大跨纜索橋鋼箱梁疲勞狀態(tài)評估方法研究.pdf

1、我國橋梁建設正向著大型化、輕柔化、功能復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，大跨纜索橋結構的疲勞狀態(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)進行合理評價，而鋼箱梁構件和體系是最為主要和重要的部件。 隨著橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展，測試技術、計算機、電子和通訊技術等相關學科研究的進一步深入發(fā)展，大跨纜索橋結構疲勞狀態(tài)評估研究有了新的研究平臺

2、和基礎。本課題由此應運而生。它是國家自然科學基金項目“結構劣化的時空多尺度模擬和多因素同步分析方法及其應用”部分內容，同時，還是國家“863”計劃項目“大跨懸索橋體系可靠度評估技術”中的部分研究內容，以國家重點工程項目——潤揚長江公路大橋及其結構安全健康監(jiān)測系統(tǒng)為工程背景。本文以大跨纜索橋鋼箱梁結構為研究對象，探討了基于健康監(jiān)測信息的鋼箱梁構件的應變數(shù)據(jù)的特征：研究基于多因素信息確定箱梁關鍵構件的方法，基于結構非線性有限元分析進行箱梁構

3、件和體系的疲勞可靠性評估的方法及其實施。完成的主要工作有： 1、探討了大跨纜索橋結構健康監(jiān)測系統(tǒng)輸出的實測應變信息的特征。分析了一般車輛和特殊工況下（例如特大型車輛、臺風）各自的應變響應特征，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)境和車輛載荷下應變數(shù)據(jù)的不同特征，擬合了各自的橫向應變和縱向應變的概率密度函數(shù)，采用累積損傷理論確定兩類橋梁疲勞可靠度指標。 2、探討了基于結構非線性有限元分析進行鋼箱梁關鍵構件

4、疲勞可靠性分析的方法。根據(jù)靜動載試驗對橋梁結構非線性有限元模型進行修正，采用“標準疲勞車”對模型施加載荷譜。在分析中考慮了交通載荷、構件S-N曲線的隨機性，建立了相關的顯式功能函數(shù)，采用JC法和Monte Carlo模擬求解了構件的疲勞可靠性。考慮單元的實常數(shù)、構件的截面面積、彈性模量的隨機性，提出了基于響應面法和結構非線性有限元分析結合來求解隱式功能函數(shù)下的橋梁鋼箱梁構件的疲勞可靠度的方法，借助JC法和Monte Carlo模擬，求解

5、了潤揚斜拉橋鋼箱梁的關鍵構件的疲勞可靠度。 3、對大跨纜索橋鋼箱梁結構體系的疲勞可靠度進行了初步的研究。視鋼箱梁結構為一個體系，采用生死單元法殺死失效單元從而實現(xiàn)失效狀態(tài)轉移；采用全局疲勞壽命分支-約界法搜索失效路徑，用點估計法和概率網(wǎng)格估算技術求解系統(tǒng)的失效概率。以潤揚斜拉橋為工程背景，尋求其鋼箱梁結構體系的主要失效路徑，并計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鍵疲勞構件的方法。以香

6、港青馬大橋鋼箱梁結構為例，結合其結構有限元分析結果、結構健康監(jiān)測系統(tǒng)輸出的應變監(jiān)測信息確定了的鋼箱梁關鍵截面；針對關鍵截面上的主要構件分布，利用應變傳感器輸出的信息、結構有限元分析得到的應力分布、路政部門對橋梁結構進行人工檢測、無損探傷的信息和橋梁設計階段對主要構件的危險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重，用綜合隸屬度評分法進行關鍵疲勞構件的等級評定。提出的橋梁結構疲勞狀態(tài)綜合評估方法在一定程度上