基于結構健康監(jiān)測的公路鋼橋疲勞可靠度評估方法研究.pdf

1、鋼橋構件在長期、反復的車輛荷載作用下，常出現(xiàn)疲勞損傷并逐步累積，并往往會在沒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輸量的增長，鋼橋的疲勞破壞問題已逐漸得到橋梁管理部門和國內(nèi)外學者的廣泛關注。本文基于橋梁結構健康監(jiān)測數(shù)據(jù)，對大跨鋼橋的疲勞可靠度評估方法進行了探討，并進行了算例分析，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，并對現(xiàn)有方法的適用性進行了討論。
　　 (2)介

2、紹了基于S-N曲線和應力監(jiān)測數(shù)據(jù)的疲勞可靠度分析方法，并利用對數(shù)正態(tài)概率密度函數(shù)對實測的有效應力幅分布進行了擬合，以考慮等效應力幅的不確定性。結合美國AASHTO規(guī)范中相關細節(jié)分類規(guī)定，建立了各類連接細節(jié)的疲勞可靠度計算公式，并考慮了交通量增長的影響。采用該方法，對美國紐約Throgs Neck橋引橋關鍵細節(jié)進行了疲勞可靠度評估。分析結果表明，所研究的幾個細節(jié)均具有較高的疲勞可靠度，但這些細節(jié)的疲勞可靠度指標隨其服役年限的增加下降較快，

3、尤其是車流量增長較大時，下降尤為明顯。
　　 (3)提出了基于線彈性斷裂力學(LEFM)和應力監(jiān)測數(shù)據(jù)的疲勞可靠度評估方法。盡管基于S-N曲線的疲勞分析方法簡單易行，但該方法通常無法考慮既有的缺陷情況，而這些缺陷(開裂)信息有時可以通過檢測手段獲得。為此，本文以美國匹茲堡Fort Duquesne橋中的若干關鍵連接細節(jié)為對象，對基于LEFM和應力監(jiān)測數(shù)據(jù)的疲勞可靠度分析方法進行了探討。針對背襯條(backing bar)中的初始

4、缺陷，采用斷裂力學方法，將其轉化為表面裂紋，并通過裂紋的擴展計算該細節(jié)的剩余疲勞壽命。分析結果表明，由于背襯條細節(jié)的應力幅較小，并且有效應力循環(huán)的次數(shù)也較低，故該細節(jié)在其服役年限內(nèi)發(fā)生疲勞破壞的概率極低；而對于橋墩-基礎的焊接細節(jié)，計算中發(fā)現(xiàn)其疲勞可靠度指標已低于目標可靠度，故應及時采取加固措施以保證該橋的通行安全。
　　 (4)考慮到橋梁結構健康監(jiān)測的成本較高以及應變測點布置的局限性，本文結合車輛的動態(tài)稱重數(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估方法。根據(jù)實測的WIM數(shù)據(jù)，對車輛荷載進行了統(tǒng)計分析，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)實測應力數(shù)據(jù)對模型進行了校核。在此基礎上，編制概率有限元程序，通過抽樣、加載和有限元分析，提取關鍵部位在隨機車輛荷載作用下的應力幅，并據(jù)此進行疲勞可靠度評估。該方法為復雜鋼橋細節(jié)的精細化疲勞評估提供了一種可行的分析