斜拉橋鋼絞線拉索的可靠性分析與壽命預測.pdf

1、斜拉橋拉索的設計壽命一般在30年以上,多數(shù)斜拉橋處于城市中,其跨度大,拉索長,承受的風荷載大,交通荷載繁重,空氣潮濕且污染嚴重,其抗力退化迅速,致使斜拉索壽命一般只有10~20年,橋梁壽命期內(nèi)頻繁的換索造成了巨大的經(jīng)濟與社會效率損失,斜拉索抗力的過早退化使得斜拉索可靠性成為了斜拉橋整體可靠性的制約性因素,造成橋梁可靠度不足與巨大的安全隱患。探究斜拉索抗力退化的主要影響因素與作用機理,對提高斜拉索使用壽命與可靠度具有重要的理論與實踐意義。

2、斜拉索的結(jié)構抗力退化同時受到多種作用因素的耦合影響,當前對斜拉索的可靠性分析大多基于平行鋼絲斜拉索,分析假定鋼絲之間無相互作用,對于鋼絞線斜拉索,斜拉索鋼絞線鋼絲之間存在夾角而使鋼絲之間相互作用力大,須考慮鋼絲之間的相互作用即微動損傷對可靠性評估的影響。另外的,鋼絞線斜拉索抗力退化是一個兼具隨機性、不確定性與時變性的過程,傳統(tǒng)的極限抗力分析方法或經(jīng)典可靠性方法已無力描述,故需運用時變可靠性分析方法對鋼絞線斜拉索進行可靠性分析。本文以某在

3、建的長江大橋為工程背景,通過斜拉索自振頻率分析,選取合理的斜拉索振動頻率與振幅,利用大型有限元軟件ANSYS建立了一個鋼絞線鋼絲力學接觸模型,得到鋼絞線斜拉索錨固端在振動過程中的鋼絲之間的相互作用力,基于金屬腐蝕-疲勞理論推導同時考慮微動損傷與腐蝕疲勞的鋼絞線斜拉索可靠性分析模型,用該模型進行鋼絞線斜拉索可靠性計算,得到了以下研究成果:
　　(1)根據(jù)鋼絞線鋼絲接觸有限元模型計算結(jié)果,鋼絞線鋼絲之間的接觸應力點呈螺旋鏈狀分布在鋼絲

4、表面,求解了鋼絞線鋼絲之間的相互作用力;
　　(2)通過理論推導并結(jié)合有限元分析得到了鋼絞線斜拉索鋼絲的微動磨損深度隨時間變化的計算擬合式;
　　(3)利用時變可靠性方法計算了鋼絞線斜拉索的時變可靠性,并根據(jù)結(jié)構可靠性規(guī)范指標得到大跨度斜拉橋鋼絞線斜拉索壽命,由計算結(jié)果可知由于微動損傷,鋼絞線斜拉索的可靠性下降速度增快,可靠度延性指標β=4.7判斷鋼絞線斜拉索使用壽命,與不考慮微動磨損鋼絞線斜拉索壽命相比,其考慮微動磨損鋼絞