基于健康监测的平行钢丝斜拉索疲劳可靠性评定

摘要

斜拉索作为斜拉桥主要的受力构件，由于长期承受交变载荷并常暴露于跨河跨海的自然环境中，易遭受腐蚀损伤和疲劳累积损伤，严重威胁着斜拉桥服役安全。结构健康监测技术是保障大型桥梁服役安全的有效手段之一，引起了国内外众多研究者的兴趣，基于健康监测技术的桥梁损伤识别、模型修正、安全评定等内容逐步成为研究的重点。本文充分利用健康监测技术获得的斜拉索服役信息，着重研究了基于健康监测的斜拉索疲劳性能退化关系和疲劳可靠性评定等。
　　本研究首先对疲劳分析方法进行了研究，选择通过雨流计数法对智能拉索获得的斜拉索荷载效应-时程数据进行分类，建立基于Miner线性累积损伤理论的等效疲劳荷载效应处理方法。然后研究斜拉索腐蚀的机理和评定方法及断丝监测手段等，并建立了相关的抗力退化模型。腐蚀钢丝及腐蚀斜拉索疲劳寿命均服从 Weibull分布，结合腐蚀拉索试验和统计结果合理建立腐蚀斜拉索 S-N曲线退化模型，成为疲劳寿命分析的基础。定义广义的断丝监测精确率，断丝数量符合成功概率为断丝率的二项分布；根据断丝监测随机性的具体特征，由共轭分布办法确定先验分布，并对监测精确率、断丝数量、断丝时间序列进行了 Bayes更新。由此得到了包含断丝监测信息的断丝数的分布函数，分析了函数中断丝监测精确率及斜拉索内钢丝数量的对后验结果的影响。最后推导出基于健康监测的平行钢丝斜拉索疲劳寿命 Weibull分布的具体形式，由此可以计算斜拉索服役期的失效概率及可靠指标。对某斜拉索的疲劳寿命评定的算例表明，随着拉索服役年限的增加，抗疲劳性能不断衰退；在疲劳荷载、腐蚀共同作用下，拉索的可靠指标下降速度很快，疲劳极限状态对斜拉索及斜拉桥的安全起控制作用。

目录

基于健康监测的平行钢丝斜拉索疲劳可靠性评定

FATIGUE RELIABILITY ASSESSMENT OF PARALLEL WIRE CABLE BASED ON HEALTH MONITORING

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景和意义

1.2 健康监测在桥梁结构领域的应用

1.3 斜拉索的疲劳寿命评定研究

1.4 本文研究的主要内容

第2章 基于健康监测的斜拉索疲劳荷载效应模型

2.1 疲劳荷载数据的获得

2.2 疲劳分析方法

2.3 疲劳荷载效应模型

2.4 本章小结

第3章 腐蚀拉索的疲劳寿命

3.1 斜拉索的腐蚀和断丝

3.2 单丝的疲劳寿命

3.3 腐蚀因素下的S-N曲线更新

3.4 本章小结

第4章 考虑监测随机性的断丝影响模型

4.1 统计参数的贝叶斯估计

4.2 断丝监测

4.3 断丝监测的随机性

4.4 监测精确率及钢丝数量的影响

4.5 本章小结

第5章 基于健康监测的疲劳可靠性分析

5.1 拉索疲劳寿命分布参数的确定

5.2 斜拉索疲劳可靠性

5.3 本章小结

结论

参考文献

致谢

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