基于WIM数据的上海长江隧桥箱梁细节寿命评估

摘要

近几十年来，斜拉桥以其自身的诸多优点成为大跨度桥梁建设中的主流桥型，在世界范围内广泛修建。然而，投入使用一段时间后，由于运营车辆总重和交通量交替变化，钢桥所面临的疲劳问题正日趋严重。
　　本文是以上海长江隧桥为工程背景，重点研究主航道跨中和南塔两段箱梁的典型细节在汽车载荷作用下的应力历程及疲劳损伤程度，并对其进行疲劳寿命评估。主要内容如下：
　　（1）回顾了桥梁疲劳评估的发展现状，总结了桥梁疲劳评估的若干问题和发展方向，以及桥梁疲劳评估的现实意义。
　　（2）系统介绍了疲劳评估的两种方法以及用这些方法进行疲劳损伤和疲劳寿命评估的步骤，确定了上海长江隧桥箱梁细节疲劳寿命评估的基本思路。
　　（3）简要介绍了动态称重系统数据采集分析技术，并从系统中分别采集到2010-07、2011-05、2012-02三个时段车辆数据信息，查阅汽车相关手册，总结车辆分类标准，借助等效疲劳损伤原理，推导出上海长江隧桥实际运营车辆载荷谱。
　　（4）利用ANSYS有限元软件建立桥梁整体和箱梁节段模型，对不同轴型的汽车载荷过桥全过程分别进行瞬态动力响应分析，计算出细节应力历程，同时采用泄水法，建立细节疲劳应力谱。
　　（5）参考英国桥梁规范BS5400第十部分，确定能够体现细节疲劳性能的S-N曲线，结合Miner疲劳累积损伤准则，对大桥寿命进行评估。并假定大桥在设计期限刚好发生疲劳破坏时，估算三种车道日常通行的车流量。
　　（6）结果表明：在对跨中和南塔箱梁三个时段的疲劳寿命评估中，多个典型细节的应力水平比较低，都在疲劳极限以下，活载作用下箱梁细节疲劳损伤较小，不会造成结构的疲劳破坏。

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图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 近代钢桥发展综述

1.2 钢桥的疲劳问题及疲劳研究内容

1.3 国内外疲劳研究现状

1.4 钢桥疲劳损伤评估中存在的问题

1.5 既有桥梁疲劳损伤评估的意义

1.6 本文主要工作

第二章 桥梁疲劳寿命分析方法及累积损伤理论

2.1 疲劳与疲劳破坏相关概述

2.2 公路钢桥疲劳寿命评估的特点[12,27]

2.3 钢桥疲劳寿命分析的两种方法[28]

2.4 疲劳累积损伤理论

2.5 钢箱梁细节损伤寿命评估总体思路

2.6 小结

第三章 疲劳车辆荷载谱模拟

3.1 前言

3.2 动态称重系统相关概述

3.3 上海长江隧桥交通运输概况

3.4 上海长江大桥车辆载荷模型

3.5 小结

第四章 全桥结构有限元仿真和应力谱模拟

4.1 前言

4.2 整桥模型仿真

4.3 钢箱梁子模型的建立

4.4 验算疲劳细节与加载方式的确定

4.5 应力历程

4.6 应力谱的建立

4.7 小结

第五章 箱梁细节损伤寿命评估

5.1 前言

5.2 S-N曲线的建立[37]

5.3 箱梁细节损伤计算

5.4 不同失效概率下细节总损伤与寿命计算

5.5 大桥疲劳破坏时对过往车载的预估

5.6 小结

第六章 总结和展望

6.1 论文总结

6.2 论文展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文