考虑材料腐蚀的大跨径钢箱梁悬索桥疲劳可靠度分析

大跨径钢箱梁悬索桥受腐蚀疲劳影响显著,系统评估其疲劳可靠指标可极大保证其服役的安全性。文中通过ANSYS APDL建立大跨径钢箱梁悬索桥非线性结构模型,引入腐蚀疲劳抗力和荷载效应时变模型,基于RBF神经网络模型建立考虑材料腐蚀的大跨径大跨径钢箱梁悬索桥疲劳可靠度分析方法,并以典型桥梁工程为例进行疲劳可靠度评估及材料参数敏感性分析。结果表明,随着使用年限的增加,钢箱梁悬索桥桥面板和U肋位置腐蚀疲劳可靠指标逐年下降,在80年以后低于目标可靠指标3.7的要求,结构可能面临失效风险;钢材强度均值和弹性模量均值同钢箱梁悬索桥的桥面板及U肋位置腐蚀疲劳可靠指标成正比,而对应的变异系数呈反比变化。疲劳可靠度评估时应重点考虑材料参数的影响。     

杨浦大桥钢箱梁疲劳应力监测及寿命分析

针对杨浦大桥钢箱梁,进行了疲劳应力的监测分析和疲劳寿命的预测研究.利用实桥布设的应变传感器获取应变时程数据,处理成应力时程数据后,结合雨滴计数法技术,得到日应力谱,并通过相关统计分析得到了标准日应力谱.利用标准日应力谱数据和相关疲劳规范,研究了杨浦大桥钢箱梁的疲劳寿命等问题.研究结果表明,由于车辆荷栽谱或有限元模型均存在大量的假定简化,利用记录的应变(应力)时程数据进行疲劳寿命评估,为准确可靠的研究方法;主梁最容易发生疲劳破坏的部位是各个构造细部,因为在构造细部处往往会产生应力集中,使该处应力远高于构件其他部位;根据相关疲劳规范,杨浦大桥钢箱梁角焊缝具有良好的抗疲劳性能,不会由于疲劳受力而破坏.     

江阴长江大桥钢箱梁疲劳应力监测及寿命分析

针对江阴长江大桥钢箱梁,进行了疲劳应力的监测分析和疲劳寿命的预测研究。利用实桥布设的应变传感器获取应变时程数据,处理成应力时程数据并结合雨流计数法技术,得到“日应力谱”和“标准日应力谱”。根据相关疲劳规范,研究了钢箱梁的疲劳寿命等问题。结果表明,由于车辆荷载谱或有限元模型均存在大量的假定简化,利用记录的应变（应力）时程数据进行疲劳寿命评估,为准确可靠的研究方法;应变传感器记录分析得到的日应力谱具有相似规律,“标准日应力谱”方法可以有效地处理应变传感器记录的大量实测数据。     

正交异性桥面板钢箱梁疲劳设计和疲劳评估规范的现状研究

该文首先对目前国内外公路、铁路钢桥设计规范的疲劳设计方法和疲劳荷载谱予以回顾。针对正交异性桥面板钢箱梁疲劳受力特点分析了疲劳设计应注意的问题,并将我国焊接桥在发展过程中的主要疲劳研究成果作了概述。最后提出正交异性桥面板钢箱梁疲劳设计亟待解决的问题,提供给钢结构同行参考。     

基于健康监测的自锚式悬索桥钢箱梁细节疲劳可靠度研究

为了研究大跨度自锚式悬索桥的钢箱梁构造细节在随机荷载作用下的疲劳可靠度,以国内最大跨度的独塔自锚式悬索桥平胜大桥为工程背景,在健康监测应力数据的基础上,采用疲劳可靠度理论对其钢箱梁桥面板构造细节疲劳性能进行了研究。首先基于Palmegren-Miner线性累积损伤准则建立了疲劳可靠度的极限状态方程,其次基于平胜大桥健康监测的典型应力和温度数据建立了疲劳应力谱,最后分析了不同交通量增长系数下平胜大桥钢箱梁细节疲劳可靠度。研究结果表明:平胜大桥钢箱梁的应力数据具有低应力和高循环的特点,可基于Erucode规范和等效损伤得出等效应力幅值;平胜大桥钢箱梁细节疲劳可靠指标为5.274;当交通量增长系数分别为0、0.1和0.2时,平胜大桥钢箱梁细节疲劳可靠指标在100 a后分别下降为2.305、1.681和1.395;交通量增长系数在前期对疲劳可靠指标的影响较小,而后期对疲劳可靠指标的影响较大。     

铆接钢桥的系统疲劳可靠度评估

针对铆接钢桥的疲劳失效特点,在建立铆接钢桥构件整体断裂力学数值分析模型的基础上,提出铆接钢桥构件、结构系统疲劳断裂可靠性分析模型。基于Monte Carlo算法,编制用于铆接钢桥系统疲劳可靠性分析的大型程序。将铆接钢桥系统疲劳可靠性分析模型应用于浙江路桥的系统疲劳可靠度评估,概率剩余寿命评估结果表明：若按保证桥梁的正常使用功能,超声波探测间隔为1.5年,该值要比按构件简化断裂力学分析模型计算的系统探测间隔（4年）短,可见铆接构造、钉载等对概率疲劳寿命的影响是显著的。     

基于神经网络的斜拉桥钢箱梁局部连接细节腐蚀疲劳可靠度研究（双语出版）

腐蚀与疲劳是影响斜拉桥钢箱梁服役可靠性的关键因素,为研究两者双重作用下斜拉桥钢箱梁服役期可靠度的衰退规律,开展了基于神经网络技术的斜拉桥钢箱梁局部连接细节腐蚀疲劳可靠度分析。首先,通过疲劳强度与钢材强度的关系以及腐蚀引起的钢材抗力衰变,得到了钢材腐蚀疲劳抗力时变模型。然后,通过基于均匀设计法的神经网络技术和非线性有限元方法进行斜拉桥钢箱梁腐蚀疲劳时变可靠度分析。采用均匀设计法得到影响结构可靠性的基本随机变量的设计样本点,基于ANSYS求解样本点处疲劳荷载作用下的钢箱梁应力幅,通过神经网络得到钢箱梁构件的应力幅函数显式表达式。在建立腐蚀疲劳抗力和疲劳荷载效应时变模型的基础上,构建了斜拉桥钢箱梁局部连接细节腐蚀疲劳时变可靠度的显式功能函数,基于FERUM程序采用JC法计算斜拉桥钢箱梁腐蚀疲劳时变可靠指标。最后以苏通大桥为例,采用所提方法对钢箱梁局部连接细节服役期的腐蚀疲劳时变可靠度进行了计算,并进行了参数敏感性分析。结果表明：桥面板和U肋腐蚀疲劳可靠指标均随时间增加而减小,但桥面板腐蚀疲劳可靠指标衰退越来越快,而U肋腐蚀疲劳可靠指标则衰退越来越慢,桥面板腐蚀疲劳寿命不足100年。研究结果为斜拉桥钢箱梁服役期的运营维护提供了指导。     

考虑多模式失效概率的长下坡路段重型卡车事故预测模型

为挖掘多模式失效概率与长下坡路段重型卡车事故之间的关系,建立了重型卡车在长下坡路段的多模式失效概率与车辆事故之间的关系模型。并针对重型卡车在长下坡路段可能的失效模式,如侧滑、侧翻、视距不足、制动失效,在此基础上建立了多模式失效概率预测模型;通过蒙特卡罗法模拟并求解单模式失效的概率,宽界限法求解失效系统的多模式失效概率;将多模式失效概率作为解释变量与其他道路因素结合,分别建立泊松模型、随机效应泊松模型、随机参数泊松模型,将多模式失效概率与重型卡车事故建立函数关系;对比3种模型的拟合优度指标,优选出最优事故预测模型,用来挖掘重型卡车事故与多模式失效概率之间的关系。以华盛顿州71段长下坡10年的重型卡车事故数据及道路设计数据进行方法验证。结果表明：随机参数泊松模型与随机效应泊松模型的拟合优度相差较小,二者均优于泊松模型;当考虑多模式失效概率时,平曲线半径、纵坡坡度、超高对重型卡车事故的影响均不显著,即三者的影响被削弱,尤其是平曲线半径和超高,多模式失效概率的弹性(0.239)远大于二者的弹性(平曲线半径和超高的弹性分别仅为0.097和0.002);重型卡车的事故与多模式失效概率近似线性关系,且截距不为0。即多模式失效概率可用于道路安全分析的表征指标,但与事故概率不等价。     

基于随机车流的等效疲劳车荷载研究

以云南金安金沙江大桥为工程背景,基于该大桥交通量预测数据,利用蒙特卡洛法编制Matlab程序,计算得到云南金安金沙江大桥的随机车流。根据随机车流组成的疲劳荷载谱,得到适用于云南金安金沙江大桥的标准疲劳车辆荷载模型。研究结果表明,基于随机车流得到的等效疲劳车车重为526kN,高于《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG D64—2015)中提供的标准疲劳车车重,适应该大桥交通量大、重载车比例高的特点。研究成果不仅可为该桥梁正交异性钢桥面板的疲劳试验提供理论支撑,并可为该地区公路桥梁的疲劳荷载谱编制以及桥梁耐久性评估提供依据。     

明珠湾大桥主桥正交异性钢桥面板疲劳性能及寿命评估

为保证广州明珠湾大桥主桥疲劳性能及寿命满足要求,根据该桥正交异性钢桥面板设计尺寸和构造,采用与施工现场相同焊接条件,制作8个足尺单U肋模型并进行疲劳试验,确定桥面板的疲劳破坏关注点及其疲劳寿命曲线;建立桥面板有限元模型,分析实际车辆荷载作用下桥面板的疲劳力学性能,并根据名义应力法确定该桥钢桥面板的疲劳寿命。结果表明：桥面板U肋与顶板焊接位置、U肋与横隔板围焊位置为疲劳易损部位,循环次数为5×10⁶次时,两处常幅疲劳极限分别为42.04 MPa和60.30 MPa;桥面板U肋与顶板焊接位置最大应力幅为14.02 MPa,小于常幅疲劳极限,可不考虑疲劳寿命;U肋与横隔板围焊位置最大应力幅为64.73 MPa,大于常幅疲劳极限,桥面板疲劳寿命为158年,满足大桥设计基准期100年的要求。     

基于评估荷载发生概率的在役混凝土桥梁可靠度分析方法

针对影响桥梁安全性的因素具有较多不定性的特点,应用随机可靠度理论,对在役混凝土桥梁荷载概率模型、抗力概率模型、可靠度评估流程、可靠度计算方法等方面进行了研究。基于可变荷载在评估基准期内的不同取值方式,提出了基于评估荷载发生概率和基于评估基准期荷载极大值的构件可靠度计算方法。从可靠指标的延续性出发,考虑构件抗力随时间变化,提出在役混凝土桥梁可靠度的预测方法。研究结果表明:两种方法可靠指标预测曲线规律是一致的,后者是前者的特例,且比前者偏于安全;预测初期两种方法可靠指标的计算结果与以往方法较为接近,预测后期两种方法可靠指标下降规律与以往方法基本一致。两种方法均偏于安全,对于荷载随时间增长较快的桥梁结构是适用的。     

基于缺口应力法与非线性损伤模型的钢桥疲劳可靠度评估

为解决钢桥疲劳评估方法中存在的适用性与准确性问题,从提高应力数据与损伤模型准确性角度,将缺口应力法与非线性损伤模型相结合,提出基于缺口应力法与非线性损伤模型的钢桥疲劳评估可靠度方法.首先,提出建立钢箱梁整体与局部有限元模型的子模型方法,借助虚拟缺口半径法,计算符合实际边界条件的疲劳缺口系数.其次,引入非线性损伤模型,并...     

基于可靠度的隧道管片强度与厚度设计

隧道围岩属性的内在随机性和空间变异性导致围岩传递到管片上的荷载具有很大的不确定性.为解决传统隧道管片设计方法偏于主观或过于保守的问题,依托北京地铁14号线菜户营—西铁营区间盾构隧道工程,在充分利用已有地质勘探资料建立围岩参数随机场的基础上,提出了围岩随机属性映射过程和管片失效概率计算流程.此外,利用基于MCS随机有限差...     

曲线钢箱梁横隔板变形对焊缝细节疲劳应力的影响研究北大核心

为了研究横隔板变形对曲线钢箱梁桥焊缝细节疲劳应力的影响,以某三跨连续钢箱梁高架桥为背景,建立正常横隔板和变形横隔板的钢箱梁模型,针对横隔板分别与U肋、腹板加劲肋、底板开口肋连接焊缝3处细节,研究横隔板变形对各细节应力影响面和最不利工况下应力状态的影响,对比面内、外应力对各细节疲劳损伤的贡献。结果表明:横隔板变形对横隔板-腹板加劲肋细节和横隔板-底板开口肋细节应力影响范围和最不利位置影响显著,并且会导致各疲劳细节的拉应力和压应力有较大增幅,相对于正常横隔板而言更容易产生疲劳损伤;横隔板变形会导致各细节面外应力占比增大,促使面外应力成为各连接焊缝疲劳损伤的主要因素。     

考虑偏心距随机特性的矩形和箱形截面混凝土拱桥可靠度分析

为研究偏心距随机特性对结构可靠性的影响,以自重荷载和车辆荷载组合作用下的混凝土矩形截面拱桥和混凝土箱形截面拱桥为研究对象,分析可靠指标的变化规律.根据《公路圬工桥涵设计规范》和《公路桥梁结构可靠度与概率极限状态设计手册》建立拱桥关键截面的失效方程.然后依据已有的永久荷载、汽车荷载和混凝土强度的概率模型,分析偏心距设计值在对应情形下具有的保证概率.采用Monte Carlo法,求解得到不同参数情形下两类截面混凝土拱桥的可靠指标.分析结果表明:当车辆荷载与永久荷载产生的轴压力的比值较大而两者产生的弯矩的比值较小时,两类截面混凝土拱桥在考虑偏心距随机特性后均会出现可靠指标低于规范校核结果的情形;在偏心距设计值较小时,箱形截面混凝土拱桥可靠指标随荷载效应比值变化的幅度比矩形截面拱桥要小.     

基于强度变化特性的随机谱载荷下疲劳寿命预估模型

提出了一种新的随机谱载荷下构件的疲劳寿命评估模型.该模型以结构强度变化特性为基础,考虑低幅载荷强化和损伤的双重效应,既有清晰的物理意义,又更合理地反映了疲劳过程中零件强度值随着载荷的变化而相应地增高和衰减的特性,克服了传统疲劳累积损伤模型忽略低幅载荷强化作用的缺陷.经过两种构件的试验验证表明,此模型与传统的累积损伤模型相比能更准确地预测构件在随机载荷下的寿命,为结构的轻量化设计提供理论与技术依据.     

基于实测应变的江阴长江大桥钢桥面板疲劳寿命评估

基于实测应变,对江阴长江大桥正交异性钢桥面板构造细部疲劳寿命评估进行了研究。利用实桥布设的应变传感器获取应变时程数据,处理为应力时程数据后,结合雨流计数法技术,得到"日应力谱"和"标准日应力谱"。并利用标准日应力谱数据和相关疲劳规范,研究了江阴长江大桥钢箱梁的疲劳寿命等问题。实桥实测数据分析表明,日应力谱和标准日应力谱分布具有相似规律,应变传感器记录的数据量很大,计算机常常由于硬件限制无法对长时间段的数据进行处理。     

基于随机车辆荷载的大跨悬索桥钢桥面板疲劳损伤评估方法

钢箱梁是大跨径桥梁常用的结构形式,其桥面板一般采用正交异性钢桥面板,在大量交通荷载反复作用下,正交异性钢桥面板易出现疲劳病害。现依托西堠门大桥的状态评估项目,基于桥梁结构健康监测系统中的动态称重系统监测数据,对实际运营车辆荷载进行概率拟合,然后基于随机车辆荷载法对正交异性钢桥面板关键疲劳细节进行疲劳损伤计算,为钢箱梁的养护管理决策提供相应的理论依据。研究表明：西堠门大桥正交异性钢桥面板的疲劳损伤和裂纹处于可控范围内。基于随机车辆荷载模型的钢桥面板疲劳状态评估方法,为西堠门大桥的钢桥面板疲劳养护提供指导,并为境内同类正交异性钢桥面板桥梁的疲劳评估提供借鉴。     

基于失效前可检概率及全寿命成本的桥梁检测制度优化

现阐述桥梁检测制度的优化目标,即构件功能失效前,检测到相关退化信息的概率较大,且检测成本期望值较低.两组目标分别采用失效前可检概率PDBF和全寿命检测成本表示,并建立了由事件树方法计算PDBF的理论模型.全寿命检测成本则通过折现率转换为现值.针对上述优化目标,分别建立了双目标和单目标优化模型.通过算例描述了理论模型的实...