大跨鋼橋鋼箱梁損傷時(shí)變模型及疲勞可靠性評(píng)估

王 瑩 李兆霞 趙麗華

(東南大學(xué)土木工程學(xué)院, 南京 210096)(東南大學(xué)江蘇省工程力學(xué)分析重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 南京 210096)

隨著結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在大跨斜拉橋上的應(yīng)用,傳統(tǒng)的有限元模型已無(wú)法滿足健康監(jiān)測(cè)和疲勞損傷評(píng)估的需要,結(jié)構(gòu)整體和局部細(xì)節(jié)特性的表征需要借助于多尺度有限元模型[1-3]．同時(shí),結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期服役過(guò)程中產(chǎn)生的損傷、焊趾裂紋都應(yīng)該在模型中及時(shí)更新,以反映結(jié)構(gòu)當(dāng)前的時(shí)變損傷狀態(tài),才能使用于結(jié)構(gòu)疲勞評(píng)估的模型分析結(jié)果準(zhǔn)確反映結(jié)構(gòu)中的熱點(diǎn)應(yīng)力分布狀態(tài)．大跨斜拉橋索梁錨固區(qū)作為斜拉索與鋼箱梁之間的連接區(qū)域,其焊縫眾多,受力復(fù)雜[4-5],運(yùn)營(yíng)荷載下的疲勞問(wèn)題十分突出．然而,健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的傳感器無(wú)法獲取該處的熱點(diǎn)應(yīng)力分布,需要借助于有效的有限元仿真技術(shù)來(lái)進(jìn)行該處熱點(diǎn)應(yīng)力的模擬[6-7]．

本文以潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江公路大橋北汊斜拉橋索梁錨固區(qū)焊接細(xì)節(jié)為分析對(duì)象,建立了包括橋梁整體結(jié)構(gòu)、索梁錨固區(qū)構(gòu)件、焊縫及其焊接細(xì)節(jié)處假定的表面裂紋的多尺度有限元模型,借助人工檢測(cè)獲得的損傷信息來(lái)更新橋梁在服役不同時(shí)期的有限元模型,以實(shí)時(shí)反映橋梁在當(dāng)前服役狀態(tài)下的損傷狀態(tài)和應(yīng)力水平．對(duì)該橋在重型車輛荷載作用下的索梁錨固區(qū)局部應(yīng)力進(jìn)行分析,基于焊接處的表面裂紋和斷裂力學(xué)方法評(píng)估了索梁錨固區(qū)假定的表面裂紋對(duì)整體結(jié)構(gòu)疲勞狀態(tài)的影響、應(yīng)力分布以及斷裂疲勞壽命．考慮無(wú)損探測(cè)信息,實(shí)現(xiàn)了鋼箱梁關(guān)鍵構(gòu)件疲勞可靠度的更新．

1 考慮損傷時(shí)變狀態(tài)的橋梁模型更新方法

橋梁的疲勞損傷累積是一個(gè)長(zhǎng)期的時(shí)變演化過(guò)程,交通管理部門每年都會(huì)對(duì)其進(jìn)行分段人工檢測(cè),以獲得實(shí)際出現(xiàn)在橋梁上的缺陷信息．若要得到實(shí)際橋梁結(jié)構(gòu)在各個(gè)運(yùn)營(yíng)時(shí)段準(zhǔn)確的損傷狀態(tài),僅通過(guò)一個(gè)面向結(jié)構(gòu)疲勞壽命與可靠度評(píng)估的初始有限元模型是不可能實(shí)現(xiàn)的,必須借助于人工檢測(cè)信息，不斷更新橋梁在服役不同時(shí)期的有限元模型,以實(shí)時(shí)反映橋梁在當(dāng)前服役狀態(tài)下的損傷狀態(tài)和應(yīng)力水平．本文在橋梁整體粗糙模型的基礎(chǔ)上,建立了包含等效正交異性橋面板的局部鋼箱梁模型．對(duì)易于出現(xiàn)疲勞裂紋的索梁錨固區(qū)域,假定經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期服役和疲勞損傷累積以后出現(xiàn)了疲勞裂紋,估算了橋梁結(jié)構(gòu)的疲勞裂紋擴(kuò)展壽命．建模及考慮損傷時(shí)變狀態(tài)進(jìn)行模型更新的流程如圖1所示．

以潤(rùn)揚(yáng)北汊斜拉橋?yàn)槔?概述模型建立的過(guò)程和要點(diǎn)．潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江大橋北汊斜拉橋?yàn)殡p塔三跨雙索面斜拉橋,跨徑布置為175.4m+406m+175.4m,為全封閉雙向六車道的高速公路橋．首先根據(jù)設(shè)計(jì)圖,建立橋塔、拉索和主梁模型,主梁先采用魚(yú)骨梁模型進(jìn)行簡(jiǎn)化,得到結(jié)構(gòu)整體模型(單元特征尺度量級(jí)為100m).經(jīng)過(guò)參數(shù)修正,使其動(dòng)力特性與實(shí)測(cè)值吻合較好[3],為進(jìn)一步模擬結(jié)構(gòu)中的易損局部和考慮局部損傷時(shí)變狀態(tài)進(jìn)行模型更新提供了前提條件．然后,在整體粗糙有限元模型的基礎(chǔ)上,建立了跨中段的鋼箱梁精細(xì)有限元模型(單元特征尺度量級(jí)為10-3m)．考察橋梁影響線,所建立的鋼箱梁精細(xì)模型的跨徑為146m,以便于進(jìn)行錨固區(qū)疲勞應(yīng)力的分析．

圖1 建模與考慮損傷時(shí)變進(jìn)行模型更新的流程示意圖

在鋼箱梁精細(xì)模型的基礎(chǔ)上,對(duì)于索梁錨固區(qū),建立更為精確的焊縫單元,其構(gòu)造如圖2所示．

圖2 潤(rùn)揚(yáng)斜拉橋整體和局部有限元模型

承壓板N2的焊縫屬性通過(guò)改變焊縫處殼單元的厚度來(lái)模擬,底板及承壓板N1的焊縫單元屬性則通過(guò)梁?jiǎn)卧獊?lái)模擬．焊縫厚度的模擬依據(jù)潤(rùn)揚(yáng)斜拉橋?qū)嶋H的焊接工藝,結(jié)合規(guī)范確定．

結(jié)構(gòu)焊縫的焊趾附近為裂紋易發(fā)的危險(xiǎn)區(qū),文獻(xiàn)[8]調(diào)研資料顯示,沿橋梁縱向的裂紋最為常見(jiàn)．考慮橋梁運(yùn)營(yíng)初期的淺表裂紋,設(shè)定承壓板N1為考察對(duì)象,建立深度為2mm的表面縱向裂紋模型,考慮上述疲勞裂紋狀態(tài)對(duì)模型相關(guān)局部進(jìn)行更新,更新后的局部模型如圖3示．圖中,A表示承壓板裂紋區(qū)域;B表示裂紋尖端區(qū)域,且在區(qū)域B中最里側(cè)單元類型為奇異單元Solid95．

圖3 考慮疲勞裂紋狀態(tài)的局部模型更新示意圖

2 潤(rùn)揚(yáng)大橋索梁錨固區(qū)疲勞狀態(tài)評(píng)估

利用第1節(jié)建立的模型,可進(jìn)行梁錨固區(qū)的應(yīng)力響應(yīng)分析和疲勞狀態(tài)評(píng)估．

2.1 基于Miner累積損傷定律的疲勞狀態(tài)評(píng)估

英國(guó)規(guī)范BS 5400[9]是最早給出橋梁疲勞設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)疲勞車模型及其計(jì)算方法的規(guī)范,忽略總重小于30kN的典型車輛對(duì)橋梁構(gòu)件疲勞損傷的影響,用一輛總重320kN的4軸虛擬“標(biāo)準(zhǔn)疲勞車”來(lái)表示典型車輛標(biāo)準(zhǔn)載荷頻值譜效應(yīng)．借鑒該“標(biāo)準(zhǔn)疲勞車”來(lái)進(jìn)行移動(dòng)車載加載．所得跨中截面附近箱梁構(gòu)件的典型應(yīng)力時(shí)程曲線如圖 4所示．由圖可知,車輛移動(dòng)載荷在跨中附近會(huì)引起2個(gè)大小相近的低于15MPa的循環(huán)應(yīng)力幅值．基于該應(yīng)力幅值,采用Miner累積損傷定律,初步得到橋梁關(guān)鍵鋼箱梁構(gòu)件和拉索構(gòu)件的疲勞壽命．

圖4 跨中鋼箱梁構(gòu)件的典型應(yīng)力時(shí)程

由于ANSYS軟件中的時(shí)間歷程后處理器Timehist Postpro每次只能導(dǎo)出單個(gè)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力時(shí)程,為了直觀顯示出變幅荷載作用下所有位置處的應(yīng)力時(shí)程和相應(yīng)的疲勞壽命,采用如下步驟即可實(shí)現(xiàn)橋梁所有位置處構(gòu)件疲勞壽命的可視化:

① 將車輛荷載作用靜力移動(dòng)荷載施加于潤(rùn)揚(yáng)大橋的鋼箱梁節(jié)點(diǎn)上,所施加載荷步的步數(shù)依賴于求解的精度和運(yùn)算速度,每個(gè)加載步即對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)疲勞車行駛至箱梁跨長(zhǎng)方向的不同位置．

② 利用ANSYS軟件中的時(shí)間歷程后處理器Timehist Postpro,將所有位置處的應(yīng)力時(shí)程數(shù)據(jù)以.txt的格式導(dǎo)出并存儲(chǔ)．

③ 在MATLAB程序中對(duì)所有.txt格式的應(yīng)力時(shí)程數(shù)據(jù)進(jìn)行雨流計(jì)數(shù),得到所有位置處的雨流計(jì)數(shù)結(jié)果,即應(yīng)力譜．

④ 計(jì)算所有位置處的等效應(yīng)力幅值Δσef,即

(1)

式中,σi為雨流計(jì)數(shù)得到的第i級(jí)應(yīng)力幅;ni為σi對(duì)應(yīng)的循環(huán)次數(shù)．該等效應(yīng)力幅值所引起的疲勞壽命等于變幅荷載作用所引起的疲勞壽命．

⑤ 利用Miner定律計(jì)算累積損傷值D,即

(2)

式中,C為對(duì)應(yīng)材料S-N曲線的參數(shù),其中,S為材料所承受的應(yīng)力幅值,N為該應(yīng)力幅值下的疲勞壽命．在MATLAB程序中利用Save命令將所有位置處疲勞壽命以.txt的格式存儲(chǔ),命令為Save Nodelife.txt-ASCII N．

⑥ 在ANSYS軟件中,利用*VREAD命令,讀取步驟⑤得到的所有位置處疲勞壽命的.txt文件．

⑦ 利用宏命令*DNSOL命令將導(dǎo)入的后綴為.txt的數(shù)據(jù)賦值給相應(yīng)的節(jié)點(diǎn),以實(shí)現(xiàn)所有位置處疲勞壽命的可視化．大跨鋼橋鋼箱梁構(gòu)件的疲勞壽命如圖5所示．由圖可見(jiàn),索塔附近的疲勞壽命較長(zhǎng),邊跨和跨中處的疲勞壽命相對(duì)較短,故下面以跨中處的索梁錨固區(qū)作為研究對(duì)象,研究其出現(xiàn)疲勞裂紋時(shí)的疲勞壽命和相應(yīng)的疲勞可靠性．

圖5 潤(rùn)揚(yáng)斜拉橋關(guān)鍵構(gòu)件的疲勞壽命值

2.2 裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致的鋼箱梁構(gòu)件疲勞狀態(tài)評(píng)估

假設(shè)考察部位在運(yùn)營(yíng)若干年后出現(xiàn)了裂紋,建立了0.1mm縫寬下裂紋長(zhǎng)度分別占承壓板總長(zhǎng)1.33%,2.00%,2.67%,3.33%,4.00%,5.33%,6.67%,10.00%時(shí)的一系列裂紋．裂紋尖端均采用Solid95單元,該單元可模擬裂紋尖端的奇異性．

2.2.1 應(yīng)力場(chǎng)分布

當(dāng)裂紋長(zhǎng)度占承壓板總長(zhǎng)5.33%、裂縫寬度為0.1mm時(shí),裂紋尖端的應(yīng)力分布狀況如圖6所示．由圖可知,裂紋尖端出現(xiàn)了應(yīng)力集中現(xiàn)象,表現(xiàn)出應(yīng)力奇異性．

圖6 裂紋區(qū)域及其尖端應(yīng)力場(chǎng)分布圖

2.2.2 不同裂紋長(zhǎng)度下的K值

當(dāng)裂紋縫寬w=0.1mm時(shí),不同長(zhǎng)度的初始裂紋對(duì)應(yīng)的應(yīng)力強(qiáng)度因子K如圖7所示．圖中,l表示裂紋長(zhǎng)度占承壓板總長(zhǎng)的百分?jǐn)?shù)．由圖可知,K隨著初始裂紋長(zhǎng)度的增加而增加．當(dāng)l≤6.67%時(shí),K值增加較快;當(dāng)l>6.67%時(shí),K值增加速度變慢．根據(jù)圖7,可擬合得到不同裂紋尺寸對(duì)應(yīng)的應(yīng)力強(qiáng)度因子K的計(jì)算公式,即

K=0.0011l3-0.1131l2+5.8470l-11.0028

(3)

圖7 不同裂縫長(zhǎng)度的K值(w=0.1mm)

2.2.3 疲勞壽命評(píng)估

依據(jù)斷裂力學(xué)Paris公式,可得到裂紋由初始長(zhǎng)度ai擴(kuò)展到t時(shí)刻的長(zhǎng)度時(shí)at的疲勞壽命為

(4)

式中,P,m為裂紋擴(kuò)展參數(shù),此處根據(jù)規(guī)范BS 7910[10],P=2.18×10-13,m=3;ΔK為根據(jù)式(1)計(jì)算得到的等效應(yīng)力幅Δσef作用下具有不同初始裂紋尺寸的裂尖的應(yīng)力強(qiáng)度因子幅值,該值基于疲勞加載的多尺度模型,由擬合式(3)計(jì)算得到;a為瞬時(shí)裂紋長(zhǎng)度．當(dāng)裂紋擴(kuò)展到貫穿承壓板時(shí),認(rèn)為構(gòu)件失效,此時(shí)破壞的裂紋長(zhǎng)度af=69.95cm,由此可得各裂紋長(zhǎng)度下構(gòu)件的荷載作用次數(shù)Nf．參考規(guī)范BS 5400中給定的每年交通荷載通過(guò)的頻次,可得各裂紋長(zhǎng)度下構(gòu)件的疲勞壽命,結(jié)果見(jiàn)圖8．可以看出，當(dāng)l≤5.33%時(shí)，疲勞壽命較高，但隨著裂紋長(zhǎng)度的增加，壽命迅速降低；當(dāng)l>5.33%時(shí)，隨著裂紋的增加，疲勞壽命降低并趨于平緩，但此時(shí)疲勞壽命值很小.由此表明，在人工檢測(cè)和無(wú)損探傷領(lǐng)域，初始裂紋長(zhǎng)度達(dá)到承壓板總長(zhǎng)5%的疲勞裂紋應(yīng)該列入當(dāng)前檢修計(jì)劃內(nèi).

圖8 疲勞壽命隨初始裂紋長(zhǎng)度的變化曲線

3 基于無(wú)損探測(cè)信息的鋼箱梁構(gòu)件疲勞可靠性更新

在概率斷裂力學(xué)方法中,分析鋼橋的疲勞可靠性時(shí),通?？紤]在指定時(shí)間t內(nèi)初始裂紋ai擴(kuò)展到at;當(dāng)at大于臨界裂紋尺寸acr時(shí),即可認(rèn)為發(fā)生疲勞失效,則鋼橋疲勞裂紋隨機(jī)擴(kuò)展的極限方程為

Z=acr-at

(5)

臨界裂紋尺寸acr是指超過(guò)此尺寸就會(huì)發(fā)生斷裂破壞或不適合繼續(xù)承受荷載作用,通常使用K準(zhǔn)則或適合承載條件準(zhǔn)則來(lái)判定．

使用K準(zhǔn)則時(shí),認(rèn)為acr與材料斷裂韌度KIC直接相關(guān),可表示為

(6)

式中,F(a)=2.3512為幾何形狀修正系數(shù);σ為遠(yuǎn)離裂紋的名義應(yīng)力或應(yīng)力幅．對(duì)于Q345型鋼材,KIC≈95MPa·m1/2．

使用適合承載條件準(zhǔn)則時(shí),臨界裂紋尺寸acr被定義為一個(gè)明確的裂紋尺寸．若板件中的裂紋大于acr時(shí)，細(xì)節(jié)將不能滿足使用性要求．通常來(lái)說(shuō),適合承載條件準(zhǔn)則比K準(zhǔn)則所定義的臨界裂紋尺寸更保守．

由式(6)可見(jiàn),at在積分號(hào)的上限,根據(jù)數(shù)值積分法,at無(wú)法顯式表示,因此需要設(shè)定不同的服役年限來(lái)反推at．根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn),認(rèn)為at,acr均服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布,考慮到焊接細(xì)節(jié),將其變異系數(shù)取為0.5．

通過(guò)編制Monte-Carlo程序,可以得到當(dāng)索梁錨固區(qū)內(nèi)初始裂紋長(zhǎng)度達(dá)到承壓板總長(zhǎng)的1%時(shí),不同服役年限對(duì)應(yīng)的疲勞可靠度指標(biāo)，結(jié)果見(jiàn)圖9．

圖9 不同服役期的可靠度指標(biāo)(l=1%)

橋梁管理部門定期會(huì)對(duì)橋梁進(jìn)行人工檢測(cè)或無(wú)損探傷,如何在可靠度模型中引入這些檢測(cè)信息是目前研究的熱點(diǎn)．由于檢測(cè)技術(shù)和水平的限制,在檢測(cè)過(guò)程中通常存在以下3種結(jié)果:① 檢測(cè)到具體的裂紋尺寸;② 存在裂紋,但由于檢測(cè)水平有限并沒(méi)有被檢測(cè)到;③ 檢測(cè)到了裂紋,由于檢測(cè)水平差異,無(wú)法準(zhǔn)確獲得具體尺寸．相應(yīng)的狀態(tài)函數(shù)方程也可分為以下3種[11]．

1) 檢測(cè)到具體裂紋尺寸時(shí),對(duì)應(yīng)的極限狀態(tài)方程為aN0-Q=0,即檢測(cè)到的裂紋長(zhǎng)度尺寸aN0等于真實(shí)的裂紋長(zhǎng)度尺寸Q．構(gòu)件失效的極限狀態(tài)方程表示為

Z=acr-aN0≤0

(7)

此時(shí)的失效概率應(yīng)為條件概率,即檢測(cè)到具體裂紋尺寸且該尺寸達(dá)到臨界裂紋尺寸時(shí)的條件概率．該失效概率可以表示為

(8)

式中，βup為更新后的可靠度指標(biāo).

由于定值處無(wú)法求解條件概率的值,故將條件aN0-Q=0設(shè)置為-x≤aN0-Q≤x,此時(shí)x取為很小的值,假設(shè)為x=0.002,則該失效概率的求解步驟如下:

① 計(jì)算P(Z≤0∩aN0-Q≤-0.002)及P(aN0-Q≤-0.002);

② 計(jì)算P(Z≤0∩aN0-Q≤0.002)及P(aN0-Q≤0.002);

2) 裂紋存在,但由于檢測(cè)水平有限并沒(méi)有被檢測(cè)到時(shí),相應(yīng)的狀態(tài)方程可表示為

Z1=aN0-ad≤0

(9)

式中,ad表示可探測(cè)到的裂紋的最小尺寸．此時(shí)更新的失效概率可表示為

(10)

式中,Z1取決于無(wú)損檢測(cè)的裂紋檢測(cè)概率,通常由POD曲線來(lái)確定.服從指數(shù)分布的POD模型的計(jì)算公式如下:

POD(a)=(1-p)(1-e-ca)

(11)

式中,p為裂紋尺寸a的置信參數(shù),取值范圍通常為[0.01,0.05];c為根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的參數(shù),取值范圍通常為[100,500]．可以看出,裂紋尺寸越大,相應(yīng)的檢測(cè)概率POD值越大．由此可得

(12)

式中,faN0(a)為裂紋尺寸概率密度函數(shù)．由此可以推導(dǎo)出更新的失效概率為

(13)

3) 檢測(cè)到裂紋但其尺寸未知時(shí),相應(yīng)的狀態(tài)方程可以表示為

Z2=aN0-ad≤0

(14)

此時(shí)更新的概率可以表示為

(15)

假設(shè)索梁錨固區(qū)的初始裂紋為承壓板長(zhǎng)度的3%,即45mm．使用適合承載條件準(zhǔn)則時(shí),假定當(dāng)臨界裂紋尺寸acr達(dá)到承壓板長(zhǎng)度的10%時(shí),不能滿足使用性要求,即臨界裂紋取為150mm．假定大跨鋼橋的目標(biāo)可靠度為2.0,通過(guò)編制Monte-Carlo程序,可以得到l=3%時(shí)結(jié)構(gòu)不同服役期的疲勞可靠度指標(biāo)(見(jiàn)圖10)．由圖可知,當(dāng)橋梁服役8年后,由該初始裂紋擴(kuò)展得到的可靠度低于目標(biāo)可靠度,需要對(duì)承壓板進(jìn)行維修或者更換．

圖10 結(jié)構(gòu)的可靠度指標(biāo)(l=1%)

在第8年檢測(cè)到具體裂紋時(shí),實(shí)際裂紋尺寸服從以均值為檢測(cè)值A(chǔ)m、變異系數(shù)為0.25的對(duì)數(shù)正態(tài)分布．假定裂紋檢測(cè)值L的取值范圍為(0.1±0.002)mm,利用式(9)可以得到更新的可靠度曲線(見(jiàn)圖11)．由圖可知,檢測(cè)到具體裂紋后,可靠度指標(biāo)顯著增加．隨著服役年限的增加,可靠度指標(biāo)迅速下降,并向更新前的可靠度指標(biāo)靠攏．根據(jù)更新后的可靠度指標(biāo)與目標(biāo)可靠度的比較結(jié)果可知,當(dāng)檢測(cè)到裂紋后,相應(yīng)的檢修周期可以推后．

圖11 第8年檢測(cè)到的具體裂紋的可靠度

沒(méi)有檢測(cè)到裂紋時(shí),考慮裂紋檢測(cè)的POD模型,c∈[100,500],p∈[0.01,0.05],可以得到更新后的可靠度曲線(見(jiàn)圖12)．由圖可知,c值對(duì)可靠度指標(biāo)有較大影響;p值對(duì)可靠度指標(biāo)起反作用,p值越大,可靠度指標(biāo)越低．此外,第8年未探測(cè)到裂紋時(shí),由于可靠度指標(biāo)得到了提高,相應(yīng)的檢修時(shí)間可以延后．

圖12 未檢測(cè)到裂紋時(shí)的可靠度曲線

檢測(cè)到裂紋但具體裂紋尺寸未知時(shí),考慮檢測(cè)概率的POD模型,得到在第8年被檢測(cè)到但具體長(zhǎng)度未知裂紋(l=3%)時(shí)結(jié)構(gòu)的可靠度曲線(見(jiàn)圖13)．由圖可知,更新后的可靠度水平普遍降低,需要對(duì)構(gòu)件進(jìn)行再次檢測(cè)．

圖13 檢測(cè)到未知裂紋時(shí)的可靠度曲線

4 結(jié)論

1) 考慮損傷時(shí)變狀態(tài)對(duì)結(jié)構(gòu)中復(fù)雜易損部位進(jìn)行模型更新,對(duì)于獲得結(jié)構(gòu)由于當(dāng)前損傷狀態(tài)導(dǎo)致的復(fù)雜應(yīng)力分布和準(zhǔn)確的疲勞狀態(tài)評(píng)估是十分必要的,這為含裂紋的橋梁結(jié)構(gòu)的疲勞狀態(tài)評(píng)定提供了一種精確的分析手段．

2) 裂縫寬度相同時(shí),應(yīng)力強(qiáng)度因子隨裂紋長(zhǎng)度的增加而增大．當(dāng)裂紋長(zhǎng)度處于承壓板總長(zhǎng)的5.33%以內(nèi)時(shí),疲勞壽命高,但隨著裂紋長(zhǎng)度的增加,壽命迅速降低;當(dāng)裂紋長(zhǎng)度超過(guò)承壓板總長(zhǎng)的5.33%時(shí),隨著裂紋的增加,疲勞壽命降低并趨于平緩,但此時(shí)疲勞壽命值很?。私Y(jié)果驗(yàn)證了在人工檢測(cè)和無(wú)損探傷領(lǐng)域,初始裂紋長(zhǎng)度達(dá)到承壓板總長(zhǎng)5%的疲勞裂紋應(yīng)該列入當(dāng)前檢修計(jì)劃內(nèi)的結(jié)論．而低于承壓板總長(zhǎng)5%的裂紋可以依據(jù)需要暫時(shí)不予以維修．?dāng)嗔蚜W(xué)理論認(rèn)為,初始裂紋對(duì)疲勞壽命影響很大,這一結(jié)論在本文中也得到驗(yàn)證．

3) 無(wú)損檢測(cè)時(shí)檢測(cè)到的裂紋尺寸可用于模型更新和疲勞損傷可靠度更新．根據(jù)更新后的可靠度指標(biāo)與目標(biāo)可靠度的比較結(jié)果可知,在無(wú)損檢測(cè)中,當(dāng)檢測(cè)到具體的裂紋尺寸后,相應(yīng)的檢修周期可以推后．若未檢測(cè)到裂紋,則更新后的結(jié)構(gòu)可靠度指標(biāo)提高,此時(shí)也可以將結(jié)構(gòu)的檢修周期延長(zhǎng)．若檢測(cè)到裂紋但裂紋的長(zhǎng)度未知,則根據(jù)此裂紋信息對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行更新,整個(gè)結(jié)構(gòu)的可靠度指標(biāo)降低,此時(shí)需要對(duì)構(gòu)件進(jìn)行再次檢修．

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[1] Li Z X. Concurrent multi-scale modeling of civil infrastructures for analyses on structural deteriorating.Part Ⅰ: modeling methodology and strategy[J].FiniteElementinAnalysisandDesign, 2009,45(11): 782-794.

[2] Wang Y, Li Z X, Wang C M. Concurrent multifactor optimisation techniques for model updating of long-span bridges[J].StructureandInfrastructureEngineering, 2013,9(6): 578-593.

[3] 孫正華, 李兆霞, 陳鴻天.結(jié)構(gòu)行為一致多尺度有限元模型修正及驗(yàn)證[J]. 東南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 2009, 39(1): 85-90.

Sun Zhenghua, Li Zhaoxia, Chen Hongtian. Updating and verification for multi-scale finite element model of structure behavior [J].JournalofSoutheastUniversity:NaturalScienceEdition, 2009,39(1): 85-90. (in Chinese)

[4] Liu Xiumin, Chen Congxin, Zhen Yun. Stability and failure mechanism of tunnel anchorage for suspension bridge [J].DisasterAdvances,2012,5(1): 181-186.

[5] Timosidis D, Pantazopoulou S J. Anchorage of longitudinal column reinforcement in bridge monolithic connections [J].JournalofStructuralEngineering，ASCE, 2009,135(4): 344-355.

[6] 瞿偉廉, 何杰, 王文利.基于子模型法的鋼桁橋整體節(jié)點(diǎn)動(dòng)力相應(yīng)分析[J]. 地震工程與工程振動(dòng),2009, 29(3): 95-100.

Zhai Weilian, He Jie, Wang Wenli. Dynamic stress analysis of monolithic joint of steel truss bridge based on submodel method [J].JournalofEarthquakeEngineeringandEngineeringVibration, 2009,29(3): 95-100.(in Chinese)

[7] Chan T H T. Hot spot stress approach for Tsing Ma Bridge fatigue evaluation under traffic using finite element method [J].StructuralEngineeringandMechanics, 2005,19(3): 261-279.

[8] 趙建華. 斷裂力學(xué)在橋梁裂紋檢測(cè)分析中的應(yīng)用[D]. 西安: 長(zhǎng)安大學(xué)工程力學(xué)學(xué)院, 2008.

[9] BSI. BS 5400 Code of practice for fatigue[EB/OL]. (1982-03)[2012-04-08]. http://zh.scribd.com/doc/64041770/BS5400-10-1980-Code-of-Practice-for-Fatigue.

[10] BSI. BS 7910 Guide to methods for assessing the acceptability of flaws in metallic structures[EB/OL]. (2005-07)[2012-04-08]. http://shop.bsigroup.com/ProductDetail/?pid=000000000030164728.

[11] 王春生, 劉鑫, 俞欣, 等. 基于無(wú)損探測(cè)信息的既有鋼橋構(gòu)件疲勞可靠度更新評(píng)估[J]. 土木工程學(xué)報(bào)， 2010, 43(8): 81-87.

Wang Chunsheng, Liu Xin, Yu Xin, et al. Fatigue reliability updating evaluation using nondestructive inspections for existing steel bridges[J].ChinaCivilEngineeringJournal, 2010,43(8): 81-87. (in Chinese)