絲數(shù)、鋼絲疲勞壽命變異性及鋼絲應力不均勻性對拉索疲勞壽命的影響；統(tǒng)計分析不同斷絲率腐蝕拉索中值S-N曲線，建議拉索終止壽命的斷絲率標準；建立基于疲勞極限狀態(tài)的拉索可靠度計算方法，研究新索和腐蝕拉索疲勞可靠度指標隨服役時間的衰減規(guī)律，揭示腐蝕是拉索疲勞極限狀態(tài)的控制因素，腐蝕后拉索的安全由疲勞極限狀態(tài)控制，而腐蝕對拉索承載力極限狀態(tài)影響較小。
　　最后