大跨懸索橋索梁錨固區(qū)疲勞養(yǎng)護概率優(yōu)化方法
2018-03-26
懸索橋吊桿（索）與加勁梁之間的錨固區(qū)（通常稱為索梁錨固區(qū)）是主纜和加勁梁之間的傳力構件，是控制加勁梁設計的重要部位。索梁錨固區(qū)結構復雜，應力集中，吊桿（索）索力由它傳給主梁，其力學性能直接關系全橋的安全[13]。在風與車輛等反復荷載作用下，易發(fā)生疲勞破壞。隨著中國交通運輸業(yè)的迅速發(fā)展，交通流量不斷增加[4]，索梁錨固區(qū)更易發(fā)生疲勞破壞。
許多大跨度懸索橋修建時對吊索在鋼主梁上錨固區(qū)域的疲勞性能進行了疲勞試驗研究[13，5]。但這些研究大都集中在索梁錨固系統(tǒng)的受力分析與疲勞性能評估，對其養(yǎng)護評估涉及較少。本文基于全壽命養(yǎng)護方法[6]，把橋梁的養(yǎng)護費用分為檢測費用、維修費用與失效費用，其中檢測費用和維修費用為實際費用，失效費用為風險費用，將線彈性斷裂力學（LEFM）、結構可靠度理論、全壽命成本分析法用于焊接鋼橋的養(yǎng)護策略，提出了疲勞養(yǎng)護概率優(yōu)化的方法，以輔助焊接鋼橋構件養(yǎng)護決策；通過優(yōu)化維修時間間隔實現(xiàn)最優(yōu)的維修費用，并用于懸索橋的索梁錨固系統(tǒng)的疲勞維修示例中。
1基于LEFM的疲勞壽命可靠性評估
在反復荷載作用下，鋼構件會出現(xiàn)裂紋，且在荷載作用下不斷擴展，易導致疲勞失效[7]。疲勞裂紋擴展的影響因素往往都是隨機的，鋼構件的疲勞壽命往往具有較大的隨機性，因此其疲勞壽命可靠性評估一般采用概率分析的方法[8]。
3.4交通量對疲勞可靠度的影響
隨著社會經濟水平的不斷發(fā)展，汽車保有量逐年增長，橋梁承受的交通荷載也會不斷地增長，橋梁結構焊接細節(jié)所承受的疲勞荷載效應也會持續(xù)地增長。在計算服役期內焊接細節(jié)的疲勞可靠度時，須將計入疲勞荷載效應的增長。通過蒙特卡洛法模擬計算式（11），則索梁錨固區(qū)焊接細節(jié)的疲勞可靠度如圖7所示。
3.5車輛載重變化對疲勞可靠度的影響
4結論
1）將養(yǎng)護費用分為檢測費用，維修費用與失效費用，其中檢測與維修費用是實際發(fā)生的費用，而失效費用屬于風險效應成本，表示疲勞失效可能造成的損失。提出了鋼橋焊接構件的疲勞養(yǎng)護優(yōu)化方法，將養(yǎng)護優(yōu)化問題變?yōu)樵跇嫾M足最小允許可靠度的總費用最小的問題。該方法考慮了平均應力、決策者的維修意愿概率和費用成本等多種因素，使分析疲勞養(yǎng)護優(yōu)化更接近工程實際。
2）在忽略次要因素的基礎上，對該疲勞養(yǎng)護優(yōu)化方法進行了簡化，該簡化方法簡單實用，可操作性強，適用面廣。 3）以青草背大橋的主梁的耳板式索梁錨固區(qū)的疲勞養(yǎng)護為例，在簡化次要參數(shù)的基礎上分析了檢測費用、維修費用、失效費用以及折現(xiàn)率等主要參數(shù)對最優(yōu)檢測時刻的影響。
4）結構的可靠度隨交通量增長而下降，疲勞養(yǎng)護時刻相應提前。索梁錨固區(qū)的焊接細節(jié)的疲勞破壞風險隨車輛荷載逐年增加而增大，應引起足夠的重視。限于篇幅，本文只列舉了索梁錨固區(qū)疲勞焊接一個細節(jié)的養(yǎng)護策略，并未列出其他疲勞細節(jié)。多疲勞細節(jié)的疲勞養(yǎng)護優(yōu)化是今后的研究方向。
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