资讯
 您当前的位置:首页 > 技术学术 > 管理·养护 > 正文
大跨悬索桥索梁锚固区疲劳养护概率优化方法
2018-03-26  中国桥梁网 分享到:
关键词:线弹性断裂力学 索梁锚固区 疲劳 折现率 概率优化 

   悬索桥吊杆(索)与加劲梁之间的锚固区(通常称为索梁锚固区)是主缆和加劲梁之间的传力构件,是控制加劲梁设计的重要部位。索梁锚固区结构复杂,应力集中,吊杆(索)索力由它传给主梁,其力学性能直接关系全桥的安全[13]。在风与车辆等反复荷载作用下,易发生疲劳破坏。随着中国交通运输业的迅速发展,交通流量不断增加[4],索梁锚固区更易发生疲劳破坏。

   许多大跨度悬索桥修建时对吊索在钢主梁上锚固区域的疲劳性能进行了疲劳试验研究[13,5]。但这些研究大都集中在索梁锚固系统的受力分析与疲劳性能评估,对其养护评估涉及较少。本文基于全寿命养护方法[6],把桥梁的养护费用分为检测费用、维修费用与失效费用,其中检测费用和维修费用为实际费用,失效费用为风险费用,将线弹性断裂力学(LEFM)、结构可靠度理论、全寿命成本分析法用于焊接钢桥的养护策略,提出了疲劳养护概率优化的方法,以辅助焊接钢桥构件养护决策;通过优化维修时间间隔实现最优的维修费用,并用于悬索桥的索梁锚固系统的疲劳维修示例中。

   1基于LEFM的疲劳寿命可靠性评估

   在反复荷载作用下,钢构件会出现裂纹,且在荷载作用下不断扩展,易导致疲劳失效[7]。疲劳裂纹扩展的影响因素往往都是随机的,钢构件的疲劳寿命往往具有较大的随机性,因此其疲劳寿命可靠性评估一般采用概率分析的方法[8]。

   3.4交通量对疲劳可靠度的影响

   随着社会经济水平的不断发展,汽车保有量逐年增长,桥梁承受的交通荷载也会不断地增长,桥梁结构焊接细节所承受的疲劳荷载效应也会持续地增长。在计算服役期内焊接细节的疲劳可靠度时,须将计入疲劳荷载效应的增长。通过蒙特卡洛法模拟计算式(11),则索梁锚固区焊接细节的疲劳可靠度如图7所示。

   3.5车辆载重变化对疲劳可靠度的影响

   4结论

   1)将养护费用分为检测费用,维修费用与失效费用,其中检测与维修费用是实际发生的费用,而失效费用属于风险效应成本,表示疲劳失效可能造成的损失。提出了钢桥焊接构件的疲劳养护优化方法,将养护优化问题变为在构件满足最小允许可靠度的总费用最小的问题。该方法考虑了平均应力、决策者的维修意愿概率和费用成本等多种因素,使分析疲劳养护优化更接近工程实际。

   2)在忽略次要因素的基础上,对该疲劳养护优化方法进行了简化,该简化方法简单实用,可操作性强,适用面广。  3)以青草背大桥的主梁的耳板式索梁锚固区的疲劳养护为例,在简化次要参数的基础上分析了检测费用、维修费用、失效费用以及折现率等主要参数对最优检测时刻的影响。

   4)结构的可靠度随交通量增长而下降,疲劳养护时刻相应提前。索梁锚固区的焊接细节的疲劳破坏风险随车辆荷载逐年增加而增大,应引起足够的重视。限于篇幅,本文只列举了索梁锚固区疲劳焊接一个细节的养护策略,并未列出其他疲劳细节。多疲劳细节的疲劳养护优化是今后的研究方向。

   参考文献:

   [1]陶晓燕,余振生,刘晓光,等.西堠门大桥索梁锚固部位的受力分析及模型试验[J].中国铁道科学,2009,30(1):4953.

   [2]刘晓光,张玉玲.西堠门悬索桥分体式钢箱梁锚箱传力路径和疲劳性能分析[J].钢结构,2010,25(8):1316.

   [3]包立新,卫星,李俊,等.钢箱梁斜拉桥索梁锚固区的抗疲劳性能试验研究[J].工程力学,2007,24(8):127133.

   [4]周泳涛,鲍卫刚,翟辉,等.公路钢桥疲劳设计荷载标准研究[J].土木工程学报,2011,43(11):7985.

   [5]李小珍, 蔡婧, 强士中. 大跨度钢箱梁斜拉桥索梁锚固结构型式的比较[J]. 工程力学, 2004, 21(6): 8490.

   [6]曾勇.大跨度悬索桥设计寿命期内的监测、维护与管理策略研究[D].上海:同济大学,2009.

   [7]邓扬,丁幼亮,李爱群,等.钢箱梁桥焊接细节的疲劳断裂可靠性分析[J].工程力学,2012,29(10):122128.

   [8]李庆芬, 胡胜海, 朱世范. 断裂力学及其工程应用[M]. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学出版社, 2008.

   [9]彭洋,童乐为,Zhao Xiaoling,等.焊接接头应力强度因子计算公式的改进[J].工程力学,2012,29(10):225231.

   [10]Chryssanthopoulos M K, Righiniotis T D.Fatigue reliability of welded steel structures [J]. Journal of Constructional Steel Research,2006,62(11):11991209.

   [11]吴世伟. 结构可靠度分析[M].北京:人民交通出版社,1990.

   [12]曾勇,谭红梅,孙士成,等.基于概率的钢桥焊接构件疲劳养护策略优化方法[J].中国铁道科学,2013,34(1):2934.

   [13]Lukic M,Cremona C.Probabilistic assessment of welded joints versus fatigue and fracture [J].Structure Engineering, 2001,72(3):253264.

   [14]Estes A C, Frangopol D M.Minimum expected costoriented optimal maintenance planning for deteriorating structures:applications to concrete bridge deck [J]. Relialbity Engineering & System Safety,2001, 73(3):281291.

   [15]曾勇,渠昱,顾安邦.青草背长江大桥吊杆锚固系统力学性能试验研究及安全性能评估研究[R].重庆:重庆交通大学,2012.

   [16]Righiniotis T D. Effects of increasing traffic loads on the fatigue reliability of a typical welded bridge detail [J]. International Journal of Fatigue,2006,28(3):873880.
免责声明
该内容系网友上传,中国桥梁网未对作品原创性及所陈述文字和图片进行证实。请读者自行核实相关内容,仅做参考。如权利人要求删除,请来信告之,我们将在三个工作日内删除处理,谢谢!
看过这篇文档的还看过
网站首页 | 关于我们 | 联系方式 | 网站声明 | 网站地图
copyright © 2007-2014 cnbridge.cn All Rights Reserved
服务热线:010-64708566 传真:010-64715399 邮箱:bianjibu@cnbridge.cn
法律顾问:北京君致律师所 陈栋强
ICP经营许可证100299号 京ICP备10020099号 京公网安备 11010802020311号