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1、第30卷增刊防灾减灾工程学报Vol.30Suppl.2010年9月JournalofDisasterPreventionandMitigationEngineeringSep.2010基于监测数据的拱桥吊杆疲劳寿命评估方法及其应用张晓昕,朱贺,刘遥路,李冬生(大连理工大学土木工程学院,辽宁大连116024)摘要:目前拱桥吊杆都是基于恒载及活载静力强度准则设计的,没有考虑车辆荷载的动力疲劳安全系数。本文引入概率和统计学的概念与方法,对吊杆疲劳强度进行了可靠性分析与设计,建立了拱桥吊杆基于极限应力模式的疲劳动态可靠度模型与分析方法。结合实际桥梁监测的数据和疲劳模型试验,给出了拱桥吊杆腐蚀疲劳动
2、态可靠度的计算步骤,并对实际桥梁的某一根吊杆腐蚀疲劳可靠度进行了评估,评估结果与实际结果基本吻合,证明了此方法适用于拱桥吊杆腐蚀疲劳寿命预测。关键词:损伤拱桥吊杆;疲劳寿命;动态可靠度;监测数据;安全评定中图分类号:U448.22文献标识码:A文章编号:1672-2132(2010)增刊-0314-04率和统计学的概念与方法,对构件疲劳强度进行可0引言靠性分析与设计,有着十分重要的意义。事实上,吊杆疲劳荷载与疲劳抗力都是随时间变化的,也就是吊杆是拱桥重要的受力构件,由于长期处于恶说,荷载与抗力都是随机过程,只有采用基于累积损劣的环境和疲劳受力状态,其安全与否直接关系到伤模型的动态疲劳可靠性分
3、析模型来估算吊杆疲劳[1,2]整个桥梁的安全。尤其对大多数平行单吊杆体系寿命,才能真实反映其实际情况。的拱桥来说,一根吊杆断裂,将可能导致整个桥梁倒为了建立疲劳动态可靠性分析模型,必须得到塌(譬如四川宜宾小南门大桥),造成严重的交通事它的荷载和抗力统计模型。本文通过在吊杆内布设故和人员伤亡,带来巨大的经济损失和社会影响。随智能传感器,采用实时监测的方法进行荷载统计。采着人们生活水平的提高,车流量和行车密度及其载用国内外的吊杆疲劳资料对抗力进行统计分析。然重等不断增长,将进一步加剧桥梁的老化,缩短其服后,根据荷载和抗力统计分析,提出了吊杆累积损伤役寿命。因此,寻求一种合理的方法进行拱桥吊杆疲模
4、型的动态疲劳可靠性分析模型。最后,通过一个实[3-5]劳寿命评估,显得非常必要。正确评估剩余寿命例来验证本文提出方法的正确性。和剩余安全度,是确保既有桥梁经济、安全、可靠的理论基础。为此,许多学者都在这方面做了深入的研1疲劳动态可靠度分析模型究,提出了许多吊杆疲劳强度和疲劳寿命的估算方法。但是,既有拱桥绝大多数都是基于恒载及活载静由于目前规范中吊杆的设计采用的是允许应力力强度准则设计的,没有考虑车辆荷载的动力疲劳法,可靠度的概念不是十分明确,有关吊杆的抗力、安全系数,没有也不可能对吊杆服役的承载寿命做恒载效应及活荷载效应统计规律也不全面。因此,在出评估和预测。很多学者在吊杆疲劳强度分析与设计
5、算当前设计规范安全系数取值下的吊杆目标可靠计中,用平均值代表材料性能,再附加安全系数来处指标时,采用恒载效应+车辆荷载效应作为主要组理这种不确定性,存在许多不合理之处,因而引入概合。对于拱桥吊杆来讲,影响其疲劳强度的主要是应收稿日期:2010-06-28;修回日期:2010-07-10基金项目:国家自然科学基金项目(50808030)、教育部“高等学校博士学科点专项科研基金”新教师课题项目(200801411102)资助作者简介:张晓昕(1988-),女,本科。主要从事结构健康监测方面的研究。Email:758968288@qq.com增刊张晓昕等:基于监测数据的拱桥吊杆疲劳寿命评估方法及
6、其应用315力幅,所以,极限状态方程疲劳抗力可以用疲劳强度=153MPa。根据Goodmana-m方程,就可以得来描述,而疲劳荷载效应可以用等效应力幅来描述,到平均拉应力m的疲劳应力幅方程:则极限状态方程可写为:ma=351.33(1-)(6)Z(t)=R(t)-e(1)b如果疲劳抗力和荷载效应相互独立,且服从对数正通过相应的推导,可得到1860级钢铰线平均拉应力态分布,根据疲劳抗力和荷载效应的统计模型,采用为m的S-N曲线:一次二阶距法就可以得到吊杆的动态可靠度指标。b-mlgN=15.21+3.5lg-3.5lg(7)!lg(n)-!lgbRe(t
7、)=(2)22lg(n)+lgRe3随机荷载效应计算式中!lgR(n)为疲劳强度对数均值;!lg为等效应力幅对数均值;e2由于车辆荷载的随机性,每天产生的等效应力lg(n)为疲劳强度对数标准差;R2幅不相同,要得到预期使用期内等效应力幅的概率lg为等效应力幅对数标准差。e分布是很困难的。于是采用如下简化方法来推算等效应力幅的概率分布:把每一年分为4个季度,在每2疲劳抗力统计分析
