大跨纜索橋鋼箱梁疲勞狀態(tài)評(píng)估方法研究.pdf

1、我國(guó)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(lái)越多的大跨纜索橋帶來(lái)的突出問(wèn)題就是對(duì)這些重要橋梁的安全性與耐久性的評(píng)估和控制。其中，大跨纜索橋結(jié)構(gòu)的疲勞狀態(tài)評(píng)估，旨在對(duì)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(píng)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(cè)系統(tǒng)的發(fā)展，測(cè)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(píng)估研究有了新的研究平臺(tái)

2、和基礎(chǔ)。本課題由此應(yīng)運(yùn)而生。它是國(guó)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(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目“大跨懸索橋體系可靠度評(píng)估技術(shù)”中的部分研究?jī)?nèi)容，以國(guó)家重點(diǎn)工程項(xiàng)目——潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江公路大橋及其結(jié)構(gòu)安全健康監(jiān)測(cè)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(duì)象，探討了基于健康監(jiān)測(cè)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(píng)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(cè)系統(tǒng)輸出的實(shí)測(cè)應(yīng)變信息的特征。分析了一般車(chē)輛和特殊工況下（例如特大型車(chē)輛、臺(tái)風(fēng)）各自的應(yīng)變響應(yīng)特征，并研究了不同類(lèi)型的纜索橋（如斜拉橋和懸索橋）在相同的環(huán)境和車(chē)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(lèi)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(duì)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(chē)”對(duì)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(lái)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(rùn)揚(yáng)斜拉橋鋼箱梁的關(guān)鍵構(gòu)件的疲勞可靠度。 3、對(duì)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(rùn)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(píng)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(cè)系統(tǒng)輸出的應(yīng)變監(jiān)測(cè)信息確定了的鋼箱梁關(guān)鍵截面；針對(duì)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(mén)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行人工檢測(cè)、無(wú)損探傷的信息和橋梁設(shè)計(jì)階段對(duì)主要構(gòu)件的危險(xiǎn)等級(jí)和易損等級(jí)評(píng)定的信息，基于層次分析法和模糊綜合評(píng)判理論確定各因素的權(quán)重，用綜合隸屬度評(píng)分法進(jìn)行關(guān)鍵疲勞構(gòu)件的等級(jí)評(píng)定。提出的橋梁結(jié)構(gòu)疲勞狀態(tài)綜合評(píng)估方法在一定程度上