大跨纜索橋鋼箱梁疲勞狀態(tài)評估方法研究.pdf

1、我國橋梁建設(shè)正向著大型化、輕柔化、功能復(fù)雜化的大跨纜索橋方向發(fā)展。越來越多的大跨纜索橋帶來的突出問題就是對這些重要橋梁的安全性與耐久性的評估和控制。其中，大跨纜索橋結(jié)構(gòu)的疲勞狀態(tài)評估，旨在對現(xiàn)有大跨纜索橋的主要部件疲勞性能和損傷狀態(tài)進(jìn)行合理評價(jià)，而鋼箱梁構(gòu)件和體系是最為主要和重要的部件。 隨著橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展，測試技術(shù)、計(jì)算機(jī)、電子和通訊技術(shù)等相關(guān)學(xué)科研究的進(jìn)一步深入發(fā)展，大跨纜索橋結(jié)構(gòu)疲勞狀態(tài)評估研究有了新的研究平臺

2、和基礎(chǔ)。本課題由此應(yīng)運(yùn)而生。它是國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“結(jié)構(gòu)劣化的時(shí)空多尺度模擬和多因素同步分析方法及其應(yīng)用”部分內(nèi)容，同時(shí)，還是國家“863”計(jì)劃項(xiàng)目“大跨懸索橋體系可靠度評估技術(shù)”中的部分研究內(nèi)容，以國家重點(diǎn)工程項(xiàng)目——潤揚(yáng)長江公路大橋及其結(jié)構(gòu)安全健康監(jiān)測系統(tǒng)為工程背景。本文以大跨纜索橋鋼箱梁結(jié)構(gòu)為研究對象，探討了基于健康監(jiān)測信息的鋼箱梁構(gòu)件的應(yīng)變數(shù)據(jù)的特征：研究基于多因素信息確定箱梁關(guān)鍵構(gòu)件的方法，基于結(jié)構(gòu)非線性有限元分析進(jìn)行箱梁構(gòu)

3、件和體系的疲勞可靠性評估的方法及其實(shí)施。完成的主要工作有： 1、探討了大跨纜索橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)輸出的實(shí)測應(yīng)變信息的特征。分析了一般車輛和特殊工況下（例如特大型車輛、臺風(fēng)）各自的應(yīng)變響應(yīng)特征，并研究了不同類型的纜索橋（如斜拉橋和懸索橋）在相同的環(huán)境和車輛載荷下應(yīng)變數(shù)據(jù)的不同特征，擬合了各自的橫向應(yīng)變和縱向應(yīng)變的概率密度函數(shù)，采用累積損傷理論確定兩類橋梁疲勞可靠度指標(biāo)。 2、探討了基于結(jié)構(gòu)非線性有限元分析進(jìn)行鋼箱梁關(guān)鍵構(gòu)件

4、疲勞可靠性分析的方法。根據(jù)靜動(dòng)載試驗(yàn)對橋梁結(jié)構(gòu)非線性有限元模型進(jìn)行修正，采用“標(biāo)準(zhǔn)疲勞車”對模型施加載荷譜。在分析中考慮了交通載荷、構(gòu)件S-N曲線的隨機(jī)性，建立了相關(guān)的顯式功能函數(shù)，采用JC法和Monte Carlo模擬求解了構(gòu)件的疲勞可靠性?？紤]單元的實(shí)常數(shù)、構(gòu)件的截面面積、彈性模量的隨機(jī)性，提出了基于響應(yīng)面法和結(jié)構(gòu)非線性有限元分析結(jié)合來求解隱式功能函數(shù)下的橋梁鋼箱梁構(gòu)件的疲勞可靠度的方法，借助JC法和Monte Carlo模擬，求解

5、了潤揚(yáng)斜拉橋鋼箱梁的關(guān)鍵構(gòu)件的疲勞可靠度。 3、對大跨纜索橋鋼箱梁結(jié)構(gòu)體系的疲勞可靠度進(jìn)行了初步的研究。視鋼箱梁結(jié)構(gòu)為一個(gè)體系，采用生死單元法殺死失效單元從而實(shí)現(xiàn)失效狀態(tài)轉(zhuǎn)移；采用全局疲勞壽命分支-約界法搜索失效路徑，用點(diǎn)估計(jì)法和概率網(wǎng)格估算技術(shù)求解系統(tǒng)的失效概率。以潤揚(yáng)斜拉橋?yàn)楣こ瘫尘埃瑢で笃滗撓淞航Y(jié)構(gòu)體系的主要失效路徑，并計(jì)算了體系綜合疲勞失效概率。 4、創(chuàng)新性地提出了綜合評定大跨纜索橋鋼箱梁關(guān)鍵疲勞構(gòu)件的方法。以香

6、港青馬大橋鋼箱梁結(jié)構(gòu)為例，結(jié)合其結(jié)構(gòu)有限元分析結(jié)果、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)輸出的應(yīng)變監(jiān)測信息確定了的鋼箱梁關(guān)鍵截面；針對關(guān)鍵截面上的主要構(gòu)件分布，利用應(yīng)變傳感器輸出的信息、結(jié)構(gòu)有限元分析得到的應(yīng)力分布、路政部門對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行人工檢測、無損探傷的信息和橋梁設(shè)計(jì)階段對主要構(gòu)件的危險(xiǎn)等級和易損等級評定的信息，基于層次分析法和模糊綜合評判理論確定各因素的權(quán)重，用綜合隸屬度評分法進(jìn)行關(guān)鍵疲勞構(gòu)件的等級評定。提出的橋梁結(jié)構(gòu)疲勞狀態(tài)綜合評估方法在一定程度上