平行鋼絲斜拉索全壽命安全評(píng)定方法研究.pdf

1、斜拉橋是大跨度橋梁的主要橋型，斜拉索是斜拉橋最關(guān)鍵的受力構(gòu)件之一，起著牽一發(fā)動(dòng)全身的重要作用，但斜拉索易遭受腐蝕損傷和疲勞累積損傷，嚴(yán)重威脅著斜拉橋服役安全。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)是保障大型橋梁服役安全的有效手段之一，基于健康監(jiān)測(cè)的橋梁結(jié)構(gòu)安全評(píng)定理論和全壽命設(shè)計(jì)理論是近年來(lái)土木工程領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和前沿問(wèn)題。本文充分利用健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)和實(shí)際服役的斜拉索，系統(tǒng)研究基于健康監(jiān)測(cè)的橋梁車輛荷載模型、斜拉橋拉索車輛荷載效應(yīng)模型、腐蝕拉索力學(xué)和

2、疲勞性能及平行鋼絲拉索全壽命安全評(píng)定方法。
　　本文的主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　首先，根據(jù)Hasofer-Lind可靠指標(biāo)的幾何意義，建立可靠指標(biāo)的優(yōu)化模型，提出采用計(jì)算效率高的粒子群優(yōu)化算法(PSO)對(duì)可靠指標(biāo)優(yōu)化模型進(jìn)行求解，研究?jī)?yōu)化過(guò)程中隨機(jī)變量候選解的統(tǒng)計(jì)特性，提出基于可靠度指標(biāo)的隨機(jī)變量敏感性分析的“相對(duì)收斂率法”，并采用優(yōu)化策略組保證相對(duì)收斂率的一致性。與傳統(tǒng)隨機(jī)變量敏感性分析方法計(jì)算結(jié)果比較表明，本文方法能求解更

3、復(fù)雜的優(yōu)化問(wèn)題。
　　其次，結(jié)合山東濱州黃河公路大橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)測(cè)車輛荷載數(shù)據(jù)，根據(jù)輕型車輛與重型車輛不同的出現(xiàn)概率、不同的分布參數(shù)，建立一般高速公路橋梁車輛荷載的概率分布分析模型；根據(jù)車輛荷載的概率分布研究一般運(yùn)行狀態(tài)下車輛荷載的極值分布及其參數(shù)；基于線性累積損傷理論建立高速公路橋梁疲勞荷載譜，根據(jù)高速公路服務(wù)交通量、服務(wù)水平和通行能力，采用Logistic模型建立交通流量預(yù)測(cè)模型，并采用健康監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)Logistic模型、進(jìn)

4、而對(duì)橋梁疲勞荷載譜車流量進(jìn)行更新。形成系統(tǒng)的基于健康監(jiān)測(cè)技術(shù)的高速公路橋梁車輛荷載建模方法和車輛荷載模型，為橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及服役期內(nèi)安全評(píng)定奠定基礎(chǔ)。
　　第三，利用國(guó)內(nèi)某斜拉橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中智能拉索實(shí)測(cè)的拉索荷載效應(yīng)數(shù)據(jù)，建立斜拉索荷載效應(yīng)的概率分布和極值分布及其參數(shù)，提出基于Bayes理論的荷載效應(yīng)概率分布更新方法；建立智能拉索等效疲勞荷載效應(yīng)分析方法，分析智能拉索疲勞累積損傷發(fā)展規(guī)律；分析長(zhǎng)索和短索荷載效應(yīng)及其極值、以及疲勞

5、累積損傷的特點(diǎn)。
　　第四，對(duì)國(guó)內(nèi)某斜拉橋換下服役18年的腐蝕斜拉索的腐蝕程度、力學(xué)性能、疲勞性能進(jìn)行系統(tǒng)的試驗(yàn)研究。研究斜拉索鋼絲的均勻腐蝕程度和點(diǎn)蝕程度及其概率分布；研究腐蝕對(duì)鋼絲彈性模量、屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度、極限應(yīng)變、延伸率、反復(fù)彎曲性能的影響，建立腐蝕鋼絲應(yīng)力－應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系模型及其模型特征點(diǎn)的概率分布模型，研究腐蝕拉索的荷載－應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系；研究腐蝕鋼絲及拉索的疲勞壽命，揭示腐蝕對(duì)鋼絲和拉索疲勞壽命的影響。
　　第五，

6、利用各種鋼絲強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)和智能拉索現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用纖維束強(qiáng)度模型，研究平行鋼絲斜拉索安全評(píng)定方法。研究新的、未腐蝕和腐蝕三種鋼絲和拉索的強(qiáng)度概率分布參數(shù)及拉索承載力可靠度，分析拉索長(zhǎng)度和鋼絲數(shù)量對(duì)拉索強(qiáng)度的影響規(guī)律，揭示腐蝕導(dǎo)致鋼絲截面減小和相關(guān)長(zhǎng)度減小從而降低拉索強(qiáng)度的機(jī)理，采用PSO方法進(jìn)行基于拉索可靠度的參數(shù)敏感性分析。利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析腐蝕鋼絲疲勞壽命概率分布參數(shù)和中值S-N曲線及不同保證率下的腐蝕鋼絲P-S-N曲線；建立

7、基于累積損傷理論的拉索疲勞壽命分析方法，研究長(zhǎng)度效應(yīng)、拉索S-N曲線參數(shù)、拉索內(nèi)鋼絲數(shù)、鋼絲疲勞壽命變異性及鋼絲應(yīng)力不均勻性對(duì)拉索疲勞壽命的影響；統(tǒng)計(jì)分析不同斷絲率腐蝕拉索中值S-N曲線，建議拉索終止壽命的斷絲率標(biāo)準(zhǔn)；建立基于疲勞極限狀態(tài)的拉索可靠度計(jì)算方法，研究新索和腐蝕拉索疲勞可靠度指標(biāo)隨服役時(shí)間的衰減規(guī)律，揭示腐蝕是拉索疲勞極限狀態(tài)的控制因素，腐蝕后拉索的安全由疲勞極限狀態(tài)控制，而腐蝕對(duì)拉索承載力極限狀態(tài)影響較小。
　　最后