在役平行钢丝斜拉索剩余寿命分析

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斜拉索是斜拉桥中承受拉力并支承主梁的构件,也是斜拉桥的“生命线”构件,其主要作用是将荷载由主梁传递到主塔。目前大多数斜拉桥拉索索体是将一定数量高强度钢丝紧密排列,并在外层包覆高密度聚乙烯(HDPE)护套的平行钢丝拉索。平行钢丝拉索在外层HDPE护套破损后,索体钢丝暴露于腐蚀介质之中而发生锈蚀,并对其力学性能造成影响,导致拉索的剩余寿命降低。为保证桥梁结构服役安全,对已锈蚀的拉索进行剩余寿命分析是非常必要的。本文从钢丝锈蚀特点出发,根据钢丝锈蚀检测数据,归纳总结钢丝锈蚀分布规律,研究了点蚀对钢丝力学性能的损伤,并建立了以拉索极限承载力和疲劳寿命作为拉索失效判定指标的在役拉索剩余寿命分析模型。本文主要研究内容有:(1)点蚀状态下钢丝的力学性能锈蚀导致的高强度钢丝点蚀对其力学性能影响包括钢丝极限承载力损伤和钢丝疲劳寿命损伤,分别是由钢丝蚀坑等效裂纹和点蚀处应力集中现象引起的,对钢丝造成的损伤程度分别用应力强度因子KI和应力集中系数KT来描述。通过数值模拟对钢丝在不同蚀坑形状下的KI和KT进行计算,并拟合获得了KI和KT与蚀坑三维尺寸之间的关系,为进行钢丝进行极限承载力和疲劳寿命计算提供了基础数据。(2)带有蚀坑的钢丝承载能力和疲劳寿命计算采用基于J积分的失效评定图法结合应力强度因子计算钢丝的极限承载力,并以疲劳累积损伤理论为基础,使用ANSYS n Code Design Life有限元软件分析锈蚀钢丝的疲劳寿命,最终对计算数据分析拟合后分别得到钢丝极限承载力和疲劳寿命的快速计算公式。(3)在役平行钢丝拉索剩余寿命分析首先以拉索串并联模型和等伸长模型为基础,并以钢丝极限承载力和疲劳寿命拟合计算公式为基础,建立拉索的极限承载力和剩余疲劳寿命计算方法。然后以极限承载力和剩余疲劳寿命作为拉索安全评估的2个指标,对拉索安全状态进行评定。最终建立在役拉索剩余寿命计算流程,并通过算例对一座大跨度斜拉桥拉索的剩余寿命进行了计算,当以外层PE护套破损时为时间起始点,其剩余寿命为11.53年。
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