考虑车-桥耦合振动及桥面平整度退化影响的拱桥吊杆疲劳分析

现有拱桥吊杆疲劳分析中,较少考虑车-桥耦合振动及考虑桥面平整度退化的影响,致使分析成果具有一定的局限性.根据在役桥面平整度等级国际通用评价体系,模拟了运营阶段桥面平整度退化历程.结合已编制随机车流-桥梁耦合振动分析程序,建立了可考虑车-桥耦合振动及考虑桥面退化等因素的拱桥吊杆疲劳分析模型.以某拱桥为工程背景,对比研究了不同因素作用下拱桥典型吊杆的疲劳损伤及疲劳寿命.结果表明,车-桥耦合振动及桥面平整度退化因素对拱桥吊杆疲劳影响较大,在考虑车-桥耦合及桥面平整度退化共同影响下,计算得到的吊杆疲劳寿命值比不考虑两者影响所得值少15~30年.研究成果对桥梁结构正常使用状态评估有一定的工程应用价值.     

随机车流作用下悬索桥钢桥面板疲劳损伤与寿命评估

为了评估大跨度悬索桥钢桥面板在车流荷载作用下疲劳安全性,在实测车流数据的基础上,采用有限元数值模拟方法对某主跨为820 m的悬索桥钢箱梁顶板-U型肋构造细的疲劳损伤及寿命进行研究。通过对动态称重(WIM)实测车流数据的统计分析建立随机车流模型,基于应力-寿命(S-N)曲线和线性累积损伤准则分析运营状态和交通量增长对悬索桥钢桥面板构造细节疲劳损伤及寿命的影响。研究结果表明:随着密集运行车辆占有率的增加,疲劳损伤呈较缓增长趋势;随着交通量系数的增长,疲劳损伤呈加速增长趋势。与密集运行车辆占有率相比,交通量增长系数对疲劳损伤有较大的影响。在交通量增长系数达到6%时,钢桥面板细节疲劳寿命小于设计基准期,基于实测车流数据的疲劳性能评估对确保钢桥面板在运营期的安全性尤为重要。     

公路混凝土T梁桥结构体系损伤评定

针对目前典型的混凝土T梁桥横向连接方式,在前期试验的基础上,对20m标准跨径混凝土梁桥,采用和试验相同的建模方式,以数值模拟的方法研究了不同横隔梁损伤对混凝土梁式桥荷载横向分布及体系的影响。结果表明,在所有中横隔梁全部损伤以前,荷载横向分布影响线坐标变化率随着横隔梁损伤数量基本上按照线性规律变化;所有中横隔梁损伤以后,横向连接状态向翼缘连接状态急剧变化;只有当某片梁两侧的中横隔梁同时失效后,这片梁的荷载横向分布才退化到由翼缘连接决定的状态。在此基础上,提出了活载横向分布调整系数,并给出了确定原则和方法。在既有混凝土梁桥的检算评定中,可以适当的提高活载检算荷载效应,以反映桥梁实际承受荷载情况。     

基于剩余强度衰减退化的非线性累积损伤准则及其可靠性定寿

零件的疲劳破坏是一个损伤逐步累积、承载能力逐步下降的过程,其疲劳强度随其承受的载荷和频次而不断衰减.通过研究疲劳过程中材料剩余强度衰减退化的规律,从疲劳损伤的定义出发,把剩余强度退化通过一个衰减系数引入到损伤的定义中,提出考虑材料强度性能退化的非线性累积损伤模型来修正Corten-Dolan理论模型.该模型不但考虑了载荷间的相互作用效应,而且还考虑了载荷加载历史引起的强度退化的影响.同时提出了一种基于剩余强度衰减退化的零件疲劳寿命可靠性分析方法,即在假设剩余强度分布服从对数正态分布下,用零件的剩余疲劳损伤强度计算疲劳可靠度和预测零件疲劳可靠性寿命.通过基于修正Corten-Dolan模型的疲劳寿命预测和算例对比分析,该模型完善了传统Corten-Dolan理论模型的适用范围,提高了预测精度.以恒幅载荷作用下的疲劳可靠性描述为例,通过对比模型分析值和实验值,证实了基于剩余强度衰减退化的疲劳寿命可靠性分析模型的可行性,并可以推广至多级载荷作用下的疲劳可靠性寿命的预测.     

冻融后预应力混凝土构件疲劳损伤模型

通过7根预应力混凝土梁进行不同冻融循环次数后的疲劳试验,研究冻融环境下构件由于疲劳累积损伤而造成的刚度衰减规律,试验结果表明冻融作用对构件在疲劳荷载下挠度的发展起加剧作用,且随着冻融次数增多作用愈明显.在冻融循环和疲劳荷载的共同作用下,试验梁的剩余刚度在弯曲疲劳过程中呈现三阶段衰减规律,并且在第2阶段近似呈线性衰减,构件发生疲劳破坏时,其剩余刚度衰减至初始刚度的66%左右.根据损伤理论得到试验梁基于刚度衰减的累积损伤值D与循环寿命比n/Nf之间的关系模型,该模型考虑了冻融效应对疲劳累积损伤的影响,可为寒区预应力混凝土梁疲劳寿命预测提供有价值的参考.     

基于固有频率的梁结构疲劳损伤演化规律

基于梁结构的动力特性能够真实地反映其实际状态,梁结构动力特性变化与疲劳损伤之间存在一定的内在关联,研究疲劳损伤演化对梁结构模态频率的影响机制,提出一种以固有频率为损伤变量的梁结构疲劳损伤演化规律研究方法。首先,基于Timoshenko梁自由振动方程,引入疲劳作用的影响,推导疲劳历程固有频率理论计算公式;然后,对预应力混凝土模型梁进行疲劳试验研究和动力测试,得到疲劳历程中疲劳刚度和固有频率的退化规律,并验证疲劳历程固有频率理论计算公式的正确性;最后,定义固有频率为损伤变量,得到基于1阶固有频率的梁结构疲劳损伤演化规律。研究结果表明:梁结构固有频率也具有类似抗弯刚度退化的3阶段衰减规律;在疲劳作用下,第1阶频率的下降幅度最大,第2阶频率的下降幅度次之,而第3阶频率的下降幅度最小;梁结构在疲劳历程中某时刻状态下,随着模态阶次增大,频率修正系数减小;随着疲劳次数增多,梁各阶频率修正系数呈现增大的趋势;以第1阶固有频率为损伤变量,能有效地拟合梁结构3阶段非线性疲劳损伤演化规律,为进行结构性能退化程度判定及剩余寿命预测提供研究基础。     

典型重车作用下混凝土简支空心板桥冲击效应分析

对于自重小、活恒载比较大的中小跨径混凝土空心板桥,过桥车辆自身动力特性对桥梁车载动力冲击的影响不容忽视.选取4种标准跨径的装配式混凝土空心板桥,考虑车速、桥面不平度等因素影响,基于自编的车桥耦合振动计算程序,通过数值分析方法开展重车车型对桥梁车载动力冲击效应影响的分析.结果表明,除桥面平整度状况和车速外,重车类型也是显著影响桥梁动力冲击效应的重要因素.基于数值分析结果,提出考虑重车车型和桥面状况两类因素的简支空心板桥动力冲击系数修正公式及参数的取值方法.     

基于车桥耦合振动的波形钢腹板箱梁体外预应力束疲劳损伤评估

基于ANSYS建立精细化波形钢腹板箱梁桥数值模型,开展体外束疲劳分析。利用MATLAB编制了考虑车辆类型,行车位置、速度、车头距及轴重等因素的随机车流程序。采用雨流计数法计算24小时内随机车流作用下体外束应力等效应力幅以及等效应力循环次数。修正Muller研究结果,提出应力比低于0.035且考虑侧向弯曲磨损作用下的钢绞线S-N公式。利用Miner累积损伤准则并考虑冲击系数的影响,推算波形钢腹板箱梁桥体外预应力束的疲劳损伤度及剩余疲劳使用寿命,同时分析了桥梁跨径对体外束疲劳损伤的影响。研究结果表明,移动荷载对不同位置处体外束应力影响线的大小顺序为：中跨跨中位置＞边跨跨中位置＞中跨1/4跨位置,中跨跨中位置处的体外束应力受到的车辆荷载的影响较大；随机车流对体外束产生的疲劳损伤随跨径增加而减小。     

基于车辆荷载模型的斜拉索索力随机模拟及疲劳分析

为了满足斜拉索状态评估和养护管理的需求,提出基于车辆荷载模型的斜拉索疲劳寿命分析方法。以桥梁收费站的静态称重数据和桥面监控资料为依据,采用极大似然估计和最大期望(EM)算法,建立了12类车型及车重、轴重、车速等相关参数的车辆荷载统计模型。基于Monte-Carlo方法、泊松过程理论和车辆跟驰模型,编写计算程序进行随机车流仿真分析,随机生成车辆荷载的作用位置和大小,并在影响线上加载得到活载索力时程,将其与长期监测系统得到的实测活载索力时程进行对比分析,验证了该模型的有效性。然后,考虑车辆荷载模型的长期趋势,结合腐蚀斜拉索的应力-疲劳寿命(S-N)曲线和Miner线性累积损伤理论,分别对未腐蚀和腐蚀2种情况的斜拉索长期性能进行了分析与预测。研究结果表明:各车型质量统计数据呈现多峰分布特征,建立随机车辆荷载模型时,宜采用混合分布模型,并考虑车重与轴重之间的相关性;建立的随机车流仿真模型计算得到的活载索力与实测活载索力具有较高的相似度,相对熵(KL)散度在0.1左右,证明该模型能较为准确地模拟实际的交通荷载流,可用于进一步的分析和预测;腐蚀是影响斜拉索疲劳寿命的重要因素,根据试验桥的分析结果,未腐蚀的斜拉索基本不存在疲劳问题,但腐蚀使斜拉索的疲劳寿命迅速降低,甚至会发生早期断裂。     

基于WIM数据的钢箱梁斜拉桥疲劳荷载谱分析及寿命预测研究

由于钢桥面板的疲劳损伤主要来源于车辆荷载的反复作用,因此,为了预测钢箱梁斜拉桥的寿命,需要对其在重载交通流量下的疲劳荷载谱进行研究.该文以某大跨度钢箱梁斜拉桥为背景,基于桥梁健康监测系统中的WIM模块采集得到一定时段的车重、轴数、轴距等车辆荷载参数,采用统计分析方法对其进行批量化处理分析,得到了等效模型车的疲劳荷载谱.以此为基础,选取了钢箱梁斜拉桥易发生疲劳损伤的U型肋、盖板、横隔梁等重点部位进行疲劳寿命分析,分析结果表明:各重点部位尚未产生过大损伤疲劳.