基于健康監(jiān)測的鋼橋面板疲勞壽命評估.pdf

1、正交異性鋼橋面板的疲勞開裂事例在許多國家相繼報道，該問題已經(jīng)成為建設(shè)與管養(yǎng)單位面臨的一道難題。面對鋼橋面板疲勞開裂問題的巨大挑戰(zhàn)，許多學(xué)者相繼展開對鋼橋面板疲勞問題的研究并發(fā)表了大量文章，取得了一定成果，然而我們的研究仍然有很大的提升空間，如何對正在運(yùn)營的鋼橋面板疲勞壽命進(jìn)行科學(xué)評估，從而及時進(jìn)行檢測和預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，對于提高鋼橋面板的耐久性并節(jié)省高額維護(hù)費(fèi)用，具有重要理論意義和工程實(shí)用價值。
　　近年來，隨著橋梁健康監(jiān)測技術(shù)的快速發(fā)

2、展和應(yīng)用，通過在橋梁上布設(shè)傳感器，提供了大量運(yùn)營過程中的有用數(shù)據(jù)。本文以我國首座千米級鋼桁梁懸索橋貴州壩陵河大橋長期健康監(jiān)測系統(tǒng)為背景，研究合理的利用橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)測數(shù)據(jù)，對正交異性鋼橋面板構(gòu)造細(xì)部進(jìn)行疲勞壽命評估。分別基于名義應(yīng)力法、熱點(diǎn)應(yīng)力法、車輛荷載譜法和基于新型橋梁疲勞壽命計的方法，對鋼橋面板的疲勞壽命進(jìn)行評估，最后基于疲勞時變可靠度的方法，提出鋼橋面板檢查策略，達(dá)到降低檢測成本和提高檢測效率的目的。論文主要研究內(nèi)容和取得的

3、成果包括:
　　1.概述了正交異性鋼橋面板的發(fā)展歷史，對其常見開裂部位進(jìn)行了總結(jié)分析;對構(gòu)造細(xì)節(jié)的演變進(jìn)行了詳細(xì)闡述，包括縱肋型式的演變、合理剛度的演變以及連接細(xì)節(jié)的演變。對鋼橋面板疲勞監(jiān)測前沿技術(shù)進(jìn)行了概述總結(jié)，包括動態(tài)稱重(WIM)系統(tǒng)、光纖光柵應(yīng)變監(jiān)測技術(shù)以及新型的橋梁疲勞壽命計技術(shù)等。
　　2.對橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)動應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析處理進(jìn)行了研究。對鋼橋面板名義應(yīng)力監(jiān)測測點(diǎn)布設(shè)、疲勞強(qiáng)度的選擇、應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析以及

4、名義應(yīng)力疲勞壽命評估等進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。采用名義應(yīng)力法理論和監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)測數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了壩陵河大橋正交異性鋼橋面板疲勞壽命的評估。結(jié)果表明，以目前的交通荷載，壩陵河大橋橋面板疲勞壽命滿足設(shè)計要求。
　　3.對基于熱點(diǎn)應(yīng)力法監(jiān)測的疲勞壽命評估技術(shù)進(jìn)行了研究。分析研究了鋼橋面板各疲勞細(xì)節(jié)熱點(diǎn)應(yīng)力集中系數(shù)，并對鋼橋面板熱點(diǎn)應(yīng)力監(jiān)測測點(diǎn)布設(shè)、熱點(diǎn)應(yīng)力疲勞強(qiáng)度的推導(dǎo)、熱點(diǎn)應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析以及熱點(diǎn)應(yīng)力疲勞壽命評估等進(jìn)行了系統(tǒng)的研究和總結(jié)。在此基

5、礎(chǔ)上建立了基于熱點(diǎn)應(yīng)力監(jiān)測的疲勞壽命評估步驟，采用監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)測數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了壩陵河大橋正交異性鋼橋面板疲勞壽命的評估。結(jié)果表明，采用熱點(diǎn)應(yīng)力方法，簡化了焊接形式，減少了結(jié)果的分散性，比用名義應(yīng)力具有一定的優(yōu)越性。
　　4.對基于車輛荷載監(jiān)測的疲勞壽命評估技術(shù)進(jìn)行研究。基于動態(tài)稱重系統(tǒng)，統(tǒng)計分析橋梁車輛交通流量和車重，建立車重概率模型，采用泊松過程建立車輛間距概率模型，并采用蒙特卡羅理論模擬隨機(jī)車隊荷載作為疲勞設(shè)計荷載。推導(dǎo)了適用于西

6、部山區(qū)高速公路橋梁的標(biāo)準(zhǔn)疲勞車、隨機(jī)疲勞荷載和正交異性橋面板的車軸頻值譜、隨機(jī)車軸頻值譜。對壩陵河大橋正交異性鋼橋面板常見疲勞細(xì)節(jié)進(jìn)行疲勞壽命評估，所得結(jié)果與基于應(yīng)力監(jiān)測的結(jié)果相近，在目前交通量情況下使用壽命高于設(shè)計壽命值。
　　5.對基于新型疲勞壽命計的疲勞壽命評估技術(shù)進(jìn)行了研究。提出基于新型疲勞壽命計的剩余壽命評估方法。通過與實(shí)測推導(dǎo)的標(biāo)準(zhǔn)疲勞車結(jié)合，推導(dǎo)并建立了疲勞計電阻變化值與累積損傷度的關(guān)系式，從而可直接通過疲勞計實(shí)測的

7、電阻變化，基于規(guī)范推導(dǎo)疲勞壽命。成功安裝于貴州壩陵河大橋鋼橋面板上的疲勞壽命計和測量數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，疲勞計是一種具有疲勞載荷累積記憶功能的傳感元件，其不可逆的電阻變化記錄監(jiān)測點(diǎn)的交變應(yīng)變歷程，適用于大型橋梁等結(jié)構(gòu)的長期疲勞損傷監(jiān)測。
　　6.為鋼橋面板的檢測養(yǎng)護(hù)提供依據(jù)是進(jìn)行疲勞監(jiān)測與壽命評估的重要目的之一，為此論文提出了鋼橋面板基于疲勞時變可靠度的檢測策略。推導(dǎo)建立了鋼橋面板疲勞極限狀態(tài)方程，建立疲勞時變可靠指標(biāo)計算公式進(jìn)而對