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正交异性钢桥面板由于受车辆荷载反复作用以及存在不可避免的制造缺陷等导致其部分构造细节容易产生疲劳裂纹。本文依托国家重点研发计划项目(2016YFC0701202):“城市桥梁、停车设施钢结构体系及工程示范”,以某在役钢桥为工程背景,对如何利用实桥应变监测数据以及实测车流数据对在役钢桥钢桥面板疲劳损伤状况以及疲劳寿命进行评估展开了研究。研究的主要内容以及结论如下:
采用现场应变监测的方法,得到了钢桥面板顶板与纵肋连接细节、纵肋与横隔板连接细节以及横隔板弧形开孔细节等典型疲劳易损细节2个星期的应变时程数据。根据热点应力外推公式计算得到构造细节的热点应力响应,基于Miner线性损伤理论以及欧洲规范热点应力S-N曲线对典型构造细节的疲劳损伤度以及疲劳寿命进行了评估。研究结果表明:钢桥面板典型构造细节处应力幅值均较大,其中横隔板弧形开孔细节应力响应最高,拉应力峰值达246MPa;以目前的交通状况以及结构状态,被监测桥梁钢桥面板典型构造细节疲劳寿命均小于100年,其中横隔板弧形开孔细节疲劳寿命最低,仅为4.4年,钢桥面板存在显著的疲劳开裂风险。
基于动态称重系统得到车流样本数据,对交通流参数概率分布特征进行了分析,采用MC法建立了反映实际交通流参数统计特征的随机车流模型。采用热点应力影响面加载的方法,得到构造细节在随机车流下的应力响应,以此对钢桥面板典型构造细节疲劳损伤状况进行了分析。研究结果表明:构造细节在不同车道下平均日损伤度不同,半幅四车道的中间行车道构造细节损伤度均明显高于两侧行车道,其中江南路至宁镇路方向中间行车道(车道6)下构造细节疲劳损伤最为严重;各细节中横隔板弧形开孔细节的平均日损伤度最高,最高达9.18×10-4。
考虑结构发生疲劳破坏具有一定的随机性,结合实测数据对钢桥面板的疲劳可靠度进行了研究。分别基于实桥应变监测数据和随机车流数据,建立了疲劳荷载效应的概率分布模型,基于目标可靠度指标对钢桥面板疲劳寿命进行了评估,此外还研究了交通量增长以及车辆质量增长对结构疲劳可靠度的影响。研究结果表明:日等效应力幅Seq具有明显的单峰分布特征,采用对数正态分布模型能很好的模拟其概率分布;构造细节疲劳可靠度随着交通量和车辆质量的增长迅速降低,其中车辆质量增长对构造细节疲劳损伤的影响更为突出。
采用现场应变监测的方法,得到了钢桥面板顶板与纵肋连接细节、纵肋与横隔板连接细节以及横隔板弧形开孔细节等典型疲劳易损细节2个星期的应变时程数据。根据热点应力外推公式计算得到构造细节的热点应力响应,基于Miner线性损伤理论以及欧洲规范热点应力S-N曲线对典型构造细节的疲劳损伤度以及疲劳寿命进行了评估。研究结果表明:钢桥面板典型构造细节处应力幅值均较大,其中横隔板弧形开孔细节应力响应最高,拉应力峰值达246MPa;以目前的交通状况以及结构状态,被监测桥梁钢桥面板典型构造细节疲劳寿命均小于100年,其中横隔板弧形开孔细节疲劳寿命最低,仅为4.4年,钢桥面板存在显著的疲劳开裂风险。
基于动态称重系统得到车流样本数据,对交通流参数概率分布特征进行了分析,采用MC法建立了反映实际交通流参数统计特征的随机车流模型。采用热点应力影响面加载的方法,得到构造细节在随机车流下的应力响应,以此对钢桥面板典型构造细节疲劳损伤状况进行了分析。研究结果表明:构造细节在不同车道下平均日损伤度不同,半幅四车道的中间行车道构造细节损伤度均明显高于两侧行车道,其中江南路至宁镇路方向中间行车道(车道6)下构造细节疲劳损伤最为严重;各细节中横隔板弧形开孔细节的平均日损伤度最高,最高达9.18×10-4。
考虑结构发生疲劳破坏具有一定的随机性,结合实测数据对钢桥面板的疲劳可靠度进行了研究。分别基于实桥应变监测数据和随机车流数据,建立了疲劳荷载效应的概率分布模型,基于目标可靠度指标对钢桥面板疲劳寿命进行了评估,此外还研究了交通量增长以及车辆质量增长对结构疲劳可靠度的影响。研究结果表明:日等效应力幅Seq具有明显的单峰分布特征,采用对数正态分布模型能很好的模拟其概率分布;构造细节疲劳可靠度随着交通量和车辆质量的增长迅速降低,其中车辆质量增长对构造细节疲劳损伤的影响更为突出。