桥梁结构疲劳时变损伤的模型更新与其可靠度评估

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1、Abstractalsomakesabetteruseoftheinformationofmanualinspectionandnondestructivedetection．Comparedwiththesimpleclassificationforthebridgebytheinformationofmanualinspectionandnondestructivedetection,thismethodcanmoreaccuratelyanalyzethefatiguedamageofthebridgeconsideringfat

2、iguedamagetime-varyingstatewhenthebridgeisinservice．Theresultsofevaluationareusefulinguidingtheaccuracyofthepracticalartificialinspectionandnondestructivedetectionandartificialmaintenanceintervals，thereforeithasagoodapplicationprospect．Keywords：multi—scalemodeling；long-s

3、pansteelbridge；cracks；surfacedefects；fatiguedamageaccumulation；reliabilityassessmentVAbstractVI第1章绪论1．1问题的提出第1章绪论既有大跨度钢桥历经几十年甚至上百年的服役期，在荷载变化、材料变异、自然灾害以及人为因素等影响下，不可避免的会产生损伤累积，这种疲劳损伤通常在没有明显征兆的情况下发生，并可能最终导致结构关键部位的突然断裂，造成不可估量的后果。为了减少或避免国家财产、人民生命的重大损失，国内外不少大跨度桥梁上都安装了结构健康监测系统，

4、对桥梁进行长期监测，科学并主动地预报桥梁的营运情况。结构健康监测是利用传感器系统、计算机系统、现代通信通讯系统以及网络系统来实现对在役结构的工作状态和可能发生的损伤的检测，其核心内容在于无损检测。经过近十年的发展，经桥梁结构健康监测、人工检测或无损探伤等现代化的监测检测手段，一些大跨度桥梁已得到大量的检测信息，这其中包括桥梁在服役期内可能原本就存在的损伤或新产生的裂纹、钢筋锈蚀、螺栓断裂或表面处理不到位等多类缺陷，人工检测报告详细地将它们定位和定级于桥梁上任意跨度上的任意构件和细节。如此详尽的检测信息，在传统的研究方法并未予以考虑。而这

5、些缺陷无疑会改变桥梁的最不利截面和最关键构件，随着桥梁服役时间的增加，结构的损伤不断累积，最终降低了钢桥的耐久性。因此，对这些既有大跨度钢桥来说，如何基于以上检测信息，考虑桥梁运营状态下损伤状态在时间上的变异性，来进行大跨桥梁疲劳损伤状态评估与可靠度的评定就显得尤为重要。大跨钢桥检测到的缺陷处易于发生累积疲劳损伤，通常这些先天或后天的缺陷更多存在于结构局部的焊接构件的焊趾处。这些局部区域若发生疲劳失效，将可能导致整体结构的失效。若能够精确地分析此类易累积疲劳损伤的局部位置的应力状态，并考虑这些缺陷信息的时变特征，将有助于更准确的进行结构

6、关键构件的疲劳状态和使用状态的评估。为此，至目前为止已有众多的大跨桥梁安装了结构健康监测系统，但由于受到桥体结构以及经费的限制，监测系统不可能处处布设，安装部位也很少能直接着眼于易产生缺陷的焊趾处，要想通过其传感器输出的数据得到传感器所在位置附近区域的应力状态分布情况不太现实。对于中小桥梁来说，可以借助于其准确的有限元模型来进行此类结构各关键部位准确的应力状态分析，得到需要考察部位的应力分布规律：而对于大跨钢桥来说，若对桥梁处处建立精细准确的有限元模型，将带来较大的计算量，损耗大量机时。在其设计阶段，现已能建立一个等效桥面板的粗糙模型以

7、用于考察大桥上的关键受力段，但此粗糙模型中对桥梁上桥面板、锚固区等所有构件都采用了简化模型，由于桥梁的疲劳损伤最易发生于局部焊接构件细节，如焊缝焊趾处，因而对桥梁疲劳损伤的分析实际上主要是着眼于桥梁局部细节处进行的，所以，上述的模型实际上不能满足对桥梁局部细节应力状态的考察分析要求，这时候需要建立更加精确的有限元模型或通过一定的建模策略来反映桥梁结构中关键易损部位的局部应力状态。计算机技术的发展为桥梁结构的疲劳损伤累积过程的不断更新及失效过程的仿真模拟带来了新的契机。基于大型通用软件建立的多尺度有限元模型可以有效的用于大跨桥梁的整体大尺

8、度、局部构件尺度和焊接细节的小尺度的应力分析Il一¨，进而用于研究大跨钢桥的疲劳损伤状态与疲劳可靠性。若在具有足够精度的三维有限元模型中有效地引入定期人工检测、无损探伤或健康监测所得到的诸多影响损伤状态的信