[發明專利]一種橋梁索類構件的時變疲勞可靠度確定方法

在審

• 申請號: 201710489034.5
• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN107357972A
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 康俊濤;林光毅;劉開;黃林勝;齊凱凱;顧河明;邵光強;秦世強
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 魯力

技術領域

本發明涉及交通運輸業橋涵工程領域，具體是涉及一種橋梁索類構件的時變疲勞可靠度確定方法。

背景技術

索類構件廣泛應用于橋梁中，比如拱橋的吊桿，斜拉橋的拉索，懸索橋的吊桿及主纜，預應力混凝土中的鋼絞線。由于受到各種環境因素的影響，許多索類構件存在著不同程度的退化，危害著橋梁的安全，需要進行科學的評定，可靠度就是一種行之有效的評定方法。在諸多索類構件中，拱橋吊桿在銹蝕及疲勞綜合影響下，有著更大的安全隱患。

但是目前對拱橋吊桿的可靠性研究主要集中于銹蝕或疲勞單獨影響下的可靠度。難以對吊桿進行正確的評估，不能真實地反映吊桿真實的可靠度。同時，現階段的研究較少考慮吊桿的時變因素，不能反映吊桿在服役工程中的退化方式。本發明針對上述現狀，綜合考慮銹蝕和疲勞的耦合作用，考慮時變影響，得出一種時變疲勞可靠度的確定方法。

發明內容

為了解決現階段針對橋梁索類構件特別是拱橋吊桿的可靠度研究不足之處，本發明提供了一種綜合考慮銹蝕和疲勞共同作用下，同時考慮時變影響下的橋梁索類構件的時變疲勞可靠度確定方法。該確定方法更加全面、準確、有效，對橋梁安全評定、維修加固具有較大的實際工程應用價值。

技術方案：

本發明為解決其技術問題所采用的技術方案包括以下步驟：

一種橋梁索類構件的時變疲勞可靠度確定方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、確定所述索類構件時變變量及時變變量的時變模型，時變變量為有效截面和疲勞特性，其中，有效截面得建立方法為：假設該鋼絲受銹蝕后為半球形，則截面的有效面積可以直接由幾何關系推導得，其具體推導方法為：

其中，p(t)為銹蝕深度，銹蝕深度隨時間的變化需要考慮吊桿護套的破壞，吊桿鍍鋅層及鋼絲的破壞，其中鋼絲的破壞包括均勻腐蝕及裂縫拓展兩個部分，其隨時間的變化關系可由實際測量或查找相關研究成果直接獲得。

A_r為鋼絲剩余有效面積，D₀為鋼絲直徑，a為銹蝕坑對應寬度，θ₁為坑蝕邊緣與圓心連接形成的圓心角，θ₂未被侵蝕的圓弧所對應的圓周角，A₁為坑蝕邊緣與圓心連接形成圖形下的面積，A₂為坑蝕邊緣與圓心連接形成圖形與坑蝕弧圍成的面積。

吊桿的疲勞特性的建立方法為：

N＝C(t)(Δσ(t))^-m

N為長幅循環下的失效循環次數，C(t)為疲勞強度系數，m為疲勞強度指數，Δσ(t)為應力幅，ΔF為軸力幅，C₀為初始疲勞強度系數，為劣化系數。其中，C₀及m可由無損鋼絲的疲勞試驗獲得。劣化系數可由通過做不同銹蝕程度的鋼絲在某一恒定應力幅下的疲勞試驗，首先擬合得N隨銹蝕程度的變化，之后依靠N與C的比例關系推導出C隨銹蝕程度的變化，即該劣化系數。

步驟2、根據時變模型建立索類構件考慮時變后的極限狀態方程Z(t)＝D_r-D(t)，其中，D_r為臨界損傷指標，D(t)為累計損傷度。；

步驟3、確定進行可靠度分析所需變量的概率分布，變量包括：恒載，車輛荷載，材料累計損傷度，初始面積，疲勞強度系數。概率分布由工廠及試驗實際測量后統計或調研文獻或查詢規范《公路工程結構可靠度設計統一標準》可得；

步驟4、進行時變疲勞可靠度的計算。

在上述的一種橋梁索類構件的時變疲勞可靠度確定方法，步驟4中包括以下步驟：

步驟4.1、建立所述橋梁的初始有限元模型，面積及疲勞特性相關值采用時間為0時的參數值；

步驟4.2、根據步驟3，對所需所有變量的各自的概率分布進行一次隨機抽樣；

步驟4.3、通過有限元軟件讀取抽樣結果數據，根據這些數據相應改變原有模型的相應數據后進行所述索類構件的應力時程分析，應力時程分析具體方法為：選取疲勞車進行加載，通過逐步移動荷載和影響線方法進行分析得到索類構件軸力的時間歷程；

步驟4.4、對應力時程分析結果通過“雨流計數法”得到軸力頻譜；

步驟4.5、根據頻譜所得的應力及相應循環次數運用極限損傷度法進行疲勞可靠度的計算，得到某一時間點的疲勞可靠度；