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第31卷第6期2001年11月 东南大学学报(自然科学版

JOURNA L OF S OUTHE AST UNIVERSITY (Natural Science Edition

Vol 131No 16Nov. 2001

基于结构健康监测系统的桥梁疲劳寿命可靠性评估 郑 蕊 李兆霞

(东南大学土木工程学院, 南京210096 摘要:时程曲线进行桥梁结构疲劳寿命的

可靠性评估. 时程曲线, 通过统计分析得到其标准样本, 认为该桥上所有的应变循环都是这个标准样本的重复; 利用雨流计数法, 得到标准样本的应力幅谱. 在对桥面结构细节的疲劳寿命进行可靠性评估时, 利用BS5400关于桥梁构件细节的标准分类结果对已有的概率模型进行修正, 得到适合于桥梁疲劳寿命可靠性评估的概率模型.

关键词:结构健康监测系统; 疲劳寿命; 可靠性; 概率模型中图分类号:O346. 5 文献标识码:A : 03

收稿日期:2001205209. 作者简介:郑 蕊, 女, 1975年生, 硕士研究生. 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50178019 .

, , 桥梁结构的耐久性主要是由桥梁关键构件的疲劳性所决定的. , 从而可对桥梁的疲劳损伤作出估计, 并对其疲劳寿命作出可靠性预测.

1 应力幅数据来源及整理 1. 1 青马大桥健康监测系统

青马大桥总长2. 2km , 主跨1. 377km , 是世界上最长的公路、铁路两用悬索桥. 桥面分为2层, 上层为高速公路, 下层主要为铁路. 构造上, 青马大桥的桥面部分是桁架和箱形结构的混合结构.

青马大桥的结构健康监测系统永久性的安装了265个传感器. 桥梁结构是由许多板、梁和杆件通过焊接、铆钉和一些其他方式连接构建而成的. 桥梁中的疲劳裂缝可能会出现在这些连接处. 因此, 桥梁结构的构件细节是疲劳分析的主要部分. 根据Flint 和Neill Partnership 关于桥梁结构各个不同部位的构件的危险程度和薄弱等级的评述, 最危险的部位是那些承受高速公路交通载荷且位于最外层车道的部位. 因此, 作者选取这样的关键部位之一SST LN 01(位于外层纵向桁架的上弦杆 来说明如何进行疲劳损伤的统计分析. 1. 2 应力幅频

为了能够获取真实而完整的能代表各种应力范围及其各自频率的数据, 需要一段足够长的数据记录时间. 对于高速公路的监测,2d 或3d 的过程被认为是能满足以上要求的. 因为桥梁疲劳主要是高周疲劳, 结构中的循环应力都在比例极限以内, 因此可用公式σ=εE 计算相应的应力.

应用雨流计数法, 筛去非敏感区以内的应力幅, 得到名义应力幅谱. 由于利用SST LN 01所记录的应变数据计算得到的应力幅只是相关构件的名义应力, 而疲劳累计实际上是发生在构件的焊接细节处. 为了得到位于应变计附近焊接细节处危险点

(一般是焊趾处 的实际应力, 可以将名义应力用几个系数加以修正, 如 S =K w K d K g S n [1]

(1 式中, S n 为应变计处的名义应力; K g 为由于考虑焊缝附近的几何不连续性而得到的应力集中系数; K d 为焊趾处的应力分布系数; K w 为由焊接过程引起的位于焊趾的残余应力和缺陷影响系数. 在最靠近应变计

表1 SST LN 1附近焊趾处实际应力幅频 实际应力S /MPa a i

2. 352. 50×10-27. 054. 00×10-111. 744. 00×10-216. 441. 33×10-121. 142. 76×10-125. 831. 08×10-130. 536. 00×10-335. 234. 00×10-339. 926. 00×10-344. 624. 00×10-463. 414. 00×10-477. 504. 00×10-482. 19

-4

SST LN 01的焊缝处, 由于焊缝附近无明显的形状变化和几何

不连续性, 所以选取K g =1; 根据对局部应力分析结果, 取K d =1. 14; 根据参考实验结果, 取K w =2. 06. 表1为按上述方法

修正后SST LN 01附近焊趾处危险点的实际应力幅频. 2 不同失效概率下的疲劳寿命 根据英国规范BS5400[3] 对桥梁在不同失效概率下疲劳