[发明专利]一种桥梁索类构件的时变疲劳可靠度确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及交通运输业桥涵工程领域，具体是涉及一种桥梁索类构件的时变疲劳可靠度确定方法。

背景技术

索类构件广泛应用于桥梁中，比如拱桥的吊杆，斜拉桥的拉索，悬索桥的吊杆及主缆，预应力混凝土中的钢绞线。由于受到各种环境因素的影响，许多索类构件存在着不同程度的退化，危害着桥梁的安全，需要进行科学的评定，可靠度就是一种行之有效的评定方法。在诸多索类构件中，拱桥吊杆在锈蚀及疲劳综合影响下，有着更大的安全隐患。

但是目前对拱桥吊杆的可靠性研究主要集中于锈蚀或疲劳单独影响下的可靠度。难以对吊杆进行正确的评估，不能真实地反映吊杆真实的可靠度。同时，现阶段的研究较少考虑吊杆的时变因素，不能反映吊杆在服役工程中的退化方式。本发明针对上述现状，综合考虑锈蚀和疲劳的耦合作用，考虑时变影响，得出一种时变疲劳可靠度的确定方法。

发明内容

为了解决现阶段针对桥梁索类构件特别是拱桥吊杆的可靠度研究不足之处，本发明提供了一种综合考虑锈蚀和疲劳共同作用下，同时考虑时变影响下的桥梁索类构件的时变疲劳可靠度确定方法。该确定方法更加全面、准确、有效，对桥梁安全评定、维修加固具有较大的实际工程应用价值。

技术方案：

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

一种桥梁索类构件的时变疲劳可靠度确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、确定所述索类构件时变变量及时变变量的时变模型，时变变量为有效截面和疲劳特性，其中，有效截面得建立方法为：假设该钢丝受锈蚀后为半球形，则截面的有效面积可以直接由几何关系推导得，其具体推导方法为：

其中，p(t)为锈蚀深度，锈蚀深度随时间的变化需要考虑吊杆护套的破坏，吊杆镀锌层及钢丝的破坏，其中钢丝的破坏包括均匀腐蚀及裂缝拓展两个部分，其随时间的变化关系可由实际测量或查找相关研究成果直接获得。

A_r为钢丝剩余有效面积，D₀为钢丝直径，a为锈蚀坑对应宽度，θ₁为坑蚀边缘与圆心连接形成的圆心角，θ₂未被侵蚀的圆弧所对应的圆周角，A₁为坑蚀边缘与圆心连接形成图形下的面积，A₂为坑蚀边缘与圆心连接形成图形与坑蚀弧围成的面积。

吊杆的疲劳特性的建立方法为：

N＝C(t)(Δσ(t))^-m

N为长幅循环下的失效循环次数，C(t)为疲劳强度系数，m为疲劳强度指数，Δσ(t)为应力幅，ΔF为轴力幅，C₀为初始疲劳强度系数，为劣化系数。其中，C₀及m可由无损钢丝的疲劳试验获得。劣化系数可由通过做不同锈蚀程度的钢丝在某一恒定应力幅下的疲劳试验，首先拟合得N随锈蚀程度的变化，之后依靠N与C的比例关系推导出C随锈蚀程度的变化，即该劣化系数。

步骤2、根据时变模型建立索类构件考虑时变后的极限状态方程Z(t)＝D_r-D(t)，其中，D_r为临界损伤指标，D(t)为累计损伤度。；

步骤3、确定进行可靠度分析所需变量的概率分布，变量包括：恒载，车辆荷载，材料累计损伤度，初始面积，疲劳强度系数。概率分布由工厂及试验实际测量后统计或调研文献或查询规范《公路工程结构可靠度设计统一标准》可得；

步骤4、进行时变疲劳可靠度的计算。

在上述的一种桥梁索类构件的时变疲劳可靠度确定方法，步骤4中包括以下步骤：

步骤4.1、建立所述桥梁的初始有限元模型，面积及疲劳特性相关值采用时间为0时的参数值；

步骤4.2、根据步骤3，对所需所有变量的各自的概率分布进行一次随机抽样；

步骤4.3、通过有限元软件读取抽样结果数据，根据这些数据相应改变原有模型的相应数据后进行所述索类构件的应力时程分析，应力时程分析具体方法为：选取疲劳车进行加载，通过逐步移动荷载和影响线方法进行分析得到索类构件轴力的时间历程；

步骤4.4、对应力时程分析结果通过“雨流计数法”得到轴力频谱；

步骤4.5、根据频谱所得的应力及相应循环次数运用极限损伤度法进行疲劳可靠度的计算，得到某一时间点的疲劳可靠度；