预应力混凝土箱梁桥疲劳可靠性分析

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1、学兔兔www.xuetutu.com44世界桥梁2011年第5期预应力混凝土箱梁桥疲劳可靠性分析赵大亮(中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京102600)摘要：对于承受活荷载作用的桥梁，在一定反复荷载作用下结构会发生疲劳破坏。为研究预应力混凝土结构的疲劳可靠性，以一座5跨先简支后连续部分预应力混凝土箱梁桥为例，从概率分析的角度，将荷载横向分布系数和荷载增长系数视为随机变量，改变其标准差，研究其对结构抗弯、抗剪2种失效模式疲劳可靠性的影响。结果表明：荷载横向分布系数和荷载增长系数的变异性对结构可靠

2、性的影响非常明显，前者影响更大；在相同情况下，抗弯失效模式的失效概率大于抗剪失效模式的失效概率；在载重较大的荷载反复作用下，预应力混凝土结构的疲劳可靠性较小。关键词：箱粱桥；预应力混凝土结构；疲劳；可靠性；荷载参数；分析中图分类号：U448．213；U441．5文献标志码：A文章编号：1671—7767(2011)05—0044—041前言定的交变荷载作用下结构是否破坏是不可预知的，铁路桥梁、公路桥梁等在交变荷载作用下相继因此对结构的疲劳可靠性采用概率的方法进行分析发生疲劳失效事故[1]，已经引

3、起了各界的广泛关注，研究。其疲劳破坏部位多为应力集中且应力复杂的部位，以一座5跨先简支后连续的部分预应力混凝土涉及钢筋、预应力筋及混凝土等材料。由于结构材连续箱梁桥为例，通过改变荷载增长系数和荷载横料性能固有的离散性以及荷载的随机性，在一定反向分布系数的标准差角度，研究荷载增长系数和荷复荷载作用下结构将会发生疲劳破坏。因此对于承载横向分布系数的变异性对结构抗弯和抗剪2种失受活荷载作用的桥梁，在服役期间不仅需要研究其效模式可靠性的影响，即改变作用在结构上的荷载极限承载能力，其疲劳性能也需要研究。幅

4、度，研究在反复变幅荷载作用下预应力混凝土结目前国内、外学者主要针对钢筋混凝土结构和构抗弯和抗剪失效模式的疲劳可靠性。钢结构的疲劳性能展开研究_2j，对预应力混凝土结构，特别是大跨超静定预应力混凝土结构的疲劳2结构构件抗力的统计参数性能研究较少。冯秀锋等口基于实测的钢筋混凝土2．1混凝土强度的历时变化模型吊车梁疲劳荷载谱，对部分预应力混凝土简支梁进混凝土强度是确定预应力混凝土构件抗力的最行了疲劳试验，发现所有预应力混凝土试验梁的疲主要参数之一，其随时间变化的规律是确定钢筋混劳破坏均始于纯弯区段内某

5、条主裂缝所在截面处普凝土结构构件时变抗力模型的基础。通钢筋的疲劳断裂。Alain等L9]研究了在等幅循环牛荻涛等口l_在总结国内、外暴露试验和实测结荷载作用下箱梁结构的裂缝疲劳性能。C6sar等[103果的基础上，利用统计回归方法提出了服役结构的在考虑了交通状态、温度效应以及不同的基础沉降混凝土立方体抗压强度均值和标准差的历时变化模等的基础上，基于材料的S～N曲线和Miner线性型，见式(1)、(2)。累积损伤准则，研究了钢筋和预应力筋的疲劳可r()一r×{1．378le～。·。¨‘肚一·’’)

6、(1)靠性。(纠-----a~×(0．0347+O．9772)(2)。在实际工程中，随机性交变荷载占很大比例，幅式中，、分别为混凝土28d立方体抗压强度。。值大小不好控制，各级荷载作用下结构的损伤很难均值和标准差。确定，而且结构疲劳寿命不仅与加载历程、循环应力2．2混凝土强度等级的历时变化模型的幅值大小有关，还与结构材料的组成、结构构件的目前关于混凝土强度等级的历时变化模型未见制作工艺和方法、构件质量等多种因素有关。在一相关研究，本文根据规范中混凝土轴心抗压强度和收稿Et期：2010—11—12

7、作者简介：i~(1973--)，男，高级工程师，1998年毕业于兰州铁道学院桥梁专业，工学学士，2003年毕业于兰州交通大学桥梁与隧道工程专业，工学硕士，2008年毕业于东南大学防灾减灾及防护工程专业，工学博~(E-mail：zhaodl一73@sohu．com)。学兔兔www.xuetutu.com预应力混凝土箱梁桥疲劳可靠性分析赵大亮45混凝土强度等级的数据，利用Origin软件的Non—疑越想骥期间作用在某片主梁上荷载的大小，因此为了分析linearCurveFit功能对其进行非线性拟合(

8、见图㈣㈣咖㈣方便，将荷载横向分布系数和荷载增长率统称为荷1)，得到了混凝土强度等级与混凝土轴心抗压强度载特征参数。标准差和变异系数反映随机变量取值标准值之间的函数关系式。拟合中置信区间为的随机性与随机变量自身取值大小的相对关系，因95，保证了拟合公式的准确性。此在研究荷载特征参数的变异性对主梁可靠性的影响时，为了更直观且具有可比性，参数的均值保持不变，改变其标准差。4．1工程概况某5跨先简支后连续部分预应力混凝土连续箱梁(见图2)主桥上部结构单孔跨径为30rn，桥面行车道宽12In，横向由4片单