随机车流-风联合作用下沿海大跨度斜拉桥拉索疲劳寿命预测

为了预测沿海大跨度斜拉桥拉索在车流、风和波浪等变幅荷载长期作用下的疲劳寿命，提出了沿海大跨斜拉桥拉索在随机车流、风和波浪荷载联合作用下拉索应力谱的计算方法和步骤，并基于线性疲劳累积损伤理论建立了斜拉桥拉索疲劳可靠度的计算框架。首先，根据桥上实测车流数据，建立了随机车流模型，基于桥址处风浪观测数据，运用二维Copula函数建立了桥址处风浪联合概率模型。然后，将生成的随机车流及风浪荷载作为外部激励，基于风-浪-车-桥耦合振动数值模拟平台，实现随机车流、风、浪荷载联合作用下的斜拉索应力谱的计算分析。最后，基于线性疲劳累积损伤理论推导了服役期内斜拉索疲劳可靠度及疲劳寿命预测公式，并以一座沿海大跨斜拉桥为例，结合桥址处的实测车流、风和波浪数据，计算了拉索在随机车流、风和波浪荷载联合作用下关键拉索的疲劳寿命。结果表明：车辆荷载主要影响拉索的应力响应均值，风荷载主要影响拉索的应力响应的脉动部分，而波浪荷载对拉索的应力响应影响非常小，可以忽略。此外，在随机车辆、风和波浪荷载共同作用下，拉索的日累积疲劳损伤符合威布尔分布，并且岸侧拉索的中间索疲劳寿命最低，为121年。研究成果可为沿海大跨度斜拉桥拉索疲劳可靠度分析及疲劳寿命预测研究提供参考。     

大件运输车载下考虑强度退化过程的钢绞线斜拉索安全评估

为实现大件运输车载下退化钢绞线斜拉索安全评估，首先，在总结已有研究成果的基础上建立了"微动-腐蚀-疲劳"损伤历程下的钢绞线斜拉索强度退化模拟方法；其次，根据斜拉索运营阶段安全性的内涵，依据可靠度理论建立了大件运输车载下的两层次安全评估方法，两层次安全评估极限状态分别对应于不满足规范要求安全储备的状态及拉索断裂破坏，明确了两层次安全评估目标可靠指标的确定方法；最后，以一个实例分析对所构建的钢绞线斜拉索强度退化模拟方法及两层次安全评估方法的应用进行说明。结果发现：采用所构建的模拟方法可顺利实现对钢绞线斜拉索强度退化过程的模拟，钢绞线斜拉索在腐蚀过程开始之前，其抗拉强度会在微动磨损进程下损失约5%，一般大气环境下，服役30年时抗拉强度退化至初始水平的约72.6%；第1层次安全评估目标可靠指标可选择为3.09，第2层次安全评估目标可靠指标的确定应同时考虑正常运营荷载及年均大件运输车辆授权通行次数的影响；考虑到大件运输车辆通过大跨桥梁时严格交通管制的艰难程度，安全评估过程应考虑正常交通荷载的影响，考虑一般运行状态或密集运行状态活载模型对安全评估结果的影响较小。所建立的两层次安全评估方法可为大件运输车载下大跨桥梁关键构件安全评估提供参考。     

实测车流荷载下斜拉索疲劳可靠度研究

为研究重载交通下既有斜拉桥斜拉索的疲劳安全水平,提出基于实测车流数据的斜拉索疲劳可靠度评估方法,在某高速公路桥梁重载车流监测数据的基础上建立随机疲劳车流模型,加载至斜拉索的应力影响线,由雨流计数方法计算提取疲劳应力谱,采用高斯混合模型拟合疲劳应力概率密度函数;以主跨420m砼双塔斜拉桥为工程背景,评估交通荷载增长情况下斜拉索的疲劳可靠度。结果表明,当交通量年线性增长率由零增长到0.5%时,斜拉索第100年的疲劳可靠度由5.10下降至0.92;当车重年线性增长率由零增长至0.5%时,疲劳可靠度由5.10下降至0.84。     

三维随机激励作用下斜拉索参数振动的有限元分析

为了解风荷载和车辆荷载作用下斜拉索的位移响应,以某双塔斜拉桥为例,建立斜拉索的有限元模型,采用时域抖振分析和车-桥耦合振动分析方法,得到风荷载和车辆荷载作用下斜拉索的索端位移激励,对斜拉索参数振动进行分析,分别讨论了不同方向索端位移激励下斜拉索的位移响应,并分析了风速及车速的影响。结果表明:风荷载引起的随机位移激励作用下,斜拉索的位移响应随风速的增加逐渐增大,但较正弦激励作用下的响应小;车辆荷载引起的随机位移激励对斜拉索中点的位移响应影响很小;顺桥向的随机位移激励对斜拉索的垂向位移响应影响较大,横桥向的随机位移激励对其影响较小。     

车辆荷载作用下部分斜拉桥拉索疲劳可靠度研究

鉴于我国《公路斜拉桥设计规范》未对部分斜拉桥拉索的允许应力值作具体规定，因此，为定量地研究车辆荷载作用下部分斜拉桥拉索的疲劳可靠度，在分析斜拉索应力时程的基础上，依据等效疲劳损伤原理，对车辆荷载作用下部分斜拉桥拉索疲劳可靠度进行了研究。通过假定结构疲劳寿命服从威布尔分布，推导出了疲劳可靠度公式和疲劳可靠指标β值，得到了运营车辆组成的模型车辆荷载频值谱，并以某部分斜拉桥为实例进行了验证。结果表明，部分斜拉桥设计中，拉索强度允许应力值是合理的，不会对拉索产生疲劳破坏，因此，可供其他桥梁疲劳设计或疲劳损伤验算时参考。     

斜拉桥斜拉索局部弯曲应力分析

在活载作用下，斜拉索的倾角会发生反复变化，引起拉索局部弯曲应力变化，从而导致斜拉索的疲劳。本根据引起斜拉索倾角变化的原因，分只考虑拉索垂度的影响及既考虑拉索的垂度又考虑锚固点处梁的变位（挠度和转角）两部分对斜拉索局部弯曲应力的变化幅度进行了分析。本的分析表明，局部弯曲应力幅占总应力幅的45％左右，对斜拉索疲劳有较大的影响。最后，介绍了几种可以减小这部分应力变化的方法。     

斜拉索腐蚀损伤下斜拉桥体系可靠度研究

拉索腐蚀疲劳累积损伤是威胁斜拉桥运营安全的关键因素,导致斜拉桥运营期的换索次数多且换索成本高。为了准确评定斜拉索腐蚀疲劳损伤对斜拉桥结构安全的影响,从结构体系可靠性角度探索拉索腐蚀疲劳损伤的概率传递模型。分析了斜拉索腐蚀疲劳损伤对结构体系可靠度的影响规律,从而为换索决策提供依据。研究结果表明,疲劳和疲劳腐蚀效应共同作用下的拉索在20 a服役期内的强度系数分别为0.928和0.751,斜拉索抗力退化将导致斜拉桥主要失效路径变化,主梁索间距为30 m的斜拉桥在服役期的13 a,主要失效模式从由主梁弯曲失效转移至斜拉索强度失效,导致后期的结构体系可靠指标快速下降。     

焊接式索夹疲劳寿命分析方法及评价

针对焊接式索夹在新田长江大桥中应用的实际情况,通过数值计算分析焊接式索夹的疲劳性能并对焊接式索夹的疲劳寿命做出评价。首先建立新田长江大桥的有限元模型,分析该桥在恒载和疲劳荷载下的静力特性。然后分析焊接式索夹的几何构造并建立焊接式索夹的数值模型,利用子模型技术分析该索夹在不同荷载下的力学特性。最后,根据相关规范比较适用于新田长江大桥焊接式索夹焊缝的疲劳试验数据,通过经验公式与FE-SAFE计算出焊接式索夹焊缝的疲劳寿命。研究结果表明：数值计算和经验公式计算结果较为接近,该索夹的对数疲劳寿命约为10。新田长江大桥焊接式索夹在设计使用年限内不会发生疲劳破坏。     

基于疲劳寿命的钢筋混凝土桥梁限载取值分析方法

为了确定钢筋混凝土桥梁限载的合理取值,针对钢筋混凝土桥梁的疲劳性能,考虑随机车流参数、超限车违规率等因素的影响,进行了基于疲劳寿命的桥梁限载取值分析方法研究,提出了一种基于S-N曲线和Palmgren-Miner线性累积损伤理论的桥梁限载取值分析方法。首先基于交通荷载资料和蒙特卡罗法进行随机车流模拟,根据桥梁限载试算值和超限车违规率剔除超限车得到修正的模拟随机车流;然后通过雨流计数法得到应力幅谱,根据S-N曲线和疲劳损伤准则计算桥梁疲劳寿命;最后取能使桥梁疲劳寿命达到期望值的限载试算值作为桥梁限载值。以某地区的交通荷载资料及跨径为20m的简支T梁桥为例,确定了在不同日均交通量和超限车违规率下能使桥梁疲劳寿命达到期望使用年限的桥梁限载值。研究结果表明:日均交通量和超限车违规率均显著影响桥梁的疲劳寿命及桥梁限载取值,日均交通量越大,桥梁的疲劳寿命越短;当日均交通量小于6 000veh时,在不同的桥梁限载值下桥梁的疲劳寿命均大于期望使用年限,当日均交通量大于8 000veh时,桥梁的疲劳寿命仅在特定桥梁限载值下才能达到期望使用年限;超限车违规率越大,通过调整桥梁限载值来提高桥梁疲劳寿命的效果越不明显,当超限车违规率较小时,桥梁的疲劳寿命随限载试算值的减小而大幅增长,当超限车违规率较大时,桥梁的疲劳寿命随桥梁限载试算值的减小,增幅并不明显。     

预应力混凝土箱梁桥腹板疲劳寿命评估方法研究

基于疲劳损伤累积理论,提出一种预应力混凝土箱梁桥腹板疲劳寿命评估方法。首先,分析预应力混凝土箱梁桥腹板受力特性,建立腹板与顶板早期开裂及腹板疲劳破坏准则;然后,通过箱梁桥局部平面有限元模型计算横向效应下混凝土及箍筋应力,基于混凝土S-N曲线分析混凝土疲劳开裂,引入裂缝影响系数对箍筋应力进行修正,基于全桥杆系有限元模型及变角度桁架模型计算仅考虑面内剪力作用下箍筋应力,两者叠加得到空间效应下箍筋应力历程,以雨流计数法获取箍筋应力谱,并基于疲劳损伤累积理论对箍筋进行疲劳寿命评估;最后,对一实例分析,同时分析箱梁横向效应、裂缝深度等对箍筋应力及疲劳寿命的影响。结果表明:当裂缝深度达到腹板保护层厚度时,箱梁横向效应对桥梁腹板寿命影响较大,可使其发生疲劳破坏。     

公路钢斜拉桥索梁锚固结构疲劳荷载的确定

针对我国公路桥梁设计规范暂无疲劳荷载规定的情况，在国内一些城市和国道路段车辆荷载统计资料的基础上，参照苏通大桥工可交通量的预测和公路工程技术标准，利用国外规范和疲劳累积损伤理论，对索梁锚固结构疲劳试验荷载的确定方法和原则进行了研究。     

基于影响函数的随机车流作用下大跨度悬索桥风致应力响应分析

为了解决大跨度桥梁在随机车辆荷载和风荷载作用下局部应力求解耗时问题,首先以矮寨大桥为工程背景,建立壳-梁混合单元有限元模型,确定大桥应力的关键位置及关键点,采用分段拟合方法获得随机车辆荷载的影响面函数和风荷载的影响线函数;结合吉茶高速实际交通量特征及随机参数分布特征,采用蒙特卡罗方法,编制抽样程序生成随机车流样本。其次采用风-车-桥耦合振动分析获得典型车辆的等效车辆荷载;引入风荷载动力影响系数,提出了一种简便实用的随机车流下大跨度桥梁风致应力分析方法。最后应用ANSYS计算分析结果验证所提方法的正确可行性,分析矮寨大桥在随机车流和风荷载联合作用下的关键点应力响应。结果表明：风速低于15 m·s^-1时,风荷载引起大桥关键点应力响应远小于车辆荷载引起的应力响应;繁忙车流下应力响应的幅值并不比稀疏车流下的应力幅值大很多,但是繁忙车流下应力响应的峰值数量远大于稀疏车流下的峰值数量,即应力的循环次数多,会增大桥梁的疲劳损伤。     

车辆轴限对钢筋混凝土桥梁可靠度和加固费用的影响

为了分析车辆限载对钢筋混凝土桥梁可靠度和加固费用的影响,基于实测车辆动态称重数据和可靠度理论,研究了桥梁可靠度及其年均加固费用与车辆轴限值的关系。首先根据车辆动态称重数据统计得到交通荷载资料,在保持车货运输总重不变的前提下,采用蒙特卡罗法模拟不同轴限值约束下的随机车流。然后,计算桥梁在不同轴限值下的时变可靠度,结合不同加固方案所引起的可靠指标变化确定桥梁剩余使用寿命及其年均加固费用,并拟合确定轴限值与年均加固费用的关系曲线。最后,以湖南某地区的实测车辆动态称重数据及一座典型的钢筋混凝土简支T梁桥为例进行分析说明。研究结果表明：对桥梁进行限载可以减缓桥梁可靠指标的下降速率;在车货运输总重保持不变的条件下,轴限值越大,桥梁的可靠指标下降越快,桥梁使用寿命越短;当轴限值不超过10 t时,桥梁使用寿命可以达到设计使用年限,而当轴限值超过16 t后,桥梁结构的可靠指标随时间下降明显,在达到设计使用年限之前需要采取加固措施;采用3种常见的方案对桥梁进行加固后,桥梁剩余使用寿命随轴限值的增加均呈明显的下降趋势;随着轴限值继续增大,3种加固方案对桥梁剩余使用寿命的影响越来越小,而桥梁年均加固费用却随轴限值的增大呈指数型增长。     

钢筋混凝土桥面板疲劳数值分析方法

为了模拟车辆荷载作用下桥面板的疲劳损伤退化过程,提出了针对公路钢筋混凝土桥面板疲劳失效过程的数值分析方法。首先在各国相关试验与研究的基础上,通过编制合理的荷载谱,将复杂的车辆荷载进行简化等效;然后提出了高周循环荷载下受弯构件中钢筋与混凝土材料的疲劳本构关系,基于ABAQUS软件对一试验板建模分析,验证了疲劳本构关系的正确性;最后,对某实际钢筋混凝土桥面板进行疲劳数值分析与疲劳寿命预测。结果表明：该桥面板的抗疲劳寿命满足要求;所建立的材料疲劳本构关系能够有效模拟钢筋和混凝土在循环加载过程中力学性能的衰减规律。     

重载交通作用下某斜拉桥疲劳损伤研究

该文以某公铁两用斜拉桥为背景,引入基于热点应力的S-N曲线,对重载交通作用下考虑公铁联合作用的结构疲劳损伤进行了研究。文中通过交通量调查获得共35个交通量样本数据,根据等效损伤原理得到典型疲劳车型和车辆荷载谱,应用Monte-Carlo方法和Miner线性损伤准则计算了典型构造细节的损伤度;为研究重载交通的影响,考虑了各疲劳车型超载一定比例和仅某种车型超载两种情况,探讨了重载交通对结构构件损伤的影响。研究结果表明,按目前的交通状况预测,大桥疲劳寿命满足设计要求,随超载车数量占总交通量比例的增加,构件疲劳损伤度迅速增长,相比其它车型,5轴以上车辆超载时损伤度有了明显的增加。     

公轨两用钢桁桥轨道横梁与整体节点连接头的疲劳荷载

为评定公轨两用钢桁桥下层轨道横梁与焊接整体节点连接头在交通荷载作用下的疲劳损伤累积，对该细节在桥梁设计寿命内车辆荷载所产生的疲劳荷栽谱的计算方法进行了研究。在对桥梁的车辆荷载进行分析的基础上，参照各国相关规范，建立了代表桥梁设计寿命内真实运营状况的疲劳荷载模型，并通过全桥三雏有限元分析模拟计算该连接细节所承受的荷载历程。依据疲劳损伤累积理论，确定了公轨两用钢桁桥轨道横梁与整体节点连接头验证性疲劳试验的试验荷栽。结果表明：该连接细节的疲劳损伤荷载基本不受上层汽车的影响，主要取决于轻轨，可以通过直接将轻轨计算结果乘以一定的提高系数得出。     

基于特征熵权与样本加权的大跨桥梁多车道交通荷载聚类模型

为满足交通流荷载作用下大跨桥梁结构评估的需要,研究了基于荷载参数特征的交通流状态划分方法。首先,基于实测交通流数据,按照车道属性统计分析得到交通流的单位小时特征参数样本,选择单位小时内车型比例、车头间距及交通流速度作为交通流状态划分的参考特征;其次,改进经典k-means聚类算法以增强其对高维、复杂交通流荷载分类的鲁棒性,即通过引入特征熵值来表征各特征参数对聚类效果的重要性,同时计算样本点与周围样本点的接近程度来赋予样本点权值,以削弱样本离散性对聚类质量的不利影响;最后,通过聚类算法得到11种具有不同参数特征的交通流荷载,分析了其作用下某大跨斜拉桥拉索应力响应及造成的疲劳损伤。结果表明：改进算法的聚类质量指标比原始k-means算法提高了40%以上,对交通流状态划分具有良好的适用性;通过算法得到的不同类别的交通流荷载的特征参数差异性明显,其占有率也大不相同,同一类别的交通流荷载各样本特征参数聚拢效果良好;同车道内不同类别的交通流荷载的拉索等效应力差别较大,其变异系数均在0.2以上,尤其在考虑了不同交通流荷载模型的占有率后,这种差异性进一步增大。上述结果表明该交通流荷载聚类与模拟方法是有...     

独塔单索面预应力混凝土斜拉桥静载试验

为了评定某独塔单索面预应力混凝土斜拉桥结构的受力性能与工作状态,以成桥静载试验结果为依据,通过对静载试验相关工况下控制截面的斜拉索索力增量、桥塔塔顶偏位、主梁挠度和截面应力等重要试验数据的详细分析,结合理论计算结果来研究不同静载试验工况下该斜拉桥的索力变化规律、塔顶偏位、结构强度和刚度等特性.分析结果表明,静力荷载作用下该桥索力、塔顶偏位、应力和挠度均能满足规范要求,该桥承载能力满足设计要求.