老龄钢桥工作状态模拟与疲劳寿命
老钢桥疲劳剩余寿命的计算方法
老钢桥疲劳剩余寿命的计算方法陈惟珍（同济大学桥梁工程系）[摘要]许多铆接和焊接老钢桥经过长时间的运营后，安全度已逐步耗散，它们的剩余寿命以及使用安全性已引起桥梁工程界的重视。
本文就疲劳损伤方面，对老钢桥疲劳剩余寿命的计算方法做了较深入的探讨，对名义应力法与断裂力学方法的应用做了详尽的比较。
关键词老钢桥剩余寿命一、引言回首过去200年，钢桥结构已有了长足发展。
从材料方面看，先是铸铁（1870～1910），再是锻铜（1910～）。
作为连接手段，首先是销接、铆接，再是20世纪的焊接和栓接。
许多在这各个时期建造的钢桥至今仍在运营，有些可能已达到了寿命枯竭的地步。
在对铁路桁架桥的调查中，已发现受拉斜腹杆中有微小裂纹。
欧洲许多建于50～60年代高速公路网扩建时的焊接钢桥，在今天大轴重大流量交通荷载作用下，许多部位出现疲劳裂纹。
面对这样一大批老钢桥，剩余寿命问题日益突出，即在什么样的检测条件下能够连续保持老桥使用多久，它在经济上具有重要意义。
尽管许多国家规范规定了对疲劳的验算，但是对剩余寿命的计算还存在不足之处，甚至还需研究一套全新的计算方法。
计算构件寿命除试验方法外，今天已有三种较成熟的方法：名义应力法、局部应力应变法和断裂力学法。
名义应力法计算寿命直到断裂，局部应力应变法计算寿命直到技术起裂，对表面裂纹约为 0.5mm深。
寿命的剩余部分，即从起裂至最终断裂，可由断裂力学方法计算：T R=T L-T A其中T L--构件至断裂时的寿命；T A--构件至起裂时的寿命。
对光滑试件TR仅占5%～10%。
但对切口试件，或是真实构件，TR的份额很高，有时甚至占全部寿命。
二、剩余寿命计算方法L名义应力法名义应力法计算寿命是建立在损伤积累理论之上，其受力与抗力是通过名义应力来描述的。
描述细节抗力的韦勒曲线是由疲劳试验得出的，在预测应力谱基础之上，就可以计算桥梁剩余寿命。
（1）韦勒曲线建筑钢细节韦勒曲线的一般形式在欧洲规范第3篇中定义为如图1所示，具体的参数可查自文献资料或试验结果。
钢结构桥梁疲劳寿命评估方法研究
钢结构桥梁疲劳寿命评估方法研究引言：钢结构桥梁作为交通基础设施的重要组成部分，承载着巨大的交通流量和运载荷。
然而，长期受到动态荷载的作用，钢结构桥梁往往容易发生疲劳破坏。
因此，准确评估钢结构桥梁的疲劳寿命成为了维护管理的重要课题。
本文将讨论钢结构桥梁疲劳寿命评估方法的研究进展以及存在的挑战和未来发展方向。
一、背景和意义钢结构桥梁疲劳寿命评估是指通过分析桥梁所受到的动态荷载，预测桥梁在使用寿命内出现疲劳破坏的概率。
疲劳破坏是指桥梁在长期交通荷载下反复受力而导致的损伤积累和裂纹扩展，可能最终导致桥梁失效。
因此，准确评估疲劳寿命对于实施及时的维护和修复措施，保障桥梁的安全运营至关重要。
二、疲劳寿命评估方法研究进展1. 数字化模拟方法数字化模拟方法是目前主要应用于钢结构桥梁疲劳寿命评估的方法之一。
该方法基于桥梁受力和应力分析，通过建立数学模型，模拟荷载作用下的疲劳破坏过程。
然后利用数值计算方法，预测裂纹扩展速率和疲劳寿命。
2. 动态试验方法动态试验方法是通过在实际桥梁上进行长期监测和数据采集，评估桥梁的疲劳寿命。
该方法基于实测数据，分析动态荷载对桥梁的影响，提取桥梁的结构和材料参数，并利用相关的疲劳寿命模型计算桥梁的疲劳寿命。
3. 统计预测方法统计预测方法是通过对大量实验数据的统计分析，建立起桥梁疲劳寿命与设计参数、材料性能、施工和维护质量等之间的关系模型。
利用这些模型，可以根据桥梁的设计参数和实际使用情况，预测桥梁的疲劳寿命。
三、存在的挑战和未来发展方向1. 材料和荷载模型的不确定性钢结构桥梁的材料特性和荷载条件是影响疲劳寿命评估准确性的关键因素。
然而，由于现实中桥梁的使用环境和荷载条件的复杂性，材料和荷载模型的确定性往往存在挑战。
未来的研究应关注材料行为和荷载特性等方面的不确定性，提高评估方法的可靠性和准确性。
2. 动态荷载的实时监测和预测桥梁所受到的动态荷载是影响桥梁疲劳寿命的主要因素之一。
然而，目前对于动态荷载的监测和预测技术还存在一定的限制。
钢结构桥梁的疲劳与寿命评估
钢结构桥梁的疲劳与寿命评估钢结构桥梁作为现代城市交通的重要组成部分，承载着大量的车辆和行人通行任务。
然而，长期以来，由于外界环境和车辆荷载的作用，钢结构桥梁容易受到疲劳损伤，严重影响其使用寿命和安全性。
因此，进行钢结构桥梁的疲劳与寿命评估是至关重要的。
一、疲劳损伤机理疲劳是指物体在经历了一定次数的应力循环加载后发生损伤的现象。
钢结构桥梁受到交通荷载作用时，会产生周期性的应力变化，而长期循环加载会导致钢构件内部的裂纹逐渐扩展，最终引发疲劳破坏。
常见的疲劳损伤机理包括低周疲劳、高周疲劳和蠕变疲劳等。
低周疲劳是指加载周期较长，应力变化较大的疲劳损伤，主要发生在大型移动荷载作用下；高周疲劳是指加载周期较短，应力变化较小的疲劳损伤，主要发生在交通荷载作用下；蠕变疲劳则是由于长期受到恶劣环境条件作用下，钢结构桥梁会出现温度变形和应力松弛，从而引发蠕变破坏。
二、疲劳与寿命评估方法为了确保钢结构桥梁的安全使用和延长其寿命，需要进行疲劳与寿命评估。
在评估过程中，可以采用以下方法：1. 材料试验与力学性能研究：通过对钢材料的拉伸试验、冲击试验等试验手段，获取钢材料的力学性能参数，进而分析其疲劳性能。
2. 荷载测量与应力分析：通过悬挂应变片、应变计等装置对桥梁进行实时荷载测量与应力分析，以获取荷载数据与桥梁的应变应力分布情况。
3. 疲劳寿命计算：根据钢材料的疲劳试验数据和荷载数据，采用伤害累积理论来计算钢结构桥梁的疲劳寿命。
4. 结构健康监测：借助现代技术手段，如无损检测、振动测试等，对钢结构桥梁的健康状况进行实时监测，及时发现疲劳裂纹、变形等问题。
5. 寿命预测与可靠性评估：通过建立可靠性模型，综合考虑材料的疲劳特性、载荷环境、结构健康状况等因素，对钢结构桥梁的寿命进行预测与评估。
三、寿命延长与维护策略对于已经投入使用的钢结构桥梁，为了延长其寿命和保障其安全，需要采取适当的维护策略。
具体策略包括：1. 定期巡查与检测：定期对钢结构桥梁进行巡查与检测，发现潜在的裂纹、变形等问题，并采取相应的预防性维修措施。
钢结构的疲劳寿命和评估
钢结构的疲劳寿命和评估疲劳是指物体在周期性加载下的循环应力作用下逐渐累积损伤的现象。
钢结构广泛应用于建筑、桥梁、船舶等领域，而对于钢结构的疲劳寿命和评估，对于保障结构的安全性和可靠性具有重要意义。
一、疲劳寿命的含义和评估方法疲劳寿命是指钢结构在不断受到循环应力作用下，能够保持结构完整性和性能的时间。
钢结构的疲劳寿命评估方法目前主要有试验方法和计算方法两种。
试验方法是通过搭建实验模型，给予不同频率和幅值的循环载荷加载，测量应变和应力的变化，然后评估结构的疲劳寿命。
试验方法的优势在于可直接观测和测量结构变形和受力情况，但其劣势是成本高昂且耗时较长。
计算方法是通过使用疲劳寿命的评估公式来预测结构的寿命。
常用的评估公式包括极限应力幅值公式、应力周期计数公式和应变幅值公式。
计算方法的优势在于成本较低且速度较快，但其劣势是需要可靠的材料性能数据和较为精确的工况分析。
二、影响钢结构疲劳寿命的因素1.循环载荷频率和幅值：循环载荷频率和幅值是影响钢结构疲劳寿命的重要因素。
载荷频率越高、幅值越大，结构的疲劳寿命就越短。
2.材料的疲劳性能：不同的钢材具有不同的疲劳寿命。
一般情况下，高强度钢材的疲劳寿命较短，而低强度钢材的疲劳寿命较长。
3.构件的形状和尺寸：构件的形状和尺寸对钢结构的疲劳寿命也有一定影响。
一般情况下，形状复杂的构件疲劳寿命相对较短，而较为简单的构件疲劳寿命相对较长。
三、钢结构疲劳寿命评估的重要性评估钢结构的疲劳寿命对于工程设计、结构检测和维护具有重要意义。
1.工程设计：在钢结构的设计阶段，进行疲劳寿命评估可以帮助工程师合理选择材料，优化结构形式和尺寸，预测结构的疲劳损伤，从而提高工程的安全性和可靠性。
2.结构检测：定期对钢结构进行疲劳寿命评估可以帮助监测结构的健康状况，及时发现潜在的疲劳问题，采取相应的维修和保养措施，延长结构的使用寿命。
3.维护管理：钢结构的疲劳寿命评估结果可以作为维护管理的依据，合理安排维修和保养周期，提高维护管理的效益和准确性。
钢桥的疲劳分析范文
钢桥的疲劳分析范文引言：钢桥是一种重要的交通基础设施，承担着车辆和行人的通行。
长期以来，由于交通流量的增加和重载车辆的增多，钢桥疲劳已成为桥梁设计和维护的重要问题。
本文将对钢桥的疲劳问题进行分析，探讨其原因、影响因素以及相应的解决方案。
一、疲劳问题的原因1.动力因素：钢桥在承受车辆荷载的同时还要面对自身的自重和震动荷载。
长期以来，车辆荷载和震动荷载的频繁作用会导致钢桥的材料疲劳，进而导致桥梁的损坏和断裂。
2.环境因素：钢桥承受了来自自然环境的多种因素的影响，如气候变化、温度差异和湿度等。
这些因素会导致桥梁材料的膨胀和收缩，从而产生内部应变，加速钢桥的疲劳破坏。
3.施工因素：钢桥的施工质量将直接影响其使用寿命和疲劳性能。
如果施工质量不达标，如焊接不牢固、连接部位强度不足等，将使钢桥易受疲劳破坏。
二、疲劳破坏的影响因素1.轴重：车辆荷载是引起桥梁疲劳破坏最主要的因素之一、大型重型车辆以及超限荷载的频繁通行将极大地加速钢桥的疲劳损伤。
2.荷载频率：荷载频率指的是钢桥受到车辆荷载的作用频率。
频繁通行以及车流量大的地区会导致高频率的荷载作用，进而加速疲劳破坏的发生。
3.震动荷载：震动荷载是指由于地震、强风和行人等外来因素引起的钢桥振动荷载。
频繁的震动荷载会对钢桥产生影响，从而影响其疲劳性能。
4.桥梁结构设计：桥梁的结构设计将直接影响其抗疲劳能力。
合理的结构设计可以减少桥梁的应力集中和疲劳问题的发生。
三、疲劳分析和解决方案1.疲劳分析方法：采用有限元方法对钢桥进行疲劳分析，模拟不同荷载条件下的桥梁应力分布。
通过数值计算和模拟试验，对桥梁的疲劳性能进行评估，找出潜在的疲劳破坏部位。
2.组织检测和监测：通过常规的检测方法，如无损检测和应力监测，定期对钢桥进行结构健康检测。
及时发现和修补疲劳破坏的部位，可以提高钢桥的抗疲劳性能。
3.结构优化：通过改进桥梁结构的材料和几何形状，降低桥梁的应力集中和疲劳问题的发生。
采用较短的跨度和更好的材料可以有效地提高桥梁的抗疲劳能力。
桥梁结构的疲劳寿命与保养管理
桥梁结构的疲劳寿命与保养管理桥梁是道路交通中必不可少的组成部分，然而长时间的使用会导致
疲劳损伤，如果不能及时检测和维护，就会威胁到路上行人和车辆的
安全。
因此，了解桥梁结构的疲劳寿命和保养管理是至关重要的。
一、桥梁结构的疲劳寿命
桥梁结构的疲劳寿命是指其在规定的荷载下工作的寿命期限。
该期
限得出的主要依据是材料的疲劳性能和桥梁的设计荷载。
在使用过程中，桥梁结构会经受来自行车、风和其他外部因素的荷载，这些荷载
会加速桥梁的疲劳损伤。
因此，为了延长桥梁的使用寿命，需要进行
定期的疲劳检测。
二、桥梁保养管理
桥梁保养管理是为了延长桥梁的使用寿命，保障行人和车辆的安全。
桥梁保养管理包括日常维护和定期检修两个方面。
日常维护：
1.桥面清洁：定期清理桥面，保持桥梁通畅。
2.防腐处理：在桥梁进行建设或维护时，根据环境的特点选择适合
的防腐涂料，长期保持桥梁的抗腐蚀性能。
3.清理渠道：定期清理渠道，阻止因渠道堵塞造成的涝灾害。
定期检修：
1.清洗桥梁：定期清洗桥梁，发现桥梁损伤后及时进行修缮。
2.更换桥梁配件：如桥墩、支座等易损件，需要在规定期限内进行定期更换。
3.疲劳检测：桥梁的疲劳损伤会影响其疲劳寿命，定期使用疲劳测试仪器对桥梁进行检测，在损伤发现时及时进行修缮和加固。
总之，桥梁结构的疲劳寿命和保养管理是保证路上行人和车辆安全的重要措施。
定期检修和维护桥梁，是预防桥梁损伤和增加桥梁使用寿命的有效方法。
焊接钢桥结构细节疲劳行为分析及寿命评估的开题报告
焊接钢桥结构细节疲劳行为分析及寿命评估的开题报告一、选题背景与研究意义随着我国经济的快速发展，交通运输行业得到了快速发展和加强。
钢桥作为其中的一个重要组成部分，因其优越的性能，在桥梁建设中得到了广泛应用。
以焊接钢桥为例，由于焊接接头是结构中最薄弱的部分，其疲劳行为表现出的损伤程度会对结构的安全性产生重大影响。
因此，对焊接钢桥的疲劳行为分析及寿命评估研究显得尤为重要。
二、研究内容和思路本文将重点研究焊接钢桥结构的疲劳行为及寿命评估。
具体内容如下：1. 焊接钢桥结构疲劳行为分析通过建立疲劳荷载工况，分析焊接钢桥结构中疲劳损伤的形态、位置和程度，探索疲劳行为产生的原因以及影响因素。
2. 焊接钢桥结构的寿命评估将研究对象的疲劳数据建模，利用疲劳剩余寿命模型进行寿命预测；同时，结合结构疲劳裂纹扩展规律，计算裂纹扩展至临界尺寸所需的工作时间，建立结构疲劳寿命评估方法，为焊接钢桥结构的寿命评估提供基础性方法。
三、研究结果和创新性1. 分析了焊接钢桥结构中疲劳损伤形态、位置和程度，进一步探索了疲劳行为产生的原因及其影响因素。
2. 建立了疲劳数据建模，并利用疲劳剩余寿命模型进行寿命预测及结构疲劳裂纹扩展规律计算，建立了评估方法，为焊接钢桥结构的寿命评估提供基础性方法。
3. 通过将分析结果与实际检验结果相互印证，证明了研究成果具有较好的适应性和可行性，可以为焊接钢桥的安全设计和监管提供科学依据。
四、可行性分析和预期效果本研究的可行性和预期效果如下：1. 研究内容较为独特，并具有一定的实际应用价值，对当前的钢桥建设和管理具有较好的指导价值。
2. 研究方法具有一定的创新性和先进性，可以为类似问题的解决提供有益的参考意见。
3. 结果具有较好的适应性和可行性，对于提高钢桥结构的安全性和可靠性具有重要作用。
钢桥梁疲劳性能检测方案应力监测与寿命评估
钢桥梁疲劳性能检测方案应力监测与寿命评估钢桥梁疲劳性能检测方案：应力监测与寿命评估随着城市交通的发展，钢桥梁作为城市道路交通的重要组成部分，其安全性和稳定性成为了公众关注的重点。
然而，由于长期受到交通负荷的影响，钢桥梁存在着疲劳损伤的潜在隐患。
因此，钢桥梁的疲劳性能检测方案以及应力监测与寿命评估变得至关重要。
本文将介绍一种钢桥梁疲劳性能检测方案，强调应力监测与寿命评估的重要性。
1. 疲劳性能检测方案为了保障钢桥梁的安全运行，我们需要一个完善的疲劳性能检测方案。
首先，应进行全面的疲劳应力监测，通过布设传感器来实时监测桥梁的应力变化。
通过分析不同位置的应力分布情况，可以判断桥梁各个部位的疲劳程度，为进一步评估桥梁的寿命提供依据。
其次，疲劳性能检测方案还需要考虑到实际负荷条件的模拟。
我们可以利用大型模拟实验设备，对桥梁构件进行恒定、变幅等不同负荷状态下的疲劳试验。
通过这些实验，可以获得钢桥梁在实际负荷下的疲劳性能指标，为后续的应力监测与寿命评估提供参考。
最后，疲劳性能检测方案需要考虑到桥梁的使用环境。
我们可以结合实际运行条件，对桥梁的风荷载、温度变化等外部因素进行考虑，并在疲劳试验中进行模拟。
这样可以更加真实地反映桥梁在实际使用环境下的疲劳性能，为后续的监测与评估提供更加准确的数据。
2. 应力监测的重要性应力监测是钢桥梁疲劳性能检测中的关键环节。
通过布设传感器，及时监测桥梁各个部位的应力变化，可以发现潜在的疲劳破坏迹象。
及早发现并处理这些问题可以避免严重的事故发生，保障钢桥梁的安全运行。
另外，应力监测还可以帮助我们了解桥梁在不同负荷状态下的应力分布情况，进而优化结构设计与维护方案。
通过不断优化，可以提高钢桥梁的疲劳性能，延长其使用寿命，降低维护成本。
3. 寿命评估的重要性对于已经投入使用的钢桥梁，寿命评估是非常重要的。
通过评估桥梁的寿命，可以及时采取措施，避免出现严重的疲劳破坏，保障桥梁的安全性。
寿命评估的依据主要包括疲劳损伤程度、应力历程以及疲劳性能指标等因素。
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文章编号:1003-4722(2003)05-0005-04老龄钢桥工作状态模拟与疲劳寿命王春生1,2,陈惟珍2,陈艾荣2(1.长安大学公路学院,陕西西安710064;2.同济大学桥梁工程系,上海200092)摘 要:为评估老龄钢桥的剩余寿命与使用安全,首先要建立能够精确模拟桥梁目前使用状态的工作模型,以准确计算桥梁中疲劳细节应力。
在对桥梁所承受的交通荷载进行调查统计分析的基础上,建立能代表真实运营状况的车辆交通荷载谱,以模拟结构所承受的荷载历程。
以上海市浙江路桥为例介绍老龄钢桥工作状态模拟、荷载谱模拟与疲劳寿命评估的基本方法。
关键词:老龄钢桥;力学模型;荷载;疲劳;寿命;评估;计算方法中图分类号:U446文献标识码:AServiceabilitySimulationandFati gueLifeofAgedSteelBrid geWANG Chun 2shen g1,2,CHEN Wei 2zhen 2,CHEN Ai 2ron g2(1.Hi ghwayColle ge,Chan g ’anUniversit y,Xi ’an710064,China;2.BridgeEn gineeringDepartment,TongjiUniversit y,Shan ghai200092,China)Abstract:Toevaluatetheremainin gfati guelifeandservicesafet yofthea gedsteelbrid ge,a modelthatisabletopreciselysimulatethepresentserviceabilit yofthebrid geshouldbefirstlyestab 2lishedsothatthestressofthefati guedetailscanbecalculated.Onthebasisoftheinvesti gationandanalysisofthetrafficloadcarriedb ythebrid ge,thetrafficloadspectrumthattrulyreflectstheactual operationofthebrid geisthenestablishedsoastosimulatethehistoryofloadshavingbeencarriedbythestructure.Finall y,b ywa yofexam pleofZhe jiangRoadBrid geinShan ghaicit y,thebasicmethodforsimulatin gtheserviceabilit y,loads pectrumandforevaluatingthefati guelifeoftheagedbrid gearepresented.Ke ywords:agedsteelbridge;mechanicsmodel;load;fatiguelife;evaluation;calculationmethod 收稿日期:2003-05-23基金项目:上海市市政工程管理局科技发展资金资助(2002-3-3)作者简介:王春生(1972-),男,讲师,1995年毕业于西安公路交通大学桥梁工程专业,获学士学位,2000年毕业于长安大学桥梁与隧道工程专业,获硕士学位,现为同济大学桥梁工程系桥梁与隧道工程专业博士研究生。
1 引 言桥梁结构经过长期使用,难免会发生各种各样的损伤,这不但影响桥梁的正常运营,而且还会危及结构的使用安全,其中在车辆荷载反复作用下的疲劳累积损伤是控制老龄钢桥使用安全与剩余寿命的重要因素,因此开展老龄钢桥的损伤安全评估具有十分重要的工程意义[1]。
本文以上海市浙江路桥为例介绍老龄钢桥工作状态模拟与疲劳寿命评估的基本方法。
2 工作状态模拟浙江路桥是一座坐落在苏州河上有近百年历史的老龄钢桥。
该桥始建于1908年,是一座弓弦式的铆接钢桁梁桥,其上下弦呈对称的弓形曲线,而且整座桥梁的横向和纵向皆为对称结构,结构美观,并因此而载入上海市名桥册。
桥梁跨度为59.741m,主桁间距为7.315m,两侧非机动车道(人行道)宽度各为2.159m 。
该桥由英国人设计,桥梁所用钢构件由英国道门朗公司生产制造。
2.1 有限元模型的建立浙江路桥已经服务了95年,在车辆荷载和其他不利因素作用下结构目前的实际状态与竣工时的状态有所变化,与理论设计模型有所区别。
建立结构工作模型的基本思路是通过模型计算值与结构实测的静、动力响应进行对比分析,并不断修正工作模型。
图1给出了确定这种差别、建立结构实际工作模型的基本过程。
采用有限元分析软件ANSYS 进行结构系统建模,所建立的浙江路桥三维有限元模型见图2。
为标识方便图3给出了钢桁梁主桁杆件的编号。
图1 工作模型建立流程图图2 浙江路桥三维有限元模型2.2 计算与实测对比分析2.2.1 主桁杆件应力 表1给出了1995,2002年最不利活载工况下桁图3 主桁杆件编号梁主要杆件实测与计算轴力应力对比情况。
由表1可知杆件应力较大时,计算应力与实测值的相对误差一般在10%左右,个别杆件相差略大,但计算应力一般大于实测值。
由于主桁吊杆在承受活载时将发生面外弯曲,这必然会在吊杆内产生较大的次应力。
吊杆M 1L 1截面实测应力与计算应力对比分析见表2,截面测点位置与编号参见文献[2,3]。
由表2可知,1995年、2002年实测应力与计算应力的相对误差一般在20%和10%以内,吊杆的面外弯曲应力已达到轴向应力的91%,同时吊杆的面内弯曲应力亦较大,次应力对吊杆的疲劳与断裂影响不容忽视,应合理计入。
表1 杆件实测与计算轴向应力对比MPa 杆件号1995年实测值上游下游1995年计算值2002年实测值上游下游2002年计算值U 1U 2—-3.81-4.23-7.0—-6.32U 5U 6-4.12-4.17-4.37-7.34-8.48-7.75M 1M 2—4.76 4.85 6.40— 7.42M 5L 6 2.612.693.994.18 4.486.98M 1L 1— 4.46 4.377.35—8.88U 1M 1— 1.13 1.55 2.67— 3.16U 2M 1— 1.32 1.78-4.39—-3.97U 1M 2—-0.657-0.925.07— 4.642.2.2 桁梁挠度1995和2002年主桁跨中实测挠度分别为2.0,3.46mm,相应的计算值为2.8,4.23mm;计算值与1995年实测值的相对误差为28%,计算值与2002年实测值的相对误差为18%。
虽然挠度实测值与计算值的相对误差略大,但实测均小于计算值。
2.2.3 动力特性采用ANSYS 动力分析模块进行全桥动力分析,所得竖弯和侧弯基频的计算值分别为3.59,表2 吊杆M 1L 1实测与计算应力对比MPa荷载工况测点编号实测应力实测应力组成分析σNσMy -y σM x -x计算应力计算应力组成分析σNσMy -y σM x -x1995年711-0.78+4.46-4.08-1.43-0.55+4.37-3.29-1.63工况3714+10.23+4.46+4.08+1.43+9.29+4.37+3.29+1.632002年712-2.67+7.35-6.71-3.12+0.96+8.88-4.89-3.03工况3713+14.28+7.35+6.71+3.12+16.80+8.88+4.89+3.031.89Hz 。
竖弯和侧弯基频计算值与1995年实测值(3.40,2.11Hz )的相对误差分别为10.4%、5.3%,与2002年实测值(3.31,2.10Hz )的相对误差分别为10%、7.8%。
可见模型动力特性与实测吻合较好。
综上所述,浙江路桥计算模型的静、动力特性与实测结果较吻合,因此所建立的工作模型是正确的,可用于使用安全和剩余寿命分析。
3 交通荷载谱与应力谱模拟用疲劳分析方法评估老桥的使用安全与剩余寿命,重要的一环是获得应力历程,为获得这一应力历程有两种途径:①在实桥上测定受力过程;②测定重要的荷载统计参数,在此基础上计算受力过程。
本文推荐采用第2种方法,具体模拟过程见图4。
图4 交通荷载、应力谱模拟与疲劳寿命估算流程3.1 浙江路桥交通荷载观测及统计分析对浙江路桥进行了24h 的连续交通观测,按过桥车辆中各车型所占比例由大到小排列顺序为轿车、摩托车、小型面包车、公交车、货车和客车。
过桥车辆高峰发生在上午8:00～9:00,满载情况较少,半载情况较多(图5),1d 过桥车数共计7002辆。
为了模拟计算方便,把所有车辆归并为6种,各代表车型统计参数见表3。
3.2 Monte-Carlo 方法模拟车流桥梁上通行的车流是一随机过程,车型、车重、车间距都随着时间的变化而不同,它们都服从一定的概率分布。
根据国内外的统计数据[4],车型一般服从均匀分布,车重服从极值I 型分布,车间距服从对数正态分布。
图6给出了按Monte-Carlo 法模拟车流的基本流程。
图5 浙江路桥实测交通分布表3 代表车型统计参数一览车型所占比例轴距/m车重均值/kN车重方差/kN轿车0.5888 2.6014.4041 2.8970面包车0.1215 2.5023.8675 3.6309公交车0.0358 5.20119.925230.0032货车0.0340 4.00107.866537.1939客车0.0237 4.5092.625725.1247摩托车0.19621.2图6 Monte 2Carlo 法模拟车流3.3 应力历程与应力谱模拟3.3.1 应力影响线由于节点板较强壮,节点可视为刚性连接,各杆件不仅要承受轴向力,而且还要承受两个方向的弯矩作用。
即杆件应力影响线是轴力应力与两个方向的弯矩次应力叠加的结果,同时还应计入杆件净截面提高系数和冲击系数的影响。
图7给出了该桥主桁第一吊杆M 1L 1的应力影响线,加载时采用第N +M y -M z (右节点)条应力影响线。
3.3.2 应力历程将Monte-Carlo法形成的模拟车流按每个载荷步向前移动0.1m,作用到桥梁杆件的应力影响线(面)上。
对每个荷载步,应力由荷载乘以相应影图7 M 1L 1应力影响线响线(面)坐标得到。
这样不仅可得到关心杆件应力历程,也可以将各段应力历程首尾相连,得到压密后的应力历程曲线,再将各极值点相连,就得到可供剩余寿命计算的极值应力历程。
3.3.3 应力谱对所得应力历程按雨流法计数来获得应力谱。
用于损伤分析的应力谱是将经雨流法计数后的应力幅归入不同应力级别中,并统计循环次数。