随机腐蚀作用下在役钢桥疲劳抗力概率密度演化方法

摘要

腐蚀和疲劳开裂严重危害在役钢桥服役安全,随机腐蚀作用导致疲劳抗力发生概率性劣化,结构面临的不确定性风险进一步增加。为准确评估随机腐蚀作用下在役钢桥的疲劳抗力及其演化特性,基于广义概率密度演化理论,建立了腐蚀-疲劳抗力概率密度演化方程。根据齐次马尔可夫过程和实桥腐蚀深度统计数据,确定了腐蚀深度概率密度函数的理论预测模型。基于腐蚀试件疲劳试验结果,确定了腐蚀深度和疲劳抗力的相关关系。在此基础上,针对一座典型在役钢桥疲劳抗力开展了概率密度演化分析,确定了随机腐蚀作用下在役钢桥疲劳抗力的概率密度函数及其演化特征,并采用蒙特卡洛抽样方法验证了结果的正确性。研究结果表明:疲劳抗力的概率密度函数分布特征与其自身方程密切相关,相同腐蚀作用下不同循环次数对应的疲劳强度概率密度函数存在显著差异;随着服役时间的增加,疲劳抗力的概率密度函数进一步发生演化,由腐蚀-疲劳抗力方程所决定,疲劳抗力概率密度等值线逐渐密集,概率密度峰值不断提高,随机腐蚀作用对于疲劳抗力的劣化效应越发集中;随机腐蚀作用下,在役钢桥的疲劳抗力呈现概率性劣化,服役时间为100年时,在95%保证率下,200万次对应疲劳强度仅为47 MPa,相比服役20年时疲劳强度降幅达到60%,随机腐蚀作用对于疲劳抗力的劣化效应不可忽略。